一、引言

核電廠作為能源供應的關鍵設施，其安全性備受關注。火災是威脅核電廠安全運行的重要風險因素之一。在核電廠的特殊環(huán)境下，火災探測器肩負著及時發(fā)現(xiàn)火情、保障核電廠安全運行的重任。然而，核電廠存在高能輻射等復雜環(huán)境因素，這對火災探測器中的芯片性能提出了極為嚴苛的要求。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，導致火災探測器無法準確工作。因此，研發(fā)和應用抗輻照芯片成為解決這一問題的關鍵。

抗輻照芯片通過采用特殊的半導體工藝、優(yōu)化器件結構以及應用抗輻照加固技術，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探測器中的應用，不僅能夠提高火災探測的準確性，還能增強系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。本文結合廈門國科安芯科技有限公司的芯片測試報告，深入分析抗輻照芯片在核電廠火災探測器中的應用優(yōu)勢與性能表現(xiàn)，旨在為相關領域的研究與實踐提供參考依據(jù)。

二、核電廠火災探測器的特殊要求

核電廠的運行環(huán)境具有特殊性，存在高能輻射、高溫、高濕度以及化學腐蝕等多種復雜因素。這些因素對火災探測器的性能提出了極為嚴苛的要求：

（一）高抗輻照能力

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

（二）可靠性與穩(wěn)定性

核電廠火災探測器需要長時間連續(xù)運行，一旦出現(xiàn)故障可能導致火災報警延遲或誤報，嚴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

核電廠火災探測器通常需要長時間連續(xù)運行，功耗過高會增加能源消耗，降低系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟性。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）快速響應能力

火災探測器需要在火災發(fā)生初期迅速感知火災信號并做出響應，以便及時采取滅火措施。芯片的快速響應能力對于提高火災探測器的性能至關重要。

（五）環(huán)境適應性

核電廠環(huán)境復雜多樣，可能存在高溫、高濕度、化學腐蝕等情況。芯片需要具備良好的環(huán)境適應性，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探測器中的應用優(yōu)勢

（一）ASM1042芯片

1.抗輻照性能

ASM1042芯片在單粒子效應脈沖激光試驗中表現(xiàn)出良好的抗輻照性能。該芯片采用了先進的半導體工藝和抗輻照加固技術，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)。試驗結果顯示，ASM1042A芯片在5V的工作條件下，利用激光能量為120pJ（對應LET值為（5±1.25）MeV·cm2/mg）開始進行全芯片掃描，未出現(xiàn)單粒子效應。即使在能量提升至3050pJ（對應LET值為（100±25）MeV·cm2/mg）時，也未出現(xiàn)單粒子效應。這表明ASM1042A芯片具有較強的抗單粒子效應能力，在較高的LET值下仍能保持正常工作。根據(jù)數(shù)據(jù)手冊，ASM1042芯片的SEL閾值為≥75MeV·cm2/mg（企業(yè)宇航級），試驗結果表明其實際抗單粒子效應能力可能遠高于此閾值。這得益于其在設計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、增強的保護特性等。

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兼容性強等特點。其速率達5Mbps，共模輸入電壓±30V，總線故障保護電壓±70V，支持3.3V和5V MCU IO接口。在核電廠火災探測器中，高效穩(wěn)定的通信能力是實現(xiàn)火災信號快速傳輸和準確接收的關鍵。ASM1042芯片的CANFD通信功能能夠確?；馂奶綔y器與監(jiān)控中心之間的實時通信，實現(xiàn)對火災情況的實時監(jiān)控和預警。

3.低功耗特性

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

4.環(huán)境適應性

ASM1042芯片經(jīng)過了高低溫測試和多節(jié)點測試，結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個節(jié)點的通信網(wǎng)絡中能夠正常工作，無錯誤幀出現(xiàn)。這顯示出該芯片具備良好的環(huán)境適應性，能夠在核電廠復雜的環(huán)境條件下穩(wěn)定運行。

（二）AS32S601芯片

1.抗輻照能力

AS32S601型MCU芯片在單粒子效應脈沖激光試驗中表現(xiàn)出突出的抗輻照能力。試驗結果顯示，該芯片在激光能量從120pJ（對應LET值為（5±1.25）MeV·cm2·mg）開始進行全芯片掃描時，未出現(xiàn)單粒子效應，且在能量提升至1585pJ（對應LET值為（75±16.25）MeV·cm2·mg）時，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)，適用于核電廠火災探測器這種高輻射環(huán)境。

2.穩(wěn)定性與可靠性

該芯片在預處理后進行了一系列測試，包括對稱性測試、低功耗喚醒測試、功耗性能測試等。測試結果顯示，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。在對稱性測試中，其各項電氣特性參數(shù)均在規(guī)定范圍內(nèi)，顯示出良好的對稱性和穩(wěn)定性。低功耗喚醒測試表明，芯片能夠在短時間內(nèi)快速喚醒并正常工作，這對于火災探測器的實時監(jiān)測功能至關重要。

3.低功耗性能

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

（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，采用鎖相控制導通時間恒定頻率、電流模式架構的芯片。在芯片效率測試中，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，該芯片在關機電流和靜態(tài)電流測試中表現(xiàn)出較低的功耗，有助于降低火災探測器的能耗，提高其運行的經(jīng)濟性和可靠性。

2.動態(tài)性能

在輸出動態(tài)負載測試中，ASP3605芯片能夠快速響應負載電流的變化，并保持輸出電壓的穩(wěn)定。這對于核電廠火災探測器中的電子元件穩(wěn)定工作具有重要意義，能夠確?；馂奶綔y器在各種工況下都能準確地感知火災信號并進行處理。

3.電源管理能力

作為一款電源管理芯片，ASP3605能夠為火災探測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，有助于提高火災探測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，每個通道支持4A輸出，最高可提供高達16A的輸出電流能力。在核電廠火災探測器中，可能需要同時為多個傳感器或設備提供穩(wěn)定的電源。ASP4644芯片的多通道輸出特性能夠滿足這一需求，為火災探測器的穩(wěn)定運行提供可靠的電源支持。

2.保護功能

具備過流、過溫、短路保護和輸出跟蹤等功能。這些保護功能能夠在火災探測器出現(xiàn)異常情況時，及時保護芯片和其他相關元件，防止故障的進一步擴大，提高火災探測器的可靠性和安全性。

3.環(huán)境適應性

在高溫測試和低溫測試中，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)，并且具有過溫保護功能，當溫度超過設定閾值時，芯片會自動關斷，待溫度降至安全范圍后重新啟動。在低溫環(huán)境下，芯片也能夠正常啟動和工作，確保火災探測器在各種惡劣環(huán)境下的可靠性。

四、抗輻照芯片性能解析

（一）單粒子效應實驗分析

單粒子效應是芯片在輻射環(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。通過單粒子效應脈沖激光試驗，可以評估芯片在輻射環(huán)境下的抗輻照能力。

在對ASM1042和AS32S601芯片的單粒子效應試驗中，采用了皮秒脈沖激光單粒子效應試驗裝置，模擬了不同LET值的輻射環(huán)境。試驗結果顯示，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，僅在較高能量時出現(xiàn)單粒子翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象。這表明抗輻照芯片在設計和制造過程中采用了有效的抗輻照措施，如優(yōu)化半導體器件的結構、材料選擇等，從而提高了芯片在輻射環(huán)境下的可靠性。

進一步分析試驗數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)芯片的抗輻照性能與芯片的工藝、結構等因素密切相關。例如，采用更先進的半導體工藝可以降低芯片內(nèi)部的缺陷密度，減少輻射對芯片的影響；優(yōu)化芯片的布局和布線可以降低單粒子效應引發(fā)的故障概率。

（二）通信性能測試

對于ASM1042芯片的通信性能測試，結果顯示其在不同工作條件下均能夠穩(wěn)定地進行CANFD通信。其傳輸速率可達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)境適應性，能夠滿足核電廠火災探測器中對通信可靠性的要求。

在總線高壓輸入測試中，ASM1042芯片能夠在一定的電壓范圍內(nèi)保持正常的通信功能，這進一步驗證了其在復雜電磁環(huán)境下的穩(wěn)定性。此外，多節(jié)點測試結果表明，該芯片在25個節(jié)點的通信網(wǎng)絡中能夠正常工作，無錯誤幀出現(xiàn)，顯示出其在大規(guī)模通信系統(tǒng)中的應用潛力。

（三）電源管理芯片性能測試

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

在芯片效率測試中，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。這意味著在火災探測器的電源系統(tǒng)中，采用這些芯片可以減少能量損耗，提高電源利用效率，從而降低火災探測器的運行成本。

動態(tài)負載測試結果顯示，兩款芯片能夠快速響應負載電流的變化，并保持輸出電壓的穩(wěn)定。這對于火災探測器的穩(wěn)定運行至關重要，因為火災探測器中的傳感器和其他電子元件可能在不同工作狀態(tài)下對電源的需求有所不同。

此外，ASP4644芯片的多通道輸出和強大的保護功能使其在核電廠火災探測器的電源管理中具有獨特的優(yōu)勢。其四通道輸出可以同時為多個設備供電，并且每個通道都具備獨立的保護功能，能夠及時檢測和處理異常情況，確保整個電源系統(tǒng)的可靠性。

五、抗輻照芯片在核電廠火災探測器中的應用****分析

在核電廠火災探測器的實際應用中，抗輻照芯片的應用已經(jīng)取得了一定的成果。例如，在一些核電廠的火災報警系統(tǒng)中，采用了基于抗輻照芯片的火災探測器，經(jīng)過長期的運行監(jiān)測，這些火災探測器表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性和可靠性。

（一）核電廠火災報警系統(tǒng)

在核電廠的火災報警系統(tǒng)中，采用了ASM1042芯片作為通信接口芯片，可實現(xiàn)火災探測器與監(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，火災探測器能夠?qū)崟r將火災信號傳輸至監(jiān)控中心，監(jiān)控中心可以根據(jù)接收到的信號及時采取相應的滅火措施。在實際運行過程中，該通信系統(tǒng)未出現(xiàn)因輻射導致的通信故障，確保了火災探測的及時性和準確性。

此外，核電廠的火災探測器電源系統(tǒng)中，采用ASP3605和ASP4644芯片進行電源管理。這些芯片的高效率、低功耗以及良好的動態(tài)性能，為火災探測器的穩(wěn)定運行提供了有力的電源支持。在長期的運行過程中，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致的火災探測器故障。

（二）核電廠火災探測器優(yōu)化

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

六、結論與展望

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

然而，目前抗輻照芯片的研究和發(fā)展仍在不斷進步中。未來，隨著芯片制造工藝的不斷改進和抗輻照技術的不斷創(chuàng)新，抗輻照芯片的性能將得到進一步提升。例如，通過優(yōu)化芯片的半導體材料、結構設計以及采用更先進的抗輻照加固技術，可以進一步提高芯片的抗輻照能力，降低輻射對芯片性能的影響。

此外，在核電廠火災探測器的應用中，還需要進一步研究如何將抗輻照芯片與其他先進的火災探測技術相結合，實現(xiàn)更高效、更準確的火災探測。例如，結合智能傳感器技術、圖像識別技術等，開發(fā)出更加智能化的火災探測器，提高火災探測的準確性和可靠性。

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

審核編輯 黃宇