车身域控制器知识大纲

通过本文章向大家分享我在学习车身域控制器过程中整理的知识大纲，包含了与车身域控制器相关的大部分重要知识。在接下来的文章中，我会逐个展开，对每个知识点做细致的分享，欢迎大家持续关注~

1.基础电子电器知识

• 电路理论：欧姆定律、基尔霍夫定律、戴维南/诺顿定律等。
• 模拟电路：运算放大器、滤波器、比较器、传感器信号调理电路。
• 数字电路：逻辑门、触发器、时序逻辑、状态机、编解码器。
• 半导体器件：二极管、三极管（BJT）、场效应管（MOSFET）、晶闸管、IGBT（用于大功率驱动）的特性与应用。
• 无源器件：电阻、电容、电感（包括磁珠、共模电感）的选项、特性及在高频/电源应用中的考虑。

2.微控制器（MCU）/片上系统（SoC）架构与应用

• 处理器核心：了解主流汽车级MCU架构（如ARM Cortex-M，Cortex-R系列），指令集、流水线、中断系统。
• 存储器：Flash（程序存储）、SRAM（数据存储）、EEPROM/Data Flash（非易失性数据存储）的原理、接口和性能。可能设计外部存储器接口（如QSPI）。
• 片上外设：

• • 通用输入/输出（GPIO）
  • 定时器/计数器（Timers/Counters）和脉宽调制（PWM）输出
  • 模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）
  • 串行通信接口：UART，SPI，I2C
  • 看门狗定时器（Watchdog Timer， WDT）
  • 直接存储器访问（DMA）控制器

• 时钟系统：晶振、PLL（锁相环）的原理与配置。
• 电源管理：低功耗模式、唤醒源。
• 安全特性：硬件安全模块（HSM）、内存保护单元（MPU）。
• 选型：根据性能需求（处理能力、内存大小）、外设集成度、功耗、成本、供货周期以及车规级认证（AEC-Q100）进行选型。

3.电源设计与管理

• 车载电源系统：了解12V/24V/48V汽车电源系统地特性，包括电压波动、启动电压跌落（Cranking）、抛负载（Load Dump）等极端情况。
• DC-DC转换器：Buck，Boost，Buck-Boost，Flyback等拓扑结构的设计与选型。
• 线性稳压器（LDO）：低压差、低噪声应用。
• 电源管理IC（PMIC）：集成多路电源输出和监控功能的芯片。
• 电源滤波与去耦：使用电容、电感进行输入/输出滤波和高频去耦。
• 电源保护：过压保护（OVP）、欠压保护（UVP）、过流保护（OCP）、反向极性保护、热关断保护。
• 静态电流控制：在休眠模式下降低功耗。

4.通信接口与网络

• CAN：CAN2.0A/B，CAN FD的物理层（收发器选型、总线拓扑、终端电阻）、协议基础、错误处理。
• LIN：LIN物理层（收发器）、协议基础（Master/Slave）、配置。
• 车载以太网：100BASE-T1/1000BASE-T1物理层（PHY）选型、接口设计（MDI）、交换器（Switch）基础知识（如果BDC集成交换功能）。
• FlexRay（可能）：如果需要告诉确定性通信。
• 物理层收发器：选型（速率、电压、保护等级、AEC-Q100）、接口电路设计。

5.输入/输出（I/O）接口与驱动

• 数字量输入：开关量检测、霍尔传感器、光耦隔离输入。如要考虑输入电压范围、阈值、滤波、保护。
• 模拟量输入：电阻式传感器（如温度、油位）、电压信号采集。需要考虑ADC精度、采样率、信号调理（放大、滤波）。
• 驱动电路：

• • 高边驱动：驱动接地负载（如灯、电机、电磁阀）。需要过流、过热、短路保护和诊断功能。
  • 低边驱动：驱动接电源负载（如继电器线圈）。
  • 继电器驱动：驱动外部大功率继电器。
  • 半桥/全桥驱动：用于直流电机正反转控制、步进电机驱动等。
  • LED驱动：恒流/恒压驱动。

• PWM输出应用：灯光亮度调节、电机速度控制。

6.PCB设计与布局

• 原理图设计：遵循设计规范，清晰表达设计意图。
• 元器件库管理：创建符合标准的封装。
• 布局：关键元器件（MCU、电源、时钟、接口）的合理布局，考虑信号流向、热分布，EMC。
• 布线：

• • 电源和地平面设计
  • 差分信号（CAN，Ethernet）和高速信号布线规则（阻抗控制、等长、间距）
  • 敏感模拟信号与数字/功率信号的隔离
  • 过孔（Via）的使用

• 层叠设计：多层板设计，优化信号完整性和EMC性能。
• 热设计：考虑大功率器件散热，使用散热焊盘、散热过孔、散热器等。
• 可制造型设计（DFM）和可测试性设计（DFT）：方便生产和测试。

7.电磁兼容性（EMC）/电磁干扰（EMI）设计

• 标准理解：了解汽车EMC标准（如CISPR 25，ISO 11452，ISO 7637，ISO 10605）。
• 设计原则：

• • 良好的接地设计（单点接地、多点接地、混合接地）。
  • 滤波（输入/输出滤波、接口滤波）。
  • 屏蔽（使用屏蔽罩、PCB屏蔽层）。
  • 合理的布局布线（如上所述）。
  • 元器件选型（选择EMC性能好的器件）。

• EMC测试与调试：了解测试方法，能够分析和解决EMC问题。

8.可靠性、功能安全与环境适应性

• 元器件选型：必须选用符合AEC-Q100（集成电路）/AEC-Q200（无源元件）等车规级标准的元器件。
• 降额设计：确保元器件在实际工作应力（电压、电流、温度）下有足够余量。
• 热分析与管理：确保在工作温度范围内（通常 -40°C 到 +85°C/+105°C/+125°C）可靠工作。
• 振动与冲击：考虑结构设计和元器件固定，以抵抗车辆振动和冲击。
• 防护等级（IP Rating）：对外壳的设计要求，防尘防水。
• 功能安全（ISO 26262）：理解硬件相关的安全要求，如硬件架构度量（SPFM，LFM）、随机硬件失效概率度量（PMHF）、安全机制（如冗余设计、自诊断、时钟监控、电压监控）的设计与实现。根据分配的ASIL等级进行设计。

9.硬件测试与验证

• 电路板调试：上电检查、基本功能验证。
• 信号完整性（SI）测试：使用示波器、网络分析仪等测量高速信号质量。
• 电源完整性（PI）测试：测量电源纹波、噪声、瞬态响应。
• 功能测试：验证所有硬件功能是否符合设计要求。
• 环境测试：高低温、湿热、温度循环、振动、冲击等。
• EMC测试：辐射发射、传导发射、辐射抗扰度、传导抗扰度、静电放点（ESD）等。
• 电气特性测试：如静态功耗、工作电流、接口电平、保护功能验证等。

10.生产与制造相关知识

• 了解SMT（表面贴装技术）和THT（通孔插装技术）工艺。
• 了解ICT（在线测试）和FCT（功能测试）的基本原理和要求。
• 元器件的可焊性、可采购性、生命周期管理。

下期预告：基础电子电器知识——电路理论