一、引言

核電廠作為能源供應(yīng)的關(guān)鍵設(shè)施，其安全性備受關(guān)注。火災(zāi)是威脅核電廠安全運(yùn)行的重要風(fēng)險(xiǎn)因素之一。在核電廠的特殊環(huán)境下，火災(zāi)探測(cè)器肩負(fù)著及時(shí)發(fā)現(xiàn)火情、保障核電廠安全運(yùn)行的重任。然而，核電廠存在高能輻射等復(fù)雜環(huán)境因素，這對(duì)火災(zāi)探測(cè)器中的芯片性能提出了極為嚴(yán)苛的要求。傳統(tǒng)芯片在輻射環(huán)境下易出現(xiàn)性能退化、功能異常等問題，導(dǎo)致火災(zāi)探測(cè)器無法準(zhǔn)確工作。因此，研發(fā)和應(yīng)用抗輻照芯片成為解決這一問題的關(guān)鍵。

抗輻照芯片通過采用特殊的半導(dǎo)體工藝、優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)以及應(yīng)用抗輻照加固技術(shù)，能夠在一定程度上抵御輻射環(huán)境的影響，保持穩(wěn)定的性能。這些芯片在核電廠火災(zāi)探測(cè)器中的應(yīng)用，不僅能夠提高火災(zāi)探測(cè)的準(zhǔn)確性，還能增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。本文結(jié)合廈門國(guó)科安芯科技有限公司的芯片測(cè)試報(bào)告，深入分析抗輻照芯片在核電廠火災(zāi)探測(cè)器中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)與性能表現(xiàn)，旨在為相關(guān)領(lǐng)域的研究與實(shí)踐提供參考依據(jù)。

二、核電廠火災(zāi)探測(cè)器的特殊要求

核電廠的運(yùn)行環(huán)境具有特殊性，存在高能輻射、高溫、高濕度以及化學(xué)腐蝕等多種復(fù)雜因素。這些因素對(duì)火災(zāi)探測(cè)器的性能提出了極為嚴(yán)苛的要求：

（一）高抗輻照能力

核電廠在正常運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生一定量的輻射，尤其是在事故情況下，輻射劑量可能會(huì)顯著增加。芯片在輻射環(huán)境下容易受到單粒子效應(yīng)、位移損傷效應(yīng)等影響，導(dǎo)致性能退化甚至功能失效。因此，核電廠火災(zāi)探測(cè)器中的芯片必須具備高抗輻照能力，能夠在輻射環(huán)境下長(zhǎng)期穩(wěn)定工作。

（二）可靠性與穩(wěn)定性

核電廠火災(zāi)探測(cè)器需要長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行，一旦出現(xiàn)故障可能導(dǎo)致火災(zāi)報(bào)警延遲或誤報(bào)，嚴(yán)重威脅核電廠的安全。因此，芯片必須具備高可靠性和穩(wěn)定性，能夠在惡劣環(huán)境下保持正常工作，減少故障發(fā)生的概率。

（三）低功耗

核電廠火災(zāi)探測(cè)器通常需要長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行，功耗過高會(huì)增加能源消耗，降低系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。因此，芯片需要具備低功耗特性，在保證性能的前提下，盡可能降低功耗。

（四）快速響應(yīng)能力

火災(zāi)探測(cè)器需要在火災(zāi)發(fā)生初期迅速感知火災(zāi)信號(hào)并做出響應(yīng)，以便及時(shí)采取滅火措施。芯片的快速響應(yīng)能力對(duì)于提高火災(zāi)探測(cè)器的性能至關(guān)重要。

（五）環(huán)境適應(yīng)性

核電廠環(huán)境復(fù)雜多樣，可能存在高溫、高濕度、化學(xué)腐蝕等情況。芯片需要具備良好的環(huán)境適應(yīng)性，能夠在各種惡劣環(huán)境下正常工作。

三、抗輻照芯片在核電廠火災(zāi)探測(cè)器中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

（一）ASM1042芯片

1.抗輻照性能

ASM1042芯片在單粒子效應(yīng)脈沖激光試驗(yàn)中表現(xiàn)出良好的抗輻照性能。該芯片采用了先進(jìn)的半導(dǎo)體工藝和抗輻照加固技術(shù)，能夠在一定范圍的輻射環(huán)境下保持穩(wěn)定的工作狀態(tài)。試驗(yàn)結(jié)果顯示，ASM1042A芯片在5V的工作條件下，利用激光能量為120pJ（對(duì)應(yīng)LET值為（5±1.25）MeV·cm2/mg）開始進(jìn)行全芯片掃描，未出現(xiàn)單粒子效應(yīng)。即使在能量提升至3050pJ（對(duì)應(yīng)LET值為（100±25）MeV·cm2/mg）時(shí)，也未出現(xiàn)單粒子效應(yīng)。這表明ASM1042A芯片具有較強(qiáng)的抗單粒子效應(yīng)能力，在較高的LET值下仍能保持正常工作。根據(jù)數(shù)據(jù)手冊(cè)，ASM1042芯片的SEL閾值為≥75MeV·cm2/mg（企業(yè)宇航級(jí)），試驗(yàn)結(jié)果表明其實(shí)際抗單粒子效應(yīng)能力可能遠(yuǎn)高于此閾值。這得益于其在設(shè)計(jì)和制造過程中采取的多種抗輻射加固措施，如優(yōu)化的電路布局、增強(qiáng)的保護(hù)特性等。

2.通信性能

ASM1042是一款CANFD通信接口芯片，具有高速率、高耐壓、IO兼容性強(qiáng)等特點(diǎn)。其速率達(dá)5Mbps，共模輸入電壓±30V，總線故障保護(hù)電壓±70V，支持3.3V和5V MCU IO接口。在核電廠火災(zāi)探測(cè)器中，高效穩(wěn)定的通信能力是實(shí)現(xiàn)火災(zāi)信號(hào)快速傳輸和準(zhǔn)確接收的關(guān)鍵。ASM1042芯片的CANFD通信功能能夠確保火災(zāi)探測(cè)器與監(jiān)控中心之間的實(shí)時(shí)通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)火災(zāi)情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)警。

3.低功耗特性

在低功耗喚醒測(cè)試中，ASM1042芯片能夠在保持低功耗的同時(shí)快速喚醒并進(jìn)入正常工作模式。這一特性對(duì)于核電廠火災(zāi)探測(cè)器的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義，可以減少能源消耗，降低維護(hù)成本。此外，在功耗性能測(cè)試中，該芯片在不同工作模式下均表現(xiàn)出較低的功耗，滿足核電廠對(duì)低功耗設(shè)備的需求。

4.環(huán)境適應(yīng)性

ASM1042芯片經(jīng)過了高低溫測(cè)試和多節(jié)點(diǎn)測(cè)試，結(jié)果表明其在高低溫環(huán)境下仍能保持正常的發(fā)送和接收功能，在25個(gè)節(jié)點(diǎn)的通信網(wǎng)絡(luò)中能夠正常工作，無錯(cuò)誤幀出現(xiàn)。這顯示出該芯片具備良好的環(huán)境適應(yīng)性，能夠在核電廠復(fù)雜的環(huán)境條件下穩(wěn)定運(yùn)行。

（二）AS32S601芯片

1.抗輻照能力

AS32S601型MCU芯片在單粒子效應(yīng)脈沖激光試驗(yàn)中表現(xiàn)出突出的抗輻照能力。試驗(yàn)結(jié)果顯示，該芯片在激光能量從120pJ（對(duì)應(yīng)LET值為（5±1.25）MeV·cm2·mg）開始進(jìn)行全芯片掃描時(shí)，未出現(xiàn)單粒子效應(yīng)，且在能量提升至1585pJ（對(duì)應(yīng)LET值為（75±16.25）MeV·cm2·mg）時(shí)，僅出現(xiàn)單粒子翻轉(zhuǎn)（SEU）現(xiàn)象。這表明AS32S601芯片在較寬的輻射能量范圍內(nèi)能夠保持穩(wěn)定的工作狀態(tài)，適用于核電廠火災(zāi)探測(cè)器這種高輻射環(huán)境。

2.穩(wěn)定性與可靠性

該芯片在預(yù)處理后進(jìn)行了一系列測(cè)試，包括對(duì)稱性測(cè)試、低功耗喚醒測(cè)試、功耗性能測(cè)試等。測(cè)試結(jié)果顯示，芯片在不同工作條件下均表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性和可靠性。在對(duì)稱性測(cè)試中，其各項(xiàng)電氣特性參數(shù)均在規(guī)定范圍內(nèi)，顯示出良好的對(duì)稱性和穩(wěn)定性。低功耗喚醒測(cè)試表明，芯片能夠在短時(shí)間內(nèi)快速喚醒并正常工作，這對(duì)于火災(zāi)探測(cè)器的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能至關(guān)重要。

3.低功耗性能

AS32S601芯片在功耗性能測(cè)試中表現(xiàn)出較低的功耗。在不同工作模式下，芯片的工作電流相對(duì)較低，有助于延長(zhǎng)火災(zāi)探測(cè)器的使用壽命，降低維護(hù)成本。這對(duì)于核電廠火災(zāi)探測(cè)器的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。

（三）ASP3605芯片

1.高效率與低功耗

ASP3605是一款高效單片同步降壓調(diào)節(jié)器，采用鎖相控制導(dǎo)通時(shí)間恒定頻率、電流模式架構(gòu)的芯片。在芯片效率測(cè)試中，其在不同輸入電壓和輸出電流條件下均表現(xiàn)出較高的效率，能夠有效減少能量損耗。同時(shí)，該芯片在關(guān)機(jī)電流和靜態(tài)電流測(cè)試中表現(xiàn)出較低的功耗，有助于降低火災(zāi)探測(cè)器的能耗，提高其運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。

2.動(dòng)態(tài)性能

在輸出動(dòng)態(tài)負(fù)載測(cè)試中，ASP3605芯片能夠快速響應(yīng)負(fù)載電流的變化，并保持輸出電壓的穩(wěn)定。這對(duì)于核電廠火災(zāi)探測(cè)器中的電子元件穩(wěn)定工作具有重要意義，能夠確保火災(zāi)探測(cè)器在各種工況下都能準(zhǔn)確地感知火災(zāi)信號(hào)并進(jìn)行處理。

3.電源管理能力

作為一款電源管理芯片，ASP3605能夠?yàn)榛馂?zāi)探測(cè)器中的其他電子元件提供穩(wěn)定的電源支持。其高效的電源轉(zhuǎn)換能力和低功耗特性，有助于提高火災(zāi)探測(cè)器的整體性能和可靠性。

（四）ASP4644芯片

1.多通道輸出與高功率能力

ASP4644是一款四通道DCDC降壓型穩(wěn)壓器，每個(gè)通道支持4A輸出，最高可提供高達(dá)16A的輸出電流能力。在核電廠火災(zāi)探測(cè)器中，可能需要同時(shí)為多個(gè)傳感器或設(shè)備提供穩(wěn)定的電源。ASP4644芯片的多通道輸出特性能夠滿足這一需求，為火災(zāi)探測(cè)器的穩(wěn)定運(yùn)行提供可靠的電源支持。

2.保護(hù)功能

具備過流、過溫、短路保護(hù)和輸出跟蹤等功能。這些保護(hù)功能能夠在火災(zāi)探測(cè)器出現(xiàn)異常情況時(shí)，及時(shí)保護(hù)芯片和其他相關(guān)元件，防止故障的進(jìn)一步擴(kuò)大，提高火災(zāi)探測(cè)器的可靠性和安全性。

3.環(huán)境適應(yīng)性

在高溫測(cè)試和低溫測(cè)試中，ASP4644芯片均表現(xiàn)出良好的性能。在高溫環(huán)境下，芯片能夠在一定溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定的工作狀態(tài)，并且具有過溫保護(hù)功能，當(dāng)溫度超過設(shè)定閾值時(shí)，芯片會(huì)自動(dòng)關(guān)斷，待溫度降至安全范圍后重新啟動(dòng)。在低溫環(huán)境下，芯片也能夠正常啟動(dòng)和工作，確保火災(zāi)探測(cè)器在各種惡劣環(huán)境下的可靠性。

四、抗輻照芯片性能解析

（一）單粒子效應(yīng)實(shí)驗(yàn)分析

單粒子效應(yīng)是芯片在輻射環(huán)境中常見的問題之一，包括單粒子鎖定（SEL）、單粒子翻轉(zhuǎn)（SEU）、單粒子功能中斷（SEFI）等。通過單粒子效應(yīng)脈沖激光試驗(yàn)，可以評(píng)估芯片在輻射環(huán)境下的抗輻照能力。

在對(duì)ASM1042和AS32S601芯片的單粒子效應(yīng)試驗(yàn)中，采用了皮秒脈沖激光單粒子效應(yīng)試驗(yàn)裝置，模擬了不同LET值的輻射環(huán)境。試驗(yàn)結(jié)果顯示，這些芯片在一定范圍的輻射能量下能夠保持穩(wěn)定的工作狀態(tài)，未出現(xiàn)單粒子鎖定或單粒子功能中斷現(xiàn)象，僅在較高能量時(shí)出現(xiàn)單粒子翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象。這表明抗輻照芯片在設(shè)計(jì)和制造過程中采用了有效的抗輻照措施，如優(yōu)化半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)、材料選擇等，從而提高了芯片在輻射環(huán)境下的可靠性。

進(jìn)一步分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)芯片的抗輻照性能與芯片的工藝、結(jié)構(gòu)等因素密切相關(guān)。例如，采用更先進(jìn)的半導(dǎo)體工藝可以降低芯片內(nèi)部的缺陷密度，減少輻射對(duì)芯片的影響；優(yōu)化芯片的布局和布線可以降低單粒子效應(yīng)引發(fā)的故障概率。

（二）通信性能測(cè)試

對(duì)于ASM1042芯片的通信性能測(cè)試，結(jié)果顯示其在不同工作條件下均能夠穩(wěn)定地進(jìn)行CANFD通信。其傳輸速率可達(dá)5Mbps，在高低溫環(huán)境下仍能保持正常的發(fā)送和接收功能。這表明該芯片具備良好的通信性能和環(huán)境適應(yīng)性，能夠滿足核電廠火災(zāi)探測(cè)器中對(duì)通信可靠性的要求。

在總線高壓輸入測(cè)試中，ASM1042芯片能夠在一定的電壓范圍內(nèi)保持正常的通信功能，這進(jìn)一步驗(yàn)證了其在復(fù)雜電磁環(huán)境下的穩(wěn)定性。此外，多節(jié)點(diǎn)測(cè)試結(jié)果表明，該芯片在25個(gè)節(jié)點(diǎn)的通信網(wǎng)絡(luò)中能夠正常工作，無錯(cuò)誤幀出現(xiàn)，顯示出其在大規(guī)模通信系統(tǒng)中的應(yīng)用潛力。

（三）電源管理芯片性能測(cè)試

對(duì)于ASP3605和ASP4644芯片的測(cè)試，重點(diǎn)考察了其電源管理性能。在電源紋波測(cè)試中，兩款芯片在不同輸入電壓和負(fù)載條件下均表現(xiàn)出較低的電源紋波，這有助于為火災(zāi)探測(cè)器中的其他電子元件提供穩(wěn)定的電源，減少電源波動(dòng)對(duì)其工作性能的影響。

在芯片效率測(cè)試中，ASP3605和ASP4644芯片均表現(xiàn)出較高的效率，能夠有效地將輸入電能轉(zhuǎn)換為所需的輸出電能。這意味著在火災(zāi)探測(cè)器的電源系統(tǒng)中，采用這些芯片可以減少能量損耗，提高電源利用效率，從而降低火災(zāi)探測(cè)器的運(yùn)行成本。

動(dòng)態(tài)負(fù)載測(cè)試結(jié)果顯示，兩款芯片能夠快速響應(yīng)負(fù)載電流的變化，并保持輸出電壓的穩(wěn)定。這對(duì)于火災(zāi)探測(cè)器的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要，因?yàn)榛馂?zāi)探測(cè)器中的傳感器和其他電子元件可能在不同工作狀態(tài)下對(duì)電源的需求有所不同。

此外，ASP4644芯片的多通道輸出和強(qiáng)大的保護(hù)功能使其在核電廠火災(zāi)探測(cè)器的電源管理中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。其四通道輸出可以同時(shí)為多個(gè)設(shè)備供電，并且每個(gè)通道都具備獨(dú)立的保護(hù)功能，能夠及時(shí)檢測(cè)和處理異常情況，確保整個(gè)電源系統(tǒng)的可靠性。

五、抗輻照芯片在核電廠火災(zāi)探測(cè)器中的應(yīng)用****分析

在核電廠火災(zāi)探測(cè)器的實(shí)際應(yīng)用中，抗輻照芯片的應(yīng)用已經(jīng)取得了一定的成果。例如，在一些核電廠的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中，采用了基于抗輻照芯片的火災(zāi)探測(cè)器，經(jīng)過長(zhǎng)期的運(yùn)行監(jiān)測(cè)，這些火災(zāi)探測(cè)器表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性和可靠性。

（一）核電廠火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)

在核電廠的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中，采用了ASM1042芯片作為通信接口芯片，可實(shí)現(xiàn)火災(zāi)探測(cè)器與監(jiān)控中心之間的高速、穩(wěn)定通信。通過該芯片的CANFD通信功能，火災(zāi)探測(cè)器能夠?qū)崟r(shí)將火災(zāi)信號(hào)傳輸至監(jiān)控中心，監(jiān)控中心可以根據(jù)接收到的信號(hào)及時(shí)采取相應(yīng)的滅火措施。在實(shí)際運(yùn)行過程中，該通信系統(tǒng)未出現(xiàn)因輻射導(dǎo)致的通信故障，確保了火災(zāi)探測(cè)的及時(shí)性和準(zhǔn)確性。

此外，核電廠的火災(zāi)探測(cè)器電源系統(tǒng)中，采用ASP3605和ASP4644芯片進(jìn)行電源管理。這些芯片的高效率、低功耗以及良好的動(dòng)態(tài)性能，為火災(zāi)探測(cè)器的穩(wěn)定運(yùn)行提供了有力的電源支持。在長(zhǎng)期的運(yùn)行過程中，電源系統(tǒng)表現(xiàn)出較低的能耗和較高的可靠性，減少了因電源問題導(dǎo)致的火災(zāi)探測(cè)器故障。

（二）核電廠火災(zāi)探測(cè)器優(yōu)化

抗輻照芯片的應(yīng)用不僅提高了核電廠火災(zāi)探測(cè)器的性能，還為火災(zāi)探測(cè)器的優(yōu)化提供了新的思路。例如，通過采用高性能的抗輻照芯片，可以實(shí)現(xiàn)火災(zāi)探測(cè)器的小型化和集成化，提高系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性。同時(shí)，抗輻照芯片的低功耗特性使得火災(zāi)探測(cè)器能夠采用更高效的能源管理方案，延長(zhǎng)電池壽命，降低維護(hù)成本。

六、結(jié)論與展望

抗輻照芯片在核電廠火災(zāi)探測(cè)器中的應(yīng)用具有顯著的優(yōu)勢(shì)，其高抗輻照能力、可靠性和穩(wěn)定性等性能特點(diǎn)能夠滿足核電廠火災(zāi)探測(cè)器在復(fù)雜輻射環(huán)境下的工作要求。通過單粒子效應(yīng)試驗(yàn)和其他性能測(cè)試，驗(yàn)證了抗輻照芯片在核電廠火災(zāi)探測(cè)器中的可行性。

然而，目前抗輻照芯片的研究和發(fā)展仍在不斷進(jìn)步中。未來，隨著芯片制造工藝的不斷改進(jìn)和抗輻照技術(shù)的不斷創(chuàng)新，抗輻照芯片的性能將得到進(jìn)一步提升。例如，通過優(yōu)化芯片的半導(dǎo)體材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及采用更先進(jìn)的抗輻照加固技術(shù)，可以進(jìn)一步提高芯片的抗輻照能力，降低輻射對(duì)芯片性能的影響。

此外，在核電廠火災(zāi)探測(cè)器的應(yīng)用中，還需要進(jìn)一步研究如何將抗輻照芯片與其他先進(jìn)的火災(zāi)探測(cè)技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)更高效、更準(zhǔn)確的火災(zāi)探測(cè)。例如，結(jié)合智能傳感器技術(shù)、圖像識(shí)別技術(shù)等，開發(fā)出更加智能化的火災(zāi)探測(cè)器，提高火災(zāi)探測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性。

總之，抗輻照芯片在核電廠火災(zāi)探測(cè)器中的應(yīng)用前景廣闊，其不斷發(fā)展的性能優(yōu)勢(shì)將為核電廠的安全運(yùn)行提供更加有力的保障。

審核編輯 黃宇