ZCU国产化方案选型，哪家物料更齐全

1.前言

上图是车厂架构的演变图，第一张图是DOMAIN架构，相比传统的分布式架构，将汽车按功能分为车身域、动力域、底盘域、座舱域、智驾域，几个功能域控制器之间通过网关交互数据。

随着新能源车的功能模块快速增加，尤其是车身域部分的功能，DOMAIN架构会导致线束成本急剧增加，将车身域部分按照位置重新分配，就切换到了BODY-ZONAL架构。

为了区域架构的优势充分体现，ZONAL控制器不仅仅局限于车身功能，底盘、动力等功能也加入ZONAL控制器，即X-DOMAIN ZONAL架构。网关控制器也从之前的交互信息向行车电脑转换，更好的处理ZCU、ADAS域控制等传递过流的信息。

汽车架构最终的愿望是实现软件定义汽车(SDV)。随着整车功能越来越多，行车电脑的功能会进一步增强，同时边缘ZCU的数量会增加，复杂的计算任务会往行车电脑转移。

大部分车厂处于DOMAIN架构和BODY-ZONAL架构。本文主要针对BODY-ZONAL架构，介绍ZCU方案的主要功能以及国产选型。

笔者接触的车身电子客户比较多，在和这些客户沟通中觉得纳芯微应该是车身电子物料最丰富的国产厂家之一，所以本文重点介绍ZCU国产方案中的纳芯微物料。

2.方案概述

如下是整个ZCU方案的框图（不包含Power Tree），绿色部分代表纳芯微目前已有满足该功能需求的物料。

ZCU相比传统的功能域的BDC或者分布式架构的BCM，包含的功能大大增加，主要功能需求如下：

• 传统BCM的外部灯光（远近光等）控制、内部灯光（阅读灯）控制、雨刮、解闭锁等功能；

• 空调风门控制、后视镜调节、门窗等电机控制的功能；

• 座椅控制、座椅加热、座椅按摩功能等；

• 网关功能，数字钥匙中的主节点功能；

• 有时还会增加控制电子膨胀阀（EXV）的功能。

下文基于这些需求，详细介绍纳芯微对应的物料选型。

3.供电系统

下图是ZCU的Power Tree，实际产品会因为需求不同有些差异。

• ZCU的主控MCU多选择RH850/U2A系列、TC3xxx系列，这类MCU的供电相对复杂，内核、数字外设、ADC等都需要单独供电，需要的电压有1.25V、3.3V、5V等。

• ZCU基本都会集成网关功能，需要给以太网SWITCH、以太网PHY进行供电，一般是2-3A的3.3V，以及1A以内的0.9V、1.1V。

• ZCU因为包含了座椅、门窗的电机控制，这类电机的传感器一般不在ZCU主板，所以需要tracker LDO，跟随MCU的供电，以便更准确的获取传感器数据。

3.1 DCDC

一级DCDC

ZCU中的一级DCDC常见的是TI的LMR33630，纳芯微的NSR1143x系列和其硬件兼容，并且增加了展频功能，选型表如下。

二级DCDC

纳芯微的二级DCDC主推的是NSR110xx系列，选型手册如下。

3.2 LDO

纳芯微的LDO种类非常丰富，涵盖了一级LDO、二级LDO、Tracker LDO等，如下是纳芯微的选项表。

一级LDO

一级LDO通常用于将较高的输入电压降至一个稳定的中间电压。它们主要负责最初的电压调节，提供给后续的电路或其他LDO。这种LDO需要具有较高的输入电压范围和良好的热管理特性，通常用于电池电压的初级稳压。

二级LDO(TODO)

二级LDO通常用于进一步将一级DCDC或LDO输出的中间电压调节到更精确的输出电压。它们通常具有更低的输出噪声和更高的电压精度，适用于对电源质量要求较高的敏感电路，如微处理器或精密模拟电路。

Tracker LDO

在汽车外部传感器和小电流外部模块的电源设计中，保护和输出精度非常重要。长电缆在恶劣环境中工作可能会损坏，导致短路或电源异常，因此需要多种保护机制。此外，外部传感器电源和MCU/ADC电源之间的电压跟踪容差必须保持最低，以确保高质量数据采集。电压跟随器LDO能够提供这些保护功能，并且实现超精确的输出电压跟踪，非常适合用于这种应用场景。

3.3 PMIC或者SBC

在有些设计中，为了简化系统设计，并减少PCB面积，会将DCDC、LDO、Tracking LDO、watchdog、电压监控、通信和诊断等功能集成在一个芯片，即PMIC（Power Management Intergrated Circuits）或者SBC（System Basic Chip）。

NSR926X

纳芯微近期推出了车规级SBC芯片NSR926X，和市面主流的TLE926X软硬件兼容，集成三路LDO输出、四路高边开关、CAN FD与LIN通信以及多种状态机模式和故障诊断功能。NSR926X选型表如下：

4.电机驱动

BCM/ZCU使用的电机驱动芯片比较多，包含半桥驱动、栅极驱动、H桥驱动以及步进电机驱动。下面分别介绍下他们的使用场景。

4.1 半桥驱动

半桥驱动主要用于驱动空调风门和后视镜调节，以及一些车内的指示灯。以12通道的半桥驱动芯片为例，一个ZCU最多需要使用9颗。

纳芯微的多路半桥驱动NSD83xx系列出货量大，产品成熟并且种类丰富。如下是纳芯微的多路半桥驱动选型表。

• 纳芯微的NSD83xx系列增加了展频功能，在一些EMC测试要求严格的场景下也可以通过测试。

• 同时NSD83xx系列内部PWM发生器增加至8路，且每路PWM的配置可以单独配置，减少对主控MCU的PWM资源消耗。

• 得益于NSD83xx的这些优势，目前已在奇瑞、长安、广汽等车厂的多个车身域项目大批量使用。

4.2 栅极驱动

多路栅极驱动主要用于座椅、车门、车窗、尾门的控制。这类应用的电机电流基本都在10A以上，并且对PWM频率也有要求，多路栅极驱动加MOS管的方案配置更加灵活。以8路预驱芯片为例，一个ZCU最多需要使用7颗。

纳芯微的多路栅极驱动NSD36xx系列已有多个头部ZCU客户量产使用，如下是纳芯微的多路栅极驱动选型表。

• NSD3608集合多家竞品的优势，支持4路PWM输入、8路半桥栅极驱动、2路宽共模电流采样运放、可配置栅极的充放电电流、开路状态检测等功能。

• NSD3608目前已在东风、长安、吉利等车厂的多个车身域项目大规模量产，且质量表现优异。

4.3 H桥驱动

H桥驱动主要用于车锁的控制，以及高端车的无边框后视镜。这类应用的电机持续电流在1.5-4A左右。一个ZCU使用的H桥驱动在1-3颗。

纳芯微的H桥驱动除了ZCU使用之外，有些大电流的型号在空悬客户也开始小批。如下是纳芯微的H桥驱动选型表。

• NSD7314控制方式简单，诊断功能齐全，集成电流检测。

• NSD7315峰值电流达到10A，远高于国产竞品。有些空气悬架客户也在评估使用。

• NSD7314、NSD7315已在奇瑞、长安等车厂的车身、底盘类项目中大批量使用。

4.4 步进电机驱动

步进电机驱动在ZCU中的使用数量不多，一般会用一颗来控制热管理中的电子膨胀阀。

纳芯微的NSD8381是国产最早的车规步进电机驱动芯片，目前还推出了NSD8389，其相比NSD8381驱动能力更强。

• 如果ZCU需要兼容控制步进电机类型的空调风门和BDC电机类型的空调风门，NSD8381是最合适的选择，因为NSD8381可以通过软件配置成步进模式或者半桥模式。

• NSD8381包含4种decay模式，与竞品L99SM81软硬件兼容，并且相比竞品可支持1/32细分模式。NSD8389与竞品DRV8889软硬件兼容，最高可支持1/256细分模式。

• NSD8381性能稳定，是最早量产的国产车规步进电机专用芯片，目前已在红旗、长安、阿维塔的车灯项目(控制调光电机)大批量使用。

5.高低边开关

正常ZCU所需的高边开关和低边开关都比较多，按照通道计算，高边开关需要四五十通道，低边开关需要二十多通道。

5.1 高边开关

高边开关主要用来驱动外部灯光，包含远近光灯、转向灯、日行灯、位置灯等。

纳芯微的高边开关选型表如下所示。

一般ZCU通过高边开关直接驱动的外部灯光多为卤素灯。如果是带ADB功能的前大灯，一般会有单独的灯光域控制器，ZCU提供配电即可。NSE35xxx系列可以驱动的卤素灯功率如下表。

5.2 低边开关

低边开关主要驱动的负载有继电器和室内小灯，内阻从300mΩ-50mΩ不等。传统分布式架构中使用8/12通道低边开关（如E520.02、TLE75008）因为电流比较小，如果没有limphome功能需求，ZCU方案一般都会使用半桥驱动替换。

纳芯微的低边开关种类较多，选型表如下：

6.通信芯片

BDC/ZCU一般需要10路以上的CAN、LIN，用于和车身其它ECU通信。如果ZCU分为左右域/前后域，两个ZCU之间的通信会选择使用千兆汽车以太网。纳芯微目前的产品主要还是CAN、LIN收发器。

6.1 CAN收发器

CAN收发器以前都被进口厂商（NXP、TI等）垄断，这两年很多国产厂商也都有了对标产品。纳芯微虽然发力较晚，但是目前产品矩阵齐全，同时吸取了其他国产厂家吃过的亏，产品性能突出，得到大量终端客户的认可。

NCA1044、NCA1057、NCA1462、NCA1145B凭借业内首屈一指的抗干扰特性，在欧洲权威测试机构IBEE/FTZ-Zwickau的EMC认证中，成功通过所有测试项。纳芯微现可提供相关测试报告，支持汽车制造商简化系统认证流程，加速产品上市。

其中，IBEE/FTZ-Zwickau认证根据IEC62228-3标准进行，IEC62228-3相较于SAE J2962标准，排除了系统外围电路的影响，更聚焦CAN收发器本身的EMC特性，且要求等级更高，在除欧洲以外的车企中也得到了广泛参考应用。IBEE/FTZ-Zwickau认证包括：

• 发射射频干扰（Emission RF Disturbances）,
• 抗射频干扰（Immunity RF Disturbances）,
• 瞬变免疫力（Immunity Transients）
• 抗静电（Immunity ESD）

如下是纳芯微的CAN收发器选型表。

• 如果ZCU的CAN节点用于星型网络，并且速率达到2Mbps及以上，推荐使用带SIC功能的CAN收发器，即NCA1462、NCA1463、NCA1465。

6.2 LIN收发器

目前LIN收发器使用最多的是TJA1021以及对标的国产芯片，纳芯微也有对标的NCA1021S。

7.总结

目前在车身控制的应用中，纳芯微的物料丰富、布局完善，涵盖了大部分的功能需求。其中很多物料已经在车厂项目中大批量使用，芯片的可靠性经受住了市场的检验并得到了客户的认可。如果大家有国产物料的选型需求，推荐和纳芯微沟通交流。