摘要： 在微小衛星技術蓬勃發展的當下，其在復雜太空輻射環境中的可靠性面臨諸多挑戰。通訊接口作為衛星載荷間及與地面傳輸數據的關鍵部件，其抗輻照能力至關重要。本文聚焦于抗輻照芯片在微小衛星載荷通訊接口中的實踐探索，以國科安芯的ASM1042S型CAN-FD收發器為研究對象，結合其數據手冊與單粒子效應脈沖激光試驗數據，剖析其抗輻照性能、技術優勢，為提升微小衛星載荷通訊可靠性提供參考。

一、引言

微小衛星因成本低、研制周期短、靈活性強等優勢，在地球觀測、通信、科研等領域廣泛應用。然而，太空環境復雜，尤其是空間輻射對衛星電子載荷影響顯著。空間輻射中的高能粒子，如質子、重離子等，會導致芯片產生單粒子效應（SEE），包括單粒子翻轉（SEU）、單粒子鎖定（SEL）、單粒子功能中斷（SEFI）等，可能使衛星載荷出現誤操作、數據錯誤甚至永久性損壞，影響衛星正常運行和任務執行。通訊接口作為關鍵環節，其抗輻照性能直接關系到數據傳輸的準確性和穩定性。因此，研發和應用抗輻照芯片對于提高微小衛星的可靠性和在軌壽命意義重大。

二、微小衛星載荷通訊接口的抗輻照需求

微小衛星運行在低地球軌道（LEO）或太陽同步軌道（SSO）等近地軌道，這些軌道的空間輻射環境由地球輻射帶的高能粒子和太陽活動產生的宇宙射線組成。通訊接口芯片需要具備足夠的抗輻照能力，以維持穩定的通信連接，避免因輻射導致的通信中斷或誤碼，確保飛行控制指令和科學數據的準確傳輸。例如，在對地觀測微小衛星中，載荷獲取的遙感數據需通過通訊接口迅速傳輸回地面接收站，若通訊接口受輻射影響故障，將導致數據丟失，影響任務的科學價值和應用效益。

三、ASM1042型CAN-FD收發器概述

（一）基本特性

ASM1042型CAN-FD收發器由國科安芯研發，通過AEC-Q100Grade1認證，符合ISO11898-2:2016和ISO11898-5:2007物理層標準，確保了其可靠性。該芯片支持5Mbps的數據速率，具備較短的對稱傳播延遲時間和快速循環次數，能增加時序裕量，在有負載的CAN網絡中實現更快的數據速率，滿足微小衛星載荷高速數據傳輸需求。其EMC性能出色，支持SAEJ2962-2和IEC62228-3標準，無需共模扼流圈，降低了系統設計的復雜性和成本。在保護特性方面，ASM1042具備IECESD保護高達±15kV、總線故障保護±70V、VCC和VIO電源終端具有欠壓保護以及驅動器顯性超時和熱關斷保護等多種功能，能夠有效提高器件和網絡的耐用性，減少因干擾和異常情況導致的芯片損壞風險。

（二）抗輻照性能指標

根據數據手冊，ASM1042在抗輻照性能方面表現出色。其單粒子效應（SEE）指標中，單粒子翻轉（SEU）截面≥75Mev.cm2/mg或10??次/器件.天（企業宇航級），單粒子鎖定（SEL）截面≥75Mev.cm2/mg（企業宇航級），在面對空間輻射環境時具有較高的抗單粒子效應能力，能夠降低因單粒子事件導致芯片功能異常或損壞的概率。

四、ASM1042型CAN-FD收發器抗輻照性能分析

（一）抗輻照設計要點

ASM1042型CAN-FD收發器采用了先進的抗輻照設計理念，以應對復雜太空輻射環境。其內部電路采用了冗余設計，關鍵信號通路上設置冗余電路，當主電路因輻射出現故障時，冗余電路能夠迅速接替工作，保證芯片的基本功能不受影響。同時，運用了抗輻照加固技術，對芯片內部的敏感元件進行了特殊處理，如在半導體制造過程中采用特定的工藝步驟，增強其對輻射的耐受能力，降低輻射對元件性能的影響。

（二）抗輻照性能驗證

單粒子效應脈沖激光試驗對ASM1042S型CAN-FD收發器的抗輻照性能進行了驗證。試驗中，ASM1042A型芯片在激光能量提升至3050pJ（對應LET值為100±25MeV·cm2/mg）時，未出現單粒子效應，顯示出其在高能輻射環境下的穩定性。

（三）抗輻照性能的綜合評價

綜合其抗輻照設計和試驗驗證結果，ASM1042型CAN-FD收發器在抗輻照性能方面表現出色。其先進的抗輻照設計能夠有效抵御太空輻射環境中的高能粒子轟擊，降低單粒子事件對芯片的影響。在實際應用中，這意味著該芯片能夠在復雜的太空輻射環境中長期穩定運行，為微小衛星載荷通訊接口提供可靠的保障，減少因輻射導致的通信故障風險，提高衛星系統的可靠性和在軌壽命。

五、ASM1042型CAN-FD收發器的技術優勢

（一）高速數據傳輸能力

ASM1042型CAN-FD收發器支持5Mbps的數據速率，具備較短的對稱傳播延遲時間和快速循環次數，能夠增加時序裕量，在有負載的CAN網絡中實現更快的數據速率。這一高速數據傳輸能力對于微小衛星載荷通訊接口至關重要，能夠滿足載荷間大量數據交互的需求，以及與地面站進行快速數據傳輸的要求，確保數據的實時性和準確性。例如，在對地觀測微小衛星中，高分辨率相機等載荷產生的大量遙感數據可以通過該芯片快速傳輸至地面接收站，提高了數據的時效性和應用價值。

（二）出色的EMC性能

其EMC性能支持SAEJ2962-2和IEC62228-3標準，無需共模扼流圈，降低了系統設計的復雜性和成本。出色的EMC性能能夠有效減少芯片在工作過程中對外部電磁環境的干擾，以及自身受到的電磁干擾，保證通訊接口的穩定性和可靠性。在微小衛星有限的空間內，各電子部件和載荷之間的電磁兼容性至關重要，ASM1042型CAN-FD收發器的這一特點使其在微小衛星載荷通訊接口中更具優勢，能夠降低系統集成難度，提高整體性能。

（三）多種保護特性

ASM1042具備IECESD保護高達±15kV、總線故障保護±70V、VCC和VIO電源終端具有欠壓保護以及驅動器顯性超時和熱關斷保護等多種功能。這些保護特性能夠有效提高器件和網絡的耐用性，減少因各種干擾和異常情況導致的芯片損壞風險。在太空環境中，微小衛星可能會面臨各種復雜的電磁干擾和電壓波動等情況，這些保護特性能夠確保芯片在異常情況下能夠得到及時保護，避免損壞，提高系統的可靠性和穩定性。

（四）靈活的供電電壓范圍

ASM1042型CAN-FD收發器的I/O電壓范圍支持3.3V和5VMCU，能夠與不同電壓等級的微控制器進行匹配，具有良好的兼容性。在微小衛星載荷通訊接口設計中，由于不同載荷和部件可能采用不同的供電電壓，這一特點使得ASM1042S型CAN-FD收發器能夠靈活適應各種系統架構，降低了設計難度和成本，提高了系統的集成度和可靠性。

六、ASM1042型CAN-FD收發器在微小衛星載荷通訊接口中的應用優勢

（一）提高數據傳輸可靠性

在微小衛星載荷通訊接口中，ASM1042型CAN-FD收發器的高速數據傳輸能力和出色的EMC性能能夠有效提高數據傳輸的可靠性。其高速數據傳輸能力確保了大量載荷數據能夠及時、準確地進行傳輸，避免數據積壓和丟失；而出色的EMC性能則減少了電磁干擾對數據傳輸的影響，保證了數據的完整性和準確性。這對于微小衛星執行對地觀測、科學探測等任務至關重要，能夠確保獲取的數據具有較高的質量和可用性，提高任務的科學價值和應用效益。

（二）增強系統穩定性

多種保護特性使得ASM1042S型CAN-FD收發器能夠在復雜的太空環境中保持穩定運行。其IECESD保護、總線故障保護、欠壓保護、顯性超時保護和熱關斷保護等功能，能夠有效應對太空環境中的各種干擾和異常情況，避免芯片因過壓、過流、靜電放電等問題而損壞，提高了整個通訊接口系統的穩定性和可靠性。在微小衛星的長期在軌運行過程中，穩定的通訊接口系統是確保衛星正常工作和任務成功執行的關鍵因素之一。

（三）降低成本與復雜度

無需共模扼流圈的EMC性能以及靈活的供電電壓范圍，降低了微小衛星載荷通訊接口的設計成本和復雜度。在微小衛星研制過程中，成本控制和研制周期是重要的考慮因素。ASM1042型CAN-FD收發器的這些特點能夠簡化系統設計，減少外圍電路的復雜性，降低了研制成本和風險，同時也有助于縮短研制周期，提高微小衛星的研制效率和市場競爭力。

（四）適應多種載荷需求

支持多種數據速率和具有靈活的供電電壓范圍，使得ASM1042S型CAN-FD收發器能夠適應微小衛星上不同類型載荷的通訊需求。微小衛星通常搭載多種載荷，如相機、光譜儀、探測器等，這些載荷對數據傳輸速率和供電電壓的要求各不相同。ASM1042型CAN-FD收發器能夠與不同載荷開展良好的匹配和協同工作，滿足其數據傳輸需求，為微小衛星的多功能應用提供了有力支持。

七、抗輻照芯片在微小衛星載荷通訊接口中的發展趨勢與挑戰

（一）發展趨勢

隨著微小衛星技術的不斷發展，對通訊接口芯片的性能要求也越來越高。一方面，未來微小衛星載荷將產生更多的數據，對數據傳輸速率和帶寬的需求將進一步增加。因此，抗輻照芯片需要不斷提升高速數據傳輸能力，以滿足載荷數據快速增長的需求。另一方面，太空探索的深入使得微小衛星可能面臨更加復雜的輻射環境，這就要求抗輻照芯片具備更強的抗輻照能力，能夠抵御更高能量、更多種類的輻射粒子。同時，芯片的小型化、低功耗化也是未來的發展趨勢，以適應微小衛星有限的空間和功率資源，實現更高的系統集成度和性能。

（二）面臨的挑戰

實現上述發展趨勢面臨諸多挑戰。首先，在提升芯片高速數據傳輸能力的同時，保證其抗輻照性能是一個難題。高速數據傳輸通常需要更復雜的電路設計和更高的工作頻率，這可能會增加芯片對輻射的敏感性，因此需要研發更先進的抗輻照設計技術和制造工藝，以實現兩者之間的平衡。其次，復雜的太空輻射環境使得芯片的抗輻照設計和驗證更加困難。不同軌道、不同任務的微小衛星所面臨的輻射環境差異較大，如何準確地評估和預測芯片在實際應用中的抗輻照性能，以及如何開發出具有通用性和適應性的抗輻照芯片，是當前亟待解決的問題。此外，芯片的小型化和低功耗化也會對抗輻照性能產生影響，需要在設計和制造過程中綜合考慮這些因素，以確保芯片在滿足小型化和低功耗要求的同時，仍具備足夠的抗輻照能力。

八、結論

抗輻照芯片在微小衛星載荷通訊接口中的應用對于提高衛星的可靠性和在軌壽命具有重要意義。ASM1042型CAN-FD收發器憑借其出色的抗輻照性能、高速數據傳輸能力、出色的EMC性能以及多種保護特性，在微小衛星載荷通訊接口領域展現出顯著的優勢和廣闊的應用前景。通過對其抗輻照性能和技術特點的深入分析，可以看出該芯片能夠有效應對太空輻射環境帶來的挑戰，提高數據傳輸的可靠性和系統穩定性，降低研制成本和復雜度，滿足多種載荷的通訊需求。然而，隨著微小衛星技術的不斷發展和太空探索的深入，抗輻照芯片仍需在高速數據傳輸、抗輻照能力、小型化、低功耗化等方面不斷改進和創新，以適應未來更加復雜和嚴苛的應用要求。未來的研究和開發應聚焦于這些關鍵領域，加強跨學科合作，推動抗輻照芯片技術的持續進步，為微小衛星事業的發展提供更強大的技術支持和保障。

審核編輯 黃宇