作者 | 陶可为
目 录
引言
一、背景
二、车载以太网
三、车载以太网总线的优势
四、基于 TI DP83TG720S-Q1（PHY）收发器芯片应用
五、结语
引 言
随着汽车产业电动化、智能化、网联化的加速推进，汽车电子电气架构正经历前所未有的深刻变革。汽车电子发展的趋势似乎已经表明： 以太网将取代 CAN 网络成为骨干网 ，而子网将是由若干域控制器（ Domian Controller ）组成的车载网络结构，并且以太网和 CAN 网络等传统车载网络将在较长一段时间内共存。 本文将探讨 车载以太网的相关内容， 为行业从业者提供参考与启示。
一、背 景
自从 1968 年大众汽车率先将电子控制单元 （ECU） 应用于汽车以来，这种控制车辆各个部件运行的装置便得到了迅速普及。为了让驾乘者在车内也能享受到如同在家或工作时的舒适和娱乐体验，现代汽车的功能日益丰富。然而，由于车辆上需要处理的数据量越来越庞大， ECU 之间的交互也日益频繁，大多数总线技术和电气 / 电子 （E/E） 架构（其中一些沿用了数十年）已经难以满足这种需求。
因此，目前车辆 ECU 按照功能划分为多个几乎独立的域，例如动力总成、底盘、信息娱乐系统和舒适等，也就是大家熟知的 域架构。
如图 1 所示， 为了方便各种 ECU 与简单传感器或执行器之间的通信，汽车行业引入了控制器局域网（CAN）、FlexRay 和本地互联网络（LIN）等传统总线技术。相比之下，不同域之间的通信则采用高速以太网。为了在这些不同的总线技术之间传输数据，需要在 ECU 内部使用昂贵的专用网关。
二、 车载以太网
随着车 辆功能日益丰富，车辆架构的复杂性也正随之增加。无论是扩展现有功能还是引入新功能，都需要大量的开发、实现和测试工作。 主机厂 的目标不仅 需要 在降低成本的同时加快创新步伐，还要通过售后服务和升级等方式创造持续的收入来源。与移动通信设备等其他消费类产品相比，车辆架构的开发周期要长得多。因此，许多 OEM 都致力于打破硬件和软件之间的固有联系，朝着 软件定义汽车 的方向发展。
因此，分区架构应运而生。本地 ECU 负责所有功能，不再受限于特定域。这些 ECU 连接到分区控制器，这可以将处理能力集中到车辆的少数单元中。分区 ECU 和高性能计算单元之间通过高速点对点链路进行通信。
三、 车载以太网总线的优势
使用 10 00 BASE-T1S ，可以降低系统复杂性，从而更快速、更高效地传输车辆内部的数据。由此带来的更多系统优势包括：降低成本，增强安全性，无需复杂网关的统一通信机制，以及通过数据线供电的可选功能。这些优势共同确保了 10BASE-T1S 能够顺利集成到即将推出的下一代软件定义汽车。
3. 1 1000BASE-T1 物理层基础
1000BASE-T1 是一种专为汽车环境设计的以太网物理层标准，属于 IEEE 802.3bp 规范。它的核心目的是在复杂、干扰强烈的车载环境中实现高速、稳定的数据传输。
- 核心特性
传输速率： 支持高达 1 Gbps 的数据传输速率，适用于自动驾驶、 ADAS 、高分辨率摄像头等高带宽需求场景。
传输介质： 使用 单对双绞线（ UTP 或 STP ），相比传统以太网的多对线缆，显著减少布线复杂度和重量。
通信模式： 支持 全双工通信，即数据可以同时在两个方向上传输，提升通信效率。
传输距离： 标准支持最长约 15 米 的车内布线，满足大多数车载控制器与传感器之间的连接需求。
抗干扰能力： 采用 回声消除 和 共模抑制 技术，满足车载电磁兼容标准（如 ISO 11452-2 ）。
- 应用注意事项
主从配置： 不同于标准以太网的自动协商， 1000BASE-T1 需要手动配置主从角色，且必须一主一从对应连接。
速率匹配： 连接双方必须工作在相同速率下，才能建立物理层连接。
编码方式：采用 PAM3 编码（ Pulse Amplitude Modulation ），与传统以太网的 PAM5 不同，更适合车载环境。
- 与传统以太网的差异
四、 基于 TI DP83TG720S-Q1（PHY）收发器芯片应用
以下以 TI DP83TG720S-Q1 为例介绍硬件层面的相关应用，如外围电路如何设计、电源管理、 layout 等相关注意事项 。
4 .1 主 要技术参数
I. 车载以太网 （Automotive Ethernet） 协议通用参数
II. DP83TG720S-Q1 （1000BASE-T1 PHY） 芯片参数
4 .2 外围电路设计
1. 共模扼流圈（ CMC ） ：
用于抑制共模电流（ Common-Mode Current ），防止其通过线缆辐射。选型时需关注：
阻抗 - 频率特性： 在 100 MHz 处阻抗应 ≥ 100 Ω（典型值 120 – 220 Ω），以有效衰减主要噪声频段。
直流偏置电流能力： 需支持 ≥ 300 mA （考虑 PHY 发送电流及线缆压降）。
封装与布局： 建议采用 1812 或 2220 封装，必须紧邻 PHY 的 MDI 引脚和连接器，避免引线过长形成天线。
2. 交流耦合电容与端接电阻
耦合电容： 通常选用 100 nF – 1 μ F 的 X7R 陶瓷电容，耐压 ≥ 25 V 。其作用是隔离 PHY 与线缆间的直流电位差，同时保证低频信号通过。
差分端接： 在 PHY 侧或连接器侧需放置 100 Ω ± 1% 的精密电阻（ 0402 或 0603 封装），用于匹配双绞线特性阻抗（ 100 Ω ± 10% ）。不建议省略，否则会引起信号反射，劣化眼图。
3. 电源滤波设计
PHY 通常需要多路电源（如 1.0 V 核心、 1.8 V I/O 、 3.3 V 模拟）。每路电源均需独立滤波：
LDO 后接 π 型滤波（电容 - 磁珠 - 电容），尤其核心电源（ 1.0 V ）对噪声敏感。
去耦电容布局： 0.1 μ F 陶瓷电容应紧贴 PHY 电源引脚（ <5 mm ），并配合 10 μ F 钽电容提供低频储能。
4.3 电源管理设计
1. 主要电源轨
DP83TG720S-Q1 需要多个供电电压，但它们之间 没有电源时序要求 ：
- VDDIO ： IO 供电电压，支持 1.8V 、 2.5V 或 3.3V 。
- VDDA3P3 ： 核心供电电压， 3.3V 。
- VDD1P0 ： 核心供电电压， 1.0V 。
- VSLEEP ： 休眠供电电压 ， 3.3V 。在应用中如果使用了休眠模式，该引脚需要保持常开。
2. 功耗管理模式
3. 硬件控制机制（休眠模式）
DP83TG720S-Q1 使用以下引脚来控制和实现低功耗状态：
1. INH （Inhibit） 引脚： 这是一个 PMOS 开漏输出引脚。当 PHY 进入休眠模式时， INH 引脚会释放，允许外部下拉电阻将其拉低至地。该信号用于控制外部电源管理模块，从而断开核心电源轨（ VDDIO 、 VDD1P0 、 VDDA ）的供电。
2. WAKE 引脚： 这是一个工作在 VSLEEP 域上的输入引脚。通过 WAKE 引脚上的 高电平脉冲 可以唤醒 PHY ，使其从休眠状态退出。
4. 4 Layout 设计
五、结 语
从现有基于汽车域的设计到分区架构的转变，标志着汽车工业的一次重大进步。分区架构提供了更高的灵活性和可扩展性，能够集中管理软件、大幅减少车内布线，从而减轻车身重量、提高燃油效率，同时保持成本优势。与多种技术混用相比，在 整车范围内统一实施以太网可以大大降低网络复杂性 。
以上简要介绍了 TI DP83TG720S-Q1 的基础技术参数和硬件设计的注意事项，后续将基于此 IC 继续讲解相关内容（如，如何对 PHY 寄存器配置与驱动初始化、时序如何、电源状态如何配置，网络协议层等），敬请期待。
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