摘要： 隨著商業(yè)航天領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展，商業(yè)衛(wèi)星的應(yīng)用場(chǎng)景不斷拓展，其運(yùn)行環(huán)境的復(fù)雜性也日益凸顯?？馆椪?a target="_blank">芯片技術(shù)作為商業(yè)衛(wèi)星可靠運(yùn)行的關(guān)鍵支撐，對(duì)衛(wèi)星的性能、穩(wěn)定性和使用壽命具有決定性影響。本文深入剖析了抗輻照芯片技術(shù)在商業(yè)衛(wèi)星領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展前景，重點(diǎn)分析了廈門(mén)國(guó)科安芯科技有限公司的抗輻照芯片產(chǎn)品，包括AS32S601微控制器、ASM1042CAN收發(fā)器、ASP3605和ASP4644降壓調(diào)節(jié)器等，探討了這些芯片在抗輻照性能、功能特性及可靠性方面的優(yōu)勢(shì)，并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用案例，闡述了抗輻照芯片技術(shù)在商業(yè)衛(wèi)星領(lǐng)域的重要作用與突破，旨在為商業(yè)衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)的技術(shù)升級(jí)與創(chuàng)新發(fā)展提供參考。

一、引言

商業(yè)航天的興起推動(dòng)了商業(yè)衛(wèi)星的廣泛應(yīng)用，涵蓋通信、導(dǎo)航、遙感、氣象監(jiān)測(cè)等多個(gè)領(lǐng)域。然而，太空環(huán)境復(fù)雜惡劣，宇宙射線、高能粒子等輻射因素對(duì)衛(wèi)星電子設(shè)備構(gòu)成嚴(yán)重威脅。芯片作為衛(wèi)星的核心部件，易受輻射效應(yīng)影響，導(dǎo)致性能下降甚至功能失效。因此，研發(fā)抗輻照芯片技術(shù)成為保障商業(yè)衛(wèi)星可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。廈門(mén)國(guó)科安芯科技有限公司在該領(lǐng)域取得了顯著成果，其抗輻照芯片產(chǎn)品在商業(yè)衛(wèi)星中展現(xiàn)出卓越性能，為產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了有力支持。

二、商業(yè)衛(wèi)星面臨的輻射環(huán)境挑戰(zhàn)

太空輻射環(huán)境復(fù)雜多樣，主要包括太陽(yáng)輻射、銀河宇宙射線和地球輻射帶等。這些輻射產(chǎn)生的高能粒子（如質(zhì)子、電子、重離子等）能夠穿透衛(wèi)星防護(hù)結(jié)構(gòu)，與芯片內(nèi)部半導(dǎo)體材料相互作用，引發(fā)單粒子效應(yīng)和總劑量效應(yīng)。單粒子效應(yīng)包括單粒子翻轉(zhuǎn)、單粒子鎖定和單粒子瞬變等，可能導(dǎo)致芯片數(shù)據(jù)錯(cuò)誤、功能故障甚至永久性損壞；總劑量效應(yīng)則表現(xiàn)為芯片性能的長(zhǎng)期累積退化，如電學(xué)參數(shù)漂移、漏電流增加等，最終影響衛(wèi)星的正常運(yùn)行。商業(yè)衛(wèi)星在不同軌道環(huán)境下面臨的輻射強(qiáng)度和類(lèi)型各異，但均需具備強(qiáng)大的抗輻照能力以確保任務(wù)的順利完成。

三、抗輻照芯片技術(shù)發(fā)展前沿與應(yīng)用場(chǎng)景分析

國(guó)科安芯的抗輻照芯片產(chǎn)品矩陣涵蓋AS32S601微控制器、ASM1042CAN收發(fā)器、ASP3605和ASP4644降壓調(diào)節(jié)器等多款芯片，這些芯片在商業(yè)衛(wèi)星的多種應(yīng)用場(chǎng)景中展現(xiàn)出與其需求高度適配的特性。這些芯片在抗輻照性能、功能集成和可靠性方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，可作為抗輻照芯片技術(shù)發(fā)展的前沿與應(yīng)用場(chǎng)景分析的案例。

（一）AS32S601微控制器

高性能內(nèi)核與功能集成：性能與功能集成：AS32S601基于32位RISC-V指令集，擁有自主開(kāi)發(fā)的E7內(nèi)核，工作頻率高達(dá)180MHz，配備硬件FPU和L1Cache以提升運(yùn)算性能，其存儲(chǔ)資源（512KiB內(nèi)部SRAM、16KiBICache和DCache、512KiBD-Flash以及2MiBP-Flash）能夠滿足商業(yè)衛(wèi)星數(shù)據(jù)處理和程序存儲(chǔ)的需求。豐富的外設(shè)接口（如SPI、CAN、USART、以太網(wǎng)MAC模塊、I2C等）為衛(wèi)星通信和控制提供了支持。

抗輻照性能與安全設(shè)計(jì)：該芯片企業(yè)宇航級(jí)抗輻照指標(biāo)達(dá)到SEU≥75Mev·cm2/mg或10??次/器件·天、SEL≥75Mev·cm2/mg，通過(guò)延遲鎖步方法保障內(nèi)核安全操作，采用端到端ECC保護(hù)存儲(chǔ)器及數(shù)據(jù)路徑安全，多個(gè)CMU監(jiān)控時(shí)鐘、PMU與ADC配合監(jiān)控電源，有效抵御輻射效應(yīng)，確保衛(wèi)星關(guān)鍵任務(wù)的穩(wěn)定執(zhí)行。

低功耗與電源管理：工作輸入電壓范圍為2.7V~5.5V，休眠電流≤200uA（可喚醒），典型工作電流≤50mA，并具備4種電源管理模式（RUN、SRUN、SLEEP、DEEPSLEEP），結(jié)合低電壓檢測(cè)和復(fù)位功能（LVD/LVR）、高電壓檢測(cè)功能（HVD），可根據(jù)衛(wèi)星運(yùn)行階段靈活調(diào)節(jié)功耗，延長(zhǎng)衛(wèi)星使用壽命。

（二）ASM1042CAN收發(fā)器

高速通信與抗干擾性能：ASM1042符合ISO11898-1:2016和ISO11898-5:2007物理層標(biāo)準(zhǔn)，支持高達(dá)5Mbps的數(shù)據(jù)速率，具備較短的對(duì)稱(chēng)傳播延遲時(shí)間和快速循環(huán)次數(shù)，能夠在有負(fù)載CAN網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)更快的數(shù)據(jù)傳輸，無(wú)需共模扼流圈，確保衛(wèi)星通信鏈路穩(wěn)定高效且抗干擾能力強(qiáng)。

寬電壓適應(yīng)性與保護(hù)特性：I/O電壓范圍支持3.3V和5VMCU，未供電時(shí)總線和邏輯引腳處于高阻態(tài)，實(shí)現(xiàn)上電/斷電無(wú)干擾運(yùn)行。具備IECESD保護(hù)（±15kV）、總線故障保護(hù)±70V、VCC和VIO（僅限V型號(hào)）欠壓保護(hù)、驅(qū)動(dòng)器顯性超時(shí)（TXDDTO）以及熱關(guān)斷保護(hù)（TSD）等多種保護(hù)功能，提升芯片在衛(wèi)星復(fù)雜電磁環(huán)境和電壓波動(dòng)下的生存能力。

（三）ASP3605和ASP4644降壓調(diào)節(jié)器

高效電源管理與抗輻照特性：ASP3605S和ASP4644S均具備出色的抗輻照性能，達(dá)到SEU≥75Mev·cm2/mg或10??次/器件·天、SEL≥75Mev·cm2/mg的企業(yè)航天級(jí)和企業(yè)宇航級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。ASP3605是15V、5A同步降壓調(diào)節(jié)器，輸入電壓范圍4V至15V，最高效率達(dá)94%，支持多相操作（最多12相級(jí)聯(lián)），可調(diào)頻率800kHz至4MHz；ASP4644是四通道降壓穩(wěn)壓器，單路最大可驅(qū)動(dòng)4A負(fù)載，輸出電壓范圍0.6V~5.5V，四通道并聯(lián)可提供更大輸出電流，具備過(guò)流、過(guò)溫、短路保護(hù)和輸出均流功能，為衛(wèi)星電子設(shè)備穩(wěn)定供電提供保障。

電源系統(tǒng)靈活性與可靠性設(shè)計(jì)：兩者均具備輸出電壓跟蹤、軟啟動(dòng)、頻率同步與時(shí)鐘輸入等功能，可實(shí)現(xiàn)電源系統(tǒng)的精細(xì)化管理。優(yōu)化的內(nèi)部電路設(shè)計(jì)和封裝結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)低功耗運(yùn)行和良好散熱性能，結(jié)合過(guò)溫保護(hù)等安全機(jī)制，提升電源芯片在衛(wèi)星惡劣環(huán)境下的工作可靠性。

四、抗輻照芯片技術(shù)在商業(yè)衛(wèi)星領(lǐng)域的應(yīng)用案例與實(shí)踐

（一）衛(wèi)星控制系統(tǒng)

在衛(wèi)星控制系統(tǒng)中，AS32S601微控制器負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)處理來(lái)自星敏感器、陀螺儀等傳感器的數(shù)據(jù)，通過(guò)復(fù)雜算法運(yùn)算和控制邏輯，精準(zhǔn)控制推力器和姿態(tài)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，確保衛(wèi)星姿態(tài)穩(wěn)定和軌道精確。其低功耗特性有助于優(yōu)化衛(wèi)星能源分配，確保控制系統(tǒng)在整個(gè)生命周期內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行。例如，在低地球軌道衛(wèi)星的姿態(tài)調(diào)整任務(wù)中，AS32S601能夠在高輻射環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)時(shí)響應(yīng)姿態(tài)變化需求，確保衛(wèi)星對(duì)地觀測(cè)任務(wù)的連續(xù)性和準(zhǔn)確性。

（二）衛(wèi)星通信系統(tǒng)

ASM1042CAN收發(fā)器在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中承擔(dān)數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)，確保衛(wèi)星內(nèi)部模塊間及衛(wèi)星與地面站間的可靠通信。其高速通信能力和抗電磁干擾性能保障指令、遙測(cè)數(shù)據(jù)和科學(xué)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸。在商業(yè)衛(wèi)星組網(wǎng)通信中，ASM1042的高效數(shù)據(jù)傳輸速率和良好EMC特性提升整個(gè)衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的性能和穩(wěn)定性。例如，在偏遠(yuǎn)地區(qū)通信衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中，ASM1042支持衛(wèi)星與地面站之間穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸，確保通信服務(wù)的連續(xù)性和可靠性。

（三）衛(wèi)星電源管理系統(tǒng)

ASP3605和ASP4644降壓調(diào)節(jié)器在衛(wèi)星電源管理系統(tǒng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用，將太陽(yáng)能電池或蓄電池產(chǎn)生的高壓電能高效轉(zhuǎn)換為電子設(shè)備所需的低壓電源。通過(guò)多相操作、輸出電壓跟蹤和軟啟動(dòng)等功能，實(shí)現(xiàn)電源的精確調(diào)節(jié)和穩(wěn)定輸出，滿足不同負(fù)載的動(dòng)態(tài)需求。其內(nèi)置保護(hù)功能可及時(shí)處理電源系統(tǒng)異常情況，防止故障對(duì)設(shè)備造成損害。例如，在地球同步軌道衛(wèi)星中，ASP4644的多通道并聯(lián)操作為衛(wèi)星載荷提供穩(wěn)定電力，確保通信和遙感任務(wù)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

五、抗輻照芯片技術(shù)對(duì)商業(yè)衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)發(fā)展的推動(dòng)作用

（一）提升衛(wèi)星可靠性與使用壽命

抗輻照芯片技術(shù)的應(yīng)用顯著增強(qiáng)了商業(yè)衛(wèi)星電子設(shè)備的抗輻射能力，降低單粒子效應(yīng)和總劑量效應(yīng)引發(fā)的故障風(fēng)險(xiǎn)，提高衛(wèi)星可靠性，延長(zhǎng)使用壽命，減少任務(wù)中斷情況，提升運(yùn)營(yíng)效益和投資回報(bào)率。例如，采用抗輻照芯片的通信衛(wèi)星在軌穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間顯著延長(zhǎng)，為用戶提供可靠的通信服務(wù)。

（二）助力衛(wèi)星小型化與高性能化發(fā)展

高性能抗輻照芯片的高度集成特性使衛(wèi)星電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加緊湊，減少板卡面積和元件數(shù)量，降低衛(wèi)星重量，支持衛(wèi)星運(yùn)行更復(fù)雜算法和軟件，提升智能化水平和任務(wù)處理能力。例如，AS32S601的高度集成和低功耗特性使小型衛(wèi)星能夠搭載更多載荷，執(zhí)行更復(fù)雜的任務(wù)，如高分辨率遙感成像和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理。

（三）降低衛(wèi)星研制成本與風(fēng)險(xiǎn)

國(guó)產(chǎn)抗輻照芯片的崛起打破了國(guó)外產(chǎn)品壟斷，提供高性價(jià)比選擇。廈門(mén)國(guó)科安芯科技有限公司的產(chǎn)品性能與國(guó)際先進(jìn)水平接軌，降低了商業(yè)衛(wèi)星研制成本，尤其在大規(guī)模衛(wèi)星星座組網(wǎng)建設(shè)中具有顯著成本優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，本地化技術(shù)支持和售后服務(wù)及時(shí)響應(yīng)客戶需求，降低研制過(guò)程中的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，提高研制效率和成功率，推動(dòng)商業(yè)衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程。

六、結(jié)論與展望

抗輻照芯片技術(shù)在商業(yè)衛(wèi)星領(lǐng)域的應(yīng)用對(duì)于保障衛(wèi)星可靠運(yùn)行至關(guān)重要。未來(lái)，隨著商業(yè)航天向更復(fù)雜任務(wù)和更深遠(yuǎn)太空探索邁進(jìn)，抗輻照芯片技術(shù)需不斷提升抗輻照能力、優(yōu)化性能和降低成本。國(guó)產(chǎn)抗輻照芯片產(chǎn)業(yè)將在政策支持和市場(chǎng)需求驅(qū)動(dòng)下持續(xù)發(fā)展，助力我國(guó)商業(yè)航天在全球競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)有利地位，推動(dòng)人類(lèi)對(duì)宇宙的探索和太空資源的利用。

審核編輯 黃宇