纳芯微电子:传统分布式ECU已过时?集中式智能化方案成为新宠!

Release time:2023-11-30
author:AMEYA360
source:纳芯微
reading:890

  传统汽车电子电器架构,车辆中各种电子电气系统控制与信息传输由分布在不同部件内的汽车控制器(ECU)完成,随着汽车电子电气化程度提高,功能多样化与智能化发展,汽车电子零部件占汽车系统比重逐渐提升。分布式架构中 ECU 的局限性对于车辆的生产成本、功能实现、未来发展都提出了挑战,集中式智能化解决方案域控制器与域内中心化架构则应运而生。

  以下几点为域控制器逐渐取代 ECU 的主要根因:

  ◆ 汽车电子化与智能化发展,传统分布式ECU结构数量与线束已经成为整车系统沉重负担。

  ◆ 分布式系统信息传输能力有限,域内统一调度控制,域外通过以太网等进行高速通信。

  ◆ 域控制器实现了软硬件的解耦,实现了软件的 OTA。

纳芯微电子:传统分布式ECU已过时?集中式智能化方案成为新宠!

  基于域控理念下整车车身区域控制系统(Zonal Control Unit)对比与传统车身控制器(Body Control Module)而言,也发生了翻天覆地的变化。传统分布式架构下,BCM主要用于检测和控制与车身(车灯,车窗,雨刮,继电器等)相关的功能并且充当部分CAN/LIN网关的功能,传统马达电动负载由继电器驱动,BCM上常用可支持不同负载电流的高边与低边开关支持不同类型的负载。在中高配车型,针对舒适性功能比如电动车窗,后视镜,电动座椅等,会搭配单独车门ECU,座椅ECU进行控制。

  而在最新区域域控的理念下,以在汽车上地理位置的功能集成方案成为主流。区域控制器承接特定位置(左域/右域)下所有电机,继电器,小型ECU控制大脑的功能。功率与驱动电路布置在区域控制器里以实现传统方案中多ECU的功能,这种实现方式对整车NVH,EMI,智能诊断等功能提出更高的要求。

  智能汽车舒适功能“卷卷卷”!

  除了上述提到的架构变化,新能源汽车电气化进程中,如何让驾驶员与乘客享受到回家的感觉亦是每家汽车主机厂差异化卖点,冰箱彩电大沙发不再是50万以上豪华品牌的专属,25万的汽车也能有一样的体验,电动座椅,电动尾门等已经逐渐成为15万级别汽车标配。问界,智己,小鹏带来了零重力座椅与“冥想空间”;比亚迪,智己与极氪把车载屏幕玩出了新花样,能转,能升也能滑;最近,M9让AFS头灯再次成为热点。由于这些舒适与便利性功能逐级下放C级,B级,A级车型,与舒适性相关的马达/电机在整车中使用的数量大幅提升至50个以上。

  以上功能的实现,都需要集成电路作为支撑,纳芯微电子为车身与便利系统中的各类马达控制提供完善的解决方案覆盖后视镜,风门/摆风,车门,座椅,尾门,电动踏板相关负载,工作电流使用不同产品可从300mA到30A以上。

  01、纳芯微马达驱动产品核心功能

  ◆ 满足AEC-Q100完善的车规产品质量品控体系。

  ◆ PWM调速与电流检测:支持20kHz及其以上更高频率PWM调速,同时提供精确的电流反馈信息以支持堵转检测和更优秀的NVH性能。

  ◆ 软件可配置:部分产品支持丰富的软件配置功能,帮助客户实现在区域域控制器中使用平台化话设计,兼容多种类型负载(继电器,LED灯,直流有刷电机,步进电机);同时芯片内部提供内嵌PWM生成器以节约MCU IO口和PWM定时器资源。

  ◆ 内置抖频与输出摆率调节:应对日趋严格CISPER25 EMI测试标准,软件可配置时钟抖频范围与输出摆率,灵活应对区域控制器方案中,电机需要进行分布式安装导致较长的功率走线带来的电磁辐射挑战。

  ◆ 智能诊断与保护:针对负载复杂工作状态,提供丰富保护与诊断功能,可实现负载开路诊断,对地短路诊断,对电池短路诊断,协助客户开发符合ASIL-B或者更高系统级功能安全标准产品。

  ◆ 集成细分与堵转检测:为汽车空调系统与头灯系统提供细分集成步进驱动解决方案,纵享丝滑;提供Sensorless/无霍尔传感器堵转检测,简化系统设计,优化成本。

  02、纳芯微区域控制器马达驱动解决方案

  纳芯微致力于提供使用在新电子电气架构下区域控制器马达驱动解决方案,多通道低边NSD56系列与NSD83半桥产品支持传统BCM(Body Control Module)与车身跨域(Body Domain Controller Unit)控制器方案;多通道半桥NSD83与多通道半桥预驱NSD36系列支持最新区域控制器(Zonal Controller Unit);集成式直流有刷驱动产品NSD73系列支持中小电流电机负载。针对区域控制器各种不同类型马达/继电器/LED等负载推荐方案如下:

  03、纳芯微马达驱动系列产品选型表

纳芯微电子:传统分布式ECU已过时?集中式智能化方案成为新宠!

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纳芯微 | SPI 隔离通信实战避坑:数字隔离器输出并联电平异常的原因与解决方案
  在工业系统 SPI 一主多从通信架构中,为节省 IO 资源,数字隔离器输出通道并联复用是常见设计,但实际应用中极易出现电平无法正常拉高 / 拉低的异常问题,严重影响通信稳定性。本文先梳理工业系统主流通信方式及 SPI 隔离的应用场景,深入剖析数字隔离器输出并联导致电平异常的核心原因,再针对性给出两种经实测验证的解决方案(CS 反向使能电路、二极管反向阻断配合软件配置),并明确实施过程中的关键注意事项,为工程师解决同类 SPI 隔离通信问题提供直接参考。  01 工业系统常见通信方式  通信接口是硬件系统中实现数据交换的核心模块,常分为内部通信接口(板级通信)、外部通信接口(对外通信),如图1,不同接口在速率、距离、复杂度等方面各有特点,是纳芯微产品主要的应用场景之一。图1 板级通信和对外通信  板级通信  板级通信为设备内部组件间的通信,通常具备速度快、距离短的特性,通常具备速度快、距离短的特性,常见有UART、I2C、SPI、单总线等。具体参数如表1所示:表1 板级通信具体参数  对外通信  对外通信为设备级信号传输,用于实现设备间的数据交互,多采用差分传输方式,具备传输距离远的优势,常见类型包括 RS-232、RS-485、CAN 等,具体参数如下表所示:  表2 对外通信具体参数  02 隔离SPI机会点  SPI全称为Serial Peripheral Interface(串行外设接口),由摩托罗拉公司开发的一种同步、全双工、主从式串行通讯总线,可以实现一主多从的通讯连接。  在硬件连接方式上,SPI常用4线制(SCK、MOSI、MISO、CS/SS),各信号线的传输方向及功能描述如下表3所示:表3 SPI各信号线的传输方向及功能  SPI一主多从的通讯拓扑,MOSI、MISO、SCK常采用复用接口,节省IO资源,通过独立的CS/SS实现从机选择。如图2所示。图2 SPI 一主多从基础拓扑  在工业系统中,MCU高压域与低压域之间需要做通讯隔离,纳芯微隔离器NSI8241W(3正1反)适用于SPI信号隔离。对于一主一从的隔离方式,4通道刚好一对一匹配(3正向通道对应SCK、MOSI、CS/SS,1反向通道对应MISO)。对于一主多从的拓扑架构,同样会复用通道节省IO资源,如图3示例。图3 带数字隔离器的SPI主多从拓扑  03 数字隔离器输出并联问题及解决方案  数字隔离器隔离SPI复用通道实际测试时,会发现复用MISO会出现电平异常,当一路输入高,一路输入低的情况下,MISO不能完全被拉高或者拉低。如图4,两颗8241 Out口复用,输入分别给高、低时,MISO波形。图4 Vdd1=Vdd2=5.25V,IND1高,IND2低 黄色OutD1=蓝色OutD2≈2.5V  数字隔离器Out内部为推挽输出:输入为高时,推挽上管导通,输出高电平;输入为低时,推挽下管导通,输出低电平。当输入一高一低时,就会形成分压回路,造成MISO电平异常,如图5,这显然与SPI中规定MISO复用冲突(当SS拉低使能时,从机输出配置为推挽输出,当SS拉高时,从机输出需配置为高阻态,防止多个输出导致电平冲突)。图5 数字隔离器内部分压回路  查阅NSI8241真值表(如图6所示),当EN拉低时,数字隔离器可以输出高组态,能够满足SPI复用要求。因此我们给出以下电路调整方案,来实现数字隔离器输出口并联复用需求。图6 NSI241真值表  方案1  CS 处增加反向电路,同步使能数字隔离器  在CS处增加反向电路(NPN、PNP、反相器等,需考虑Vce压降)同步使能数字隔离器。CS拉高禁用时,数字隔离器EN拉低禁用,Out复用输出高。  方案2  二极管反向阻断 + 软件配置,实现并联复用  通过二极管进行反向阻断,配合软件配置合理实现数字隔离器输出并联复用。  但需要注意的是:  (1)需添加上下拉电阻,明确默认电平,同时满足信号上升沿、下降沿的时间要求;  (2)需考虑二极管压降对电平幅值的影响,避免因压降导致通信误判;  (3)当一路输出通道由高电平切换至低电平时,受寄生参数影响,可能会短暂通过二极管抽取另一通道电流,需重视由此产生的电压尖峰问题。  结论与建议  在工业 SPI 一主多从隔离通信场景中,数字隔离器输出通道并联复用是节省 IO 资源的常用方案,但因隔离器内部推挽输出结构,直接并联易导致电平异常。本文通过分析异常产生的核心原因,提供了两种经实测验证的解决方案(CS 反向使能电路、二极管反向阻断 + 软件配置),同时明确了实施过程中的关键注意事项。工程师在实际设计中可根据项目需求选择合适方案,规避电平异常问题,保障 SPI 通信的稳定性。  高可靠性四通道数字隔离器NSI824x已通过 UL1577 安全认证,支持3kVrms-8kVrms 多档绝缘电压,同时在低功耗下提供高电磁抗扰度和低辐射。数据速率高达 150Mbps,共模瞬态抗扰度 250kV/μs。支持数字通道方向及输入失电默认输出电平配置,宽电源电压可直接适配多数数字接口,简化电平转换;高系统级 EMC 性能进一步提升使用可靠性与稳定性。
2025-12-05 11:20 reading:176
纳芯微车载电源芯片方案,选Ta就稳了!
纳芯微NSUC1610成功斩获「年度优秀电机控制技术产品奖」!
连续5年获奖,纳芯微荣膺第二十届“中国芯”“整车芯应用卓越产品”和“优秀技术创新产品”
  近日,以“芯生万物 智算无界”为主题,2025年“中国芯”集成电路产业促进大会暨第二十届“中国芯”优秀产品征集结果发布仪式在珠海横琴圆满举办。活动期间,纳芯微凭借在汽车电子领域的系统级应用能力与技术创新实力,荣膺“中国芯”两大奖项—— “整车芯应用卓越产品” 与 “优秀技术创新产品”,成为业内极少数在同一年同时获此双项荣誉的企业。获奖产品分别为 全集成嵌入式电机控制芯片 NSUC1610-Q1QNR 与 汽车级集成式耐腐蚀绝压传感器 NSPAS5 系列。  “整车芯应用卓越产品”主要表彰对国内汽车工业发展具有突出贡献的车规级芯片。该奖项强调产品的关键参数竞争力、可靠性稳定性、技术路线清晰度及在整车关键域控中的广泛落地情况。获奖产品 NSUC1610 是国内首款高集成度车用小电机驱动芯片,填补国内新能源汽车热管理电机控制处理器“MCU+”芯片空白,已覆盖国内多家主流 OEM。“优秀技术创新产品”旨在表彰具备显著技术突破与创新价值的集成电路产品。NSPAS5 系列具备业界领先的响应速度(<1ms),支持模拟比例 / 绝对输出,量程覆盖 10kPa~400kPa 可定制,并具备高耐腐蚀能力,面向汽车动力系统、热管理等核心应用场景。  自2021年以来,纳芯微连续5年荣获“中国芯”奖项,产品覆盖车规级MEMS绝压压力传感器晶圆NSP163X系列(2021)、高可靠性隔离式双通道栅极驱动器NSI6602系列(2022)、高压半桥栅极驱动器NSD1624(2023)、40V车规级32细分步进电机驱动器NSD8381(2024),标志其在汽车、泛能源领域,围绕应用创新的丰硕成果及市场认可,实现集成电路关键核心技术突破,加速科技创新和产业创新融合。截止2025年上半年,纳芯微汽车电子累计出货量超过9.8亿颗。  关于“中国芯”优秀产品评选  “中国芯”优秀产品评选活动由中国电子信息产业发展研究院主办,自2006年启动以来已成功举办二十届。该活动坚持以应用为导向,持续推动评选机制创新,致力于成为中国集成电路产品与技术发展的“风向标”。  活动始终秉持“以用立业、以用兴业”的发展思路,通过建立公正、专业的中国芯产品推荐机制,为国内集成电路企业搭建起一个展示优秀产品和技术的公益性平台,助力我国集成电路产业实现高质量发展。
2025-11-25 09:37 reading:326
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