Part 01 前言

車身控制器英文名字叫Body Control Module，也就是BCM，這玩意是汽車電子系統中的核心電子控制單元ECU，它負責管理和協調車輛的多種車身功能。它通過CAN以及LIN總線與車輛各部件通信，接收傳感器信號并控制執行器。典型的車身控制器功能包括燈光控制，主要負責管理車內外照明，包括前大燈、尾燈、轉向燈、氛圍燈等。車窗與車門控制，比如說控制電動車窗升降、車門鎖閉、中央門鎖及防夾功能。雨刮與洗滌功能，比如調節雨刮速度、控制噴水清洗系統。當然還有比較時髦的功能像無鑰匙進入與啟動，IMMO防盜報警、電子轉向鎖及安全開門輔助功能等等， BCM通常安裝在儀表板后方或座椅下方，目前隨著汽車電子架構從分布式向域控架構以及區域架構演進，車身域控制器逐漸取代傳統BCM。目前大的趨勢來說域控制器以后會逐漸取代傳統的車身控制器，目前的車身控制器也越來越智能化，以前的車身控制器你會看到比較多的保險絲以及繼電器，現在的車身控制器則是逐漸在削減保險絲以及繼電器的數量，那保險絲以及繼電器被什么取代了呢？那就是智能芯片。這篇文章就帶你手把手設計一個微縮版車身控制器，采用6層板PCB設計。包含原理設計以及PCB設計，當然最終是實現驅動兩個小車燈，可以通過硬線開關和CAN線兩種方式來控制車燈開或者關。

Part 02 原理設計

1.原理設計我們分為電源設計，CAN通信設計，最小系統設計，智能HSD驅動設計，硬線數字信號采樣設計五大部分。

電源設計

車身控制器等汽車電子控制單元ECU的電源模塊設計通常需要滿足汽車電子的嚴苛要求，包括電磁兼容性EMC、瞬態脈沖防護如ISO 7637標準和穩定性。典型構成包括“電容ESD防護 + TVS脈沖防護（應對7637脈沖） + 電容濾波 + SBC。

電容ESD防護作用是在電源輸入端添加電容，用于抑制靜電放電ESD干擾，保護后續電路免受高電壓尖峰的損害。瞬態抑制二極管TVS用于吸收ISO 7637標準定義的瞬態脈沖如負載突降、開關瞬態等，保護ECU免受高能量脈沖損壞。電容濾波的作用是平滑電源輸入端的紋波，濾除高頻噪聲，提供穩定的直流電源。大容量電解電容用于低頻濾波，小容量陶瓷電容用于高頻噪聲抑制。SBC是汽車ECU電源管理的核心，集成了穩壓器、看門狗、CAN/LIN收發器等功能，為MCU和其他模塊提供穩定電源，同時還能監控MCU的運行時序，避免軟件跑飛后系統亂搞一通。

所以我們可以選用SBC UJA1169來作為電源的核心芯片，來實現給MCU供電以及作為CAN的收發器控制，這樣也解決了CAN通信設計，當然UJA1169內部還集成了硬件看門狗。

最小系統設計

目前車規領域的主流MCU廠家有NXP，瑞薩，英飛凌，TI，ST，NXP的S32系列如S32K、S32G、S32Z/E，基于Arm Cortex-M/A/R架構，支持車身控制、網關、動力系統和ADAS。我們的微縮版車身控制器不需要太高端的MCU，選用FS32K116LAT0MLFT即可，這款MCU是ARM 架構微控制器，屬于 Arm Cortex-M0+，最高主頻是48 MHz，具有128 Kb Flash，CAN FD，FlexIO，CSEc安全，封裝是LQFP48。

智能HSD驅動設計

目前集成MOS的智能驅動芯片可以分為三大類，HSD，LSD，H橋驅動芯片，這些芯片內部集成了MOS，適用小電流驅動場景，廣泛應用于汽車電子系統中，用于驅動負載如繼電器、燈泡、電機等。它集成了 MultiSense 模擬反饋功能，可提供負載電流、電壓和溫度的實時診斷信息，符合AEC-Q100車規標準，我們可以選用VND7020AJTR ，它具有兩個輸出通道，每個通道可以驅動1個20W的燈泡，進而與車規 MCU配合使用，MCU 通過GPIO輸出5V邏輯信號到 IN1/IN2 引腳，控制高側開關。MCU 的 ADC 讀取 MultiSense引腳的模擬信號，監控負載狀態。通過 CAN/LIN 總線將診斷數據傳輸到車身域控制器。

硬線數字信號采樣設計

硬線數字信號采樣設計可以分為兩部分，一部分是通過三極管實現上拉電源可控開關設計，另外一部分是輸入信號電平轉換部分，為什么要通過三極管實現上拉電源可控開關設計呢？這樣我們在ECU系統睡眠后可以斷開三極管，降低功耗，輸入信號電平轉換部分要考慮ESD防護，可以用陶瓷電容實現，注意耐壓要100V。

這樣整個原理設計就完成了：

Part 03 PCB設計

疊層設計

首先我們想要PCB尺寸盡可能小，目標是52mm*45mm，要想在這么小的PCB上放置這么多器件，所以準備選用6層板PCB，選定了層數接下來要考慮的就是疊層設計。疊層設計我們按如下配置設置：

Layer 1 (Top): Signal + Components

Layer 2: Ground Plane (GND)

Layer 3: Power Plane (VBAT, 5V)

Layer 4: Signal

Layer 5: Ground Plane (GND)

Layer 6 (Bottom): Signal + Components

Top用于放置主要元器件（UJA1169A、FS32K116、VND7020等）及高優先級信號布線如 CAN 差分線、HSD 輸出。靠近地平面Layer 2，減少信號環路電感。

Layer 2 是GND層，是完整的地平面，提供低阻抗接地路徑，減少 EMI。為Top層的信號和高電流器件提供參考平面。

Layer 3 Power，可以分割為多個電源區域：VBAT（12V）、5V SBC 輸出給MCU 供電。使用寬銅箔（>2mm）連接電源區域，降低壓降。

Layer 4 Signal層用于次要信號布線如數字 IO、SPI。靠近 Layer 5 的地平面，保持信號完整性。

Layer 5是GND層，是第二個完整地平面，增強屏蔽和接地能力。為 Layer 4 和 Layer 6 的信號提供參考。

Layer 6 Bottom層用于次要元器件如濾波電容、電阻和低速信號布線。適合放置連接器或測試點。

TOP層和BOT層采用2OZ，內層采用1OZ，來實現比較好的散熱能力。

疊層優點是雙地平面Layer 2 和 Layer 5增強 EMC 和信號完整性。電源層Layer 3集中管理 VBAT/5V/3.3V，減少壓降。6層板可以提供足夠的布線空間，適合復雜信號和高電流路徑。

多層板目前國內很多PCB廠家都有在做，我也打過很多樣，整體體驗下來覺得嘉立創的高多層PCB服務是真的很不錯，他們家可以做6 - 32層板，也能做高精密阻抗板，我們今天用到的是6層板設計，所以在嘉立創打樣，問題不大。眾所周知，PCB這玩意不同供應商的生產能力是不一樣的，嘉立創高多層PCB采用LDI激光直接成像線路防焊，相比傳統CCD曝光，LDI提供更高精度的線路和防焊層對齊，支持1:1焊盤與防焊開窗，確保高密度布線如CAN差分線的精度。并且采用了VCP脈沖電鍍技術，通過垂直連續電鍍提升銅層均勻性，適合高電流路徑如VND7020的大電流輸出，降低電阻和熱效應。

布局設計

電源模塊（電容ESD防護 + TVS + 電容濾波 + UJA1169A）

輸入端將電源輸入連接器、TVS、ESD電容（100nF，50V）放置在 PCB 邊緣，靠近 VBAT 輸入。UJA1169A放置在電源輸入下游，靠近濾波電容（陶瓷 +電解），距離 TVS 要近。濾波電容靠近 UJA1169A 的 VBAT 引腳，輸出端去耦電容緊貼芯片。

TVS 焊盤和 UJA1169A 需大面積銅箔和散熱通孔（散熱過孔可采用0.3mm 直徑）。

TVS 和 ESD 電容的地端通過多個通孔（>3 個）連接到 Layer 2 地平面。

CAN 通信模塊（也就是UJA1169A 集成 CAN 收發器），CAN_H/CAN_L 引腳到 CAN 連接器的布線盡量短，放置在 Top 層，參考 Layer 2 地平面。終端電阻（120Ω）和保護電容，ESD二極管靠近 CAN 連接器。共模扼流圈放置在 CAN 信號路徑靠近 UJA1169A 端。CAN 差分線遠離高電流路徑（如 VND7020 輸出）和 PWM 信號（如 HSD 控制）。保持 CAN_H/CAN_L等長，間距一致，避免交叉。

最小系統（FS32K116LAT0MLFT）

MCU FS32K116（LQFP-48 封裝）放置在 PCB 右下角，靠近 UJA1169A 的5V 輸出。每個 VDD 引腳附近放置 100nF 陶瓷電容，放置BOT面，通過過孔和MCU管腳連接，地端連接到 Layer 2 地平面。8MHz晶振靠近 OSC 引腳，周圍無高頻信號干擾，晶振下方保持完整地平面。

智能 HSD VND7020，驅動兩個 20W 燈泡

VND7020：放置在 PCB 邊緣，靠近負載連接器，方便高電流輸出。VND7020的BAT供電走線要寬， 100nF 去耦電容靠近VBAT 引腳。每個通道驅動 20W 燈泡，12V，約 1.67A。MultiSense 引腳連接到 MCU 的 ADC 引腳，布線原理高頻干擾線，加 470pF 濾波電容到地。

HSD的封裝是PowerSSO-16 ，封裝底部散熱墊連接到大面積銅箔，至少 10 個散熱通孔（0.3mm 直徑）到電源。

IN1/IN2 引腳連接到 MCU 的 GPIO，要遠離高電流輸出線。

硬線數字信號采樣

數字輸入信號（如開關狀態）通過 MCU 的 GPIO引腳采樣，輸入連接器放置在 PCB 邊緣，信號線優先走 Layer 4，參考 Layer 5 地平面。數字信號線遠離 CAN 差分線和 HSD 輸出線。

最后PCB的整體布局如下：