【导读】随着电动汽车发展，区域控制架构正成为行业关键趋势。安森美指出，该架构通过集中计算与分布式配电，大幅简化线束设计，降低车辆重量与成本。区域控制器（ZCU）作为核心，集成智能开关器件如eFuses与SmartFETs，提升功能安全与故障应对能力。同时，10BASE-T1S等以太网技术实现高效数据通信。安森美推出的NCV841x系列SmartFET及以太网评估板，为架构演进提供了高性能半导体解决方案，助力汽车电气化与智能化升级。
汽车电气架构升级，安森美如何推动区域控制架构进化
作者：安森美
随着电动汽车（EVs）的兴起，区域架构（Zonal Architecture）正逐步成为应对汽车行业快速变革的关键方案。目前，低压配电和车载网络领域已涌现出多项重大技术突破。其中，分布式区域配电方式大幅简化了线束设计，不仅降低了车辆重量，还减少了制造复杂度与成本。
软件定义汽车（SDVs）的发展趋势，正推动车企加速创新 —— 在区域控制器中集成具有保护功能的半导体开关便是重要方向之一。eFuses和SmartFETs能够对负载、传感器及执行器提供保护，从而提升功能安全性，并优化故障应对表现。
与传统的域架构（Domain Architecture）不同，区域架构实现了控制与计算的集中化：将原本分散在各个电子控制单元（ECUs）中的软件，迁移至功能强大的中央计算机。这种架构调整为下游电子设备的控制的配电管理提供了更高的灵活性。
区域控制器 (ZCU) 是车辆区域控制架构中的基本元素， 负责管理指定区域内的配电。 它从电源分配单元获取电力，并将电力智能分配给所负责区域内的各种电气系统、 负载和传感器。 借助汽车以太网， ZCU 还可充当车辆的数据和网络网关， 通过 100/1000BASE-T1 以太网主干网， 与中央计算机进行上游通信。
与摄像头、 传感器、 激光雷达等边缘节点的下游通信则建立在 10BASE-T1S 以太网上。 传统的 ECU 仍可通过 CAN、 LIN 等传统总线， 保持与 ZCU的连接。
ZCU 中的关键元件包括 SmartFET、 eFuse 和分立 MOSFET。 ZCU 还支持高速通信网络， 可利用 NCV7410 和T30HM1TS2500 等 10BASE-T1S 以太网收发器。 通过这些收发器， ZCU 可与中央计算机或其他车辆系统进行高效数据通信。 下面的框图简要展示了 ZCU 的组成结构。
从传统架构到区域控制架构
随着车内电子系统的不断增加， 电力分配变得更加复杂， 线束的设计难度也大大增加。 基于域的传统布线方法将相似功能（动力系统、 底盘、 信息娱乐系统、 车身和舒适度系统等） 连接到一起， 如今已不够高效， 也不够灵活。汽车行业正在从集中式配电转向分布式区域配电。 传统上分散在车内各处的众多 ECU 如今可由区域控制器 (ZCU) 取代。
单个电源分配单元 (PDU) 充当配电树的第一级。 PDU 连接到车辆的低压 (LV) 电池或 HV-LV DC-DC 转换器的输出端， 由转换器将高压 (HV) 电池的电压降低。 PDU 通过大电流保险丝提供主要保护， 并将电力智能分配至车辆内的各个区域， 确保高效可靠的电源管理。 ZCU 在各自区域内进一步分配电力并管理电气元件， 大大减轻了线束的重量和复杂性。
借助汽车以太网， ZCU 还可充当车辆的数据和网络网关， 通过100/1000BASE-T1 以太网主干网， 与中央计算机进行上游通信。 与摄像头、 传感器、 激光雷达等边缘节点的下游通信则建立在 10BASE-T1S 以太网上。 传统的 ECU 仍可通过 CAN、 LIN 和 FlexRay 等传统总线， 保持与 ZCU 的连接。
2025+ 年代区域控制架构示例
本示例中， 车辆被分为四个区域， 每个角落一个（图 3） ， 由 ZCU 进行管理。 PDU 将电力分配到各个区域， 然后由ZCU 进一步管理配电树的第二级。 这种分布式配电模式涵盖了增加的冗余。 每个 ZCU 负责分配电力并管理按位置分组的电气元件。 受保护的半导体开关（例如电子保险丝和 SmartFET） 可为负载、 传感器和执行器提供保护， 从而提高功能安全性， 更好地应对功能故障情况。
图 3：区域（分布式）配电
区域控制架构产品
用于下桥保护的 SmartFET NCV841x“F”系列
安森美提供两种系列的下桥 SmartFET：基础型 NCV840x 和增强型 NCV841x。这两个系列的引脚相互兼容， 且采用相同的封装。 NCV841x 改进了 RSC 和短路保护性能， 可显著延长器件的使用寿命。 NCV841x SmartFET 采用了温差热关断技术， 可有效防止高热瞬变对器件的破坏， 确保优异的 RSC 性能。
NCV841x 系列具有非常平坦的温度系数， 可在 -40℃至 125℃ 的温度范围内保持一致的电流限制。 由于基本不受温度影响， 因此无需为应对寒冷天气条件下的电流增大而选择更粗的电线。 电线尺寸减小有助于降低车辆线束的成本和占用空间。过电流、 过压保护， 集成漏极至栅极箝位和 ESD 保护。
NCV841x SmartFET 框图，包括自我诊断和保护电路
评估板 - 10BASE-T1S 以太网收发器
对于 NCV7410 10BASE-T1S 以太网收发器， 当前已有两款评估板 (EVB) 可用于评估。 如需获取评估板和配套的软件图形用户界面 (GUI)， 请联系安森美销售人员。 评估板按连接方式分为两种版本：
▶MAC-PHY（SPI 接口） ， 通过 SPI 接口与 MCU 兼容。
▶10BASE-T1S 转 USB 加密狗， 可用于两种不同的用例：
ü 通过 USB-C 端口将 PC 连接到 10BASE-T1S。 使用安森美的 GUI 来控制评估板。 引脚接头可连接到示波器或信号分析仪， 用于监测 MII 接口流量。
ü 通过引脚接头连接到远程 MCU， 以评估 10BASE-T1S PHY。NCV841x SmartFET 框图，包括自我诊断和保护电路。
