E/E 架构的未来及其对时钟的影响
来源：爱普生晶振
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发布日期：2024-12-16 15:55:28【大 中 小】
随着汽车逐渐成为车轮上的计算机，车辆的电气和电子 (E/E) 架构发生了巨大变化。消费者期望先进的安全功能并需要丰富的车载技术——所有这些都推动了汽车电气化和互联性的快速增长。
电子控制单元 (ECU)
E/E 架构的核心是一系列电子控制系统 (ECU) ，每个电子控制系统都是控制一个或多个车辆系统的嵌入式系统。典型的 ECU 包括发动机、传动系统或变速箱控制；暖通空调控制；信息娱乐和远程信息处理。在现代车辆中，所有与驾驶辅助和自动驾驶相关的系统，从传感器到执行器，均由 ECU 控制。这些 ECU 通过车辆通信网络互连。
汽车 ECU 的历史可以追溯到电子产品首次出现在车辆中时。早期，每个控制单元仅限于某种功能，例如发动机控制、ABS 系统或 HVAC。随着车辆中添加更多功能，ECU 数量也随之增加，在某些高端汽车中多达 200 个。 ECU 通常通过低速 CAN、LIN 或类似总线互连。这种车辆架构被称为分布式架构。分布式 ECU 通常很简单，对精确定时的要求很少。数据链接速度很慢。汽车晶振甚至不精确的 RC 振荡器足以为 ECU 提供时钟。
随着时间的推移，随着汽车设计出更先进的功能，ECU 的数量也随之增加。 ECU 数量的不断增加带来了高成本和巨大的布线挑战。然而，与此同时，处理器技术得到了改进，一个控制器可以管理多种功能，实质上可以实现域内 ECU 的整合。因此，领域架构诞生了。
领域架构
在域架构中，每个 ECU 统治一个特定的域。每个域控制器都连接到与其功能区域相关的传感器和执行器。典型的车辆架构具有以下域控制器：
1、连接性/远程信息处理
2、自动驾驶和驾驶员辅助系统（AD/ADAS）
3、动力总成/车辆动力学
4、身体与舒适度
5、车内体验/信息娱乐
向域架构的过渡对时序有重大影响。
1、该架构依赖于更高速的接口。这是通过以太网、FPDLink、GMSL 和类似接口来实现的。高速接口需要低抖动时钟晶振才能正常工作。过多的抖动会增加总线上的误码率 (BER)。在许多情况下，高时钟精度和温度稳定性（换句话说，低 ppm）至关重要。
2、ECU 复杂性增加，因此需要更多时钟。一些域控制器，特别是 AD/ADAS，构建在多个处理器（例如，主 SoC 和视觉协处理器）上，所有处理器均通过 PCI-Express 互连。 PCI-Express Gen 4 将于 2022 年广泛应用于汽车系统，需要 100 MHz 差分时钟，抖动 500 fs（在 12kHz 至 20 MHz 范围内集成）。低抖动SiT9396 振荡器非常适合生成该时钟。
3、集成时钟发生器简化了物料清单，同时优化了电路板空间、功耗或 EMI 等其他设计参数。
4、功能安全是当今汽车系统不可或缺的一部分。大多数域控制器都强制要求 ASIL D。时钟在支持功能安全要求方面发挥着重要作用。
进一步推进分区架构
与域架构一样高效和优雅，所提出的区域架构代表了一种进一步优化汽车电子系统的方法。在这里，传感器和执行器连接到本地区域控制器或网关，无论其功能如何。未来的 E/E 架构将由几个连接到功能强大的集中式计算机的控制器组成。该架构有可能进一步减少布线并优化计算能力。区域控制器还可以通过执行预处理任务来减轻中央计算机的负担。
区域架构严重依赖高速接口。它对时序的要求将比域架构更加严格——要求更低的抖动时钟、更高的时序精度和更好的温度稳定性。
SiTime晶振的 MEMS 时钟解决方案如何提供帮助
SiTime MEMS 时钟解决方案为当今的 E/E 架构和未来的面向区域的架构提供了必要的性能。与基于石英的计时组件相比，SiTime晶振具有多种优势，这些优势对于汽车应用尤其重要。
1、更好的频率精度、老化速度降低 10 倍以及出色的温度稳定性 – 在 -40 至 +125°C 范围内低至 ±20 ppm（XO 器件），在 -40 至 +105°C 范围内低至 ±0.1 ppm（TCXO晶振）。
2、可靠性提高高达 50 倍。除了减少现场故障数量之外，更好的可靠性还意味着更低的 FIT 率。这在 FMEDA（功能安全评估所需的定量分析）中提供了更好的硬件安全指标。
3、与晶体相比，MEMS晶振的尺寸更小、质量更轻，因此抗冲击、振动和电磁干扰的能力提高了 100 倍。当不会对晶体造成永久性损坏时，冲击和振动会在晶体振荡器中引起抖动，从而损害高速链路的误码率。
