亨利·福特说过：“颜色随你挑，只要是黑色就行。”这种说法在几十年前可能是行得通的。但是现在，客户的期望已经大大提高。现代汽车界由三大趋势主导：电气化、自动驾驶和连接性。前者对动力总成和线束的高压部分有巨大影响，而后两者正推动汽车的电子控制单元（ECU）通信的方式发生巨大变化。
来自消费电子、通信基础设施和物联网的趋势和概念已经应用于汽车。尤其是自动驾驶和车载连接为更高数据传输速率和区域架构创造了需求。
当今的车载网络拓扑只能通过参考过去使用的信令技术来理解。汽车中最初的电气控制接口通过单线来连接控制器和执行器。随着对功能需求的增加，引入了总线网络。总线连接到控制离散功能块的控制单元，例如动力总成或车身控制。
尽管该方案已随着对带宽和互连的需求增长而发展，但仍可以在当今的汽车中找到该方案。实施物理上分离的总线以满足安全要求使拓扑结构更加复杂。
如果设计人员今天要从头开始设计车载网络，则方法会有所不同。诸如物理地址和软件地址的分离、即插即用的可配置性以及端对端加密等现代技术将很容易获得。但是，当今的车载网络不提供这些功能，翻新不仅昂贵，而且在许多情况下无法正常工作。
与连接直接相互通信的ECU的旧方法相比，区域架构旨在形成一个网络，从原理上讲，任何ECU之间都可以相互通信。为此，每个ECU通过短CAN、LIN或10BASE-T1S接口直接连接到域或区域控制器。域或区域控制器使用诸如BASE-T1之类的高速骨干网技术进行连接，如图1所示。
图1：以区域架构和以太网为骨干的现代车载网络
软件使系统非常通用：可以实现虚拟CAN/LIN网络，因此传统ECU可以通过老式的仅CAN/LIN拓扑运行。由于每个ECU都有一个动态的以太网协议（IP）地址，即插即用操作以及可重新配置性（例如支持无线更新）都可实现。当基于软件时，可以形成安全子网，以确保在安全关键型应用中符合安全标准并保护敏感数据。
汽车以太网是此类拓扑的首选系统，因为它本身提供了所需的灵活性。此外，由于它是当今通信基础架构中的标准技术，因此工程师易于实施。
不同的速度等级适合于区域架构的三个不同阶段：用于区域控制器连接的BASE-T1和多千兆位以太网；用于将ECU直接连接到区域控制器的BASE-T1；将带宽需求有限的ECU连接到区域控制器的10BASE-T1S。
这使得仅通过汽车以太网连接的“全IP汽车”概念成为可能。专家群体在这个想法将来是否会实现，甚至是否可取这一问题上存在分歧。普遍的共识是，出于成本和传统原因，诸如LIN、CAN和FlexRay之类的传统协议将保留在区域架构中。据专家说法，区域结构的例外情况可以在驾驶员辅助系统传感器与相应控制单元的高速连接中找到。因为这里不需要灵活性，并且需要传输的主要是单向的高带宽数据流。最佳的技术选择-SerDes接口可满足这一需求。
面对上面讨论的大趋势，硬件工程师必须处理网络通信设计中的一个特定问题：ESD可靠性。随着IC的尺寸缩小，工程师不再能够牺牲用于内部ESD保护的设计空间。这意味着外部ESD保护的新概念开始起作用。这是必要的，因为器件级ESD保护的可靠性可能就足够了，但是在系统级，这样的保护是不够的。鉴于在高度连接的架构中普遍存在的安全威胁，尤其是在实施自动驾驶技术时，由ESD事件引起的潜在系统故障所带来的危险是严重的，必须予以避免。
在BASE-T1的系统实施规范中，OPEN联盟提出了两个可能的外部ESD保护器件。如图2所示，一个可以放置在连接器上（ESD_1），一个可以放置在PHY上（ESD_2）。该规范允许使用零个、一个或两个器件来实现所需的ESD可靠性。
图2：OPEN联盟提出的BASE-T1接口拓扑。ESD保护位于连接器处，并作为收发器模块的一部分。
从以太网规范的角度来看，PHY的外部ESD保护被视为PHY的一部分。因此，带有外部保护的PHY需要符合适用于独立PHY的所有要求。连接器上的保护必须符合OPEN联盟的外部ESD保护器件规范。由于其位于连接器上，除了最大电容为3pF，ESD保护器件的最小触发电压应为V。
从系统角度来看，连接器处的外部ESD保护具有优势，并提供了设计可靠接口的最佳方法。在ESD事件期间使用EMI扫描器即可观察到这一点，如图3所示：此处，色标反映了从蓝色（0A）到红色（最大电流）的电流幅度。这里对ESD保护位置的三种情况进行了比较。
方案1显示了在没有外部ESD保护的情况下，介质相关接口（MDI）发生ESD事件期间的电流幅度：大电流从连接器穿过整个PCB流向PHY。
在方案2中，ESD保护器件位于共模扼流圈（CMC）与PHY之间。尽管PHY处的电流较低，但仍有大电流流经PCB，从而削弱了无源和有源组件。
在方案3中，按照建议，将ESD保护放置在CMC和PHY之前的连接器处。在整个MDI中观察到的电应力很小，从而提供了最佳的系统级可靠性。
图3：MDI的ESD事件期间的电流幅度（PHY和连接器处不带外部ESD保护[1]，PHY处带有外部ESD保护[2]，连接器处带有外部ESD保护[3]。色标反映了从蓝色（0A）到红色（最大电流）的电流幅度。
ESD保护器件之间的技术差异可能会对测量结果产生显著影响，从而对接口的ESD可靠性产生显著影响。CMC的饱和特性与外部ESD保护的钳位特性之间的相互作用是最重要的因素。钳位需要尽可能低，以防止CMC进入饱和状态。但是，仍需满足触发电压的要求以及“不必要的钳位”测试。
当前，有3种主要技术可用于ESD保护：齐纳二极管、先进的硅技术（例如硅控整流器、基极开路晶体管和其他回弹技术）和压敏电阻。
考虑到接口的射频要求，很明显，齐纳二极管不是一个选择。只能使用基于硅或压敏电阻的技术。硅技术可以利用回弹效应，从而产生非常低的钳位电压，并满足标准的其他要求。压敏电阻还可以提供合适的射频特性和高触发电压。然而，钳位电压明显更高。这可以在图4的传输线脉冲（TLP）图中看到，并在6kV时产生放电电流。与基于压敏电阻的解决方案相比，NexperiaPESD2ETH1G-T的快速恢复和极低的钳位电压提供了更好的保护。
图4：硅基ESD保护器件Nexperia的PESD2ETH1G-T（1）和压敏电阻（2）的TLP图（左）以及相应的ESD放电电流测量值（右）
车辆线束的演变为实现新功能提供了巨大的机会，但也给设计工程师带来了新的设计问题。新的ESD保护概念有助于实现较高的系统级可靠性，同时提供更多的PCB设计灵活性。
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