行业报告-《2025汽车区域架构中的TSN启用以太网环形架构和AVB分布式音频白皮书》

该白皮书阐述了德州仪器（TI）面向汽车区域架构的TSN（时间敏感网络）以太网环形架构与AVB（音频视频桥接）分布式音频解决方案。

核心架构演进 汽车正从传统域控制器转向区域架构，通过区域控制模块（ZCM）汇总传感器数据，经由以太网主干传输至中央计算单元（CCU）。为满足安全关键型数据的高带宽、低延迟需求，行业采用以太网环形拓扑实现冗余——各节点连接两个相邻节点，数据可同时顺时针/逆时针双向传输。相比星形拓扑，环形架构在单链路故障时可自动切换路径，无需额外冗余链路，避免系统进入”跛行模式”。

TSN关键技术 TSN通过IEEE 802.1AS（gPTP）实现纳秒级时钟同步，802.1Qbv提供流量调度增强，802.1Qav支持AVB流量整形。这些协议确保不同路径延迟下音频播放的同步性，TSN与环形架构相互增强但非强制依赖。环形架构的端到端延迟随节点数增加而上升，主要源于交换机残留延迟（A）和软件包复制延迟（B），公式为：延迟=(2A)+(A×节点数)+B。

硬件实现方案 ZCM可采用三种配置：MCU+外接交换机+PHY、MCU集成交换机+外接PHY、MCU+外接交换机（集成PHY）。TI AM263P4-Q1 MCU通过集成通用平台交换机（CPSW）在硬件层实现数据包复制，较软件方案减少约69μs延迟，显著降低端到端抖动。其硬件还支持IEEE 802.1cb标准的重复包检测与丢弃、环路终止等功能。

AVB音频应用 车辆需处理四种音频数据：免提通话、主动降噪（ANC）、车载娱乐及电动汽车警示音。传统方案依赖独立音频总线，而AVB通过IEEE 1722协议在以太网传输音频流，结合802.1AS同步机制，确保多区域时间对齐播放，避免相位失真。TI方案采用DP83TG721-Q1 PHY硬件恢复媒体时钟（FSYNC/SCLK），配合AM263P4-Q1的PRU模拟I²S接口，直接驱动TAS6754-Q1音频功放，实现从网络包到扬声器的高效转换。

结论 以太网环形架构与TSN/AVB结合，为区域架构提供了高可靠、低延迟的通信基础，同时简化线束并支持跨域音频融合。TI通过MCU、PHY和功放的协同设计，提供了软硬件一体化的优化方案。