一、引言

在商業(yè)航天領(lǐng)域蓬勃發(fā)展的當(dāng)下，通訊衛(wèi)星承擔(dān)著愈發(fā)關(guān)鍵的角色。從提供全球通信服務(wù)到支持各類遙感監(jiān)測(cè)任務(wù)，通訊衛(wèi)星需要處理海量數(shù)據(jù)并確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)母叨瓤煽颗c實(shí)時(shí)性。而 CANFD（Controller Area Network Flexible Data Rate）技術(shù)作為一種先進(jìn)的通信協(xié)議，以其高速數(shù)據(jù)傳輸和靈活的數(shù)據(jù)速率配置，正逐漸成為商業(yè)航天通信的首選技術(shù)之一。其中，ASM1042 這款高性能 CANFD 芯片，憑借其獨(dú)特的性能優(yōu)勢(shì)，在商業(yè)航天通訊衛(wèi)星應(yīng)用中展現(xiàn)出巨大的潛力。

二、商業(yè)航天通訊衛(wèi)星對(duì)芯片的需求

高數(shù)據(jù)傳輸速率 ：現(xiàn)代通訊衛(wèi)星需實(shí)時(shí)傳輸大量數(shù)據(jù)，如高清圖像、視頻流以及各類科學(xué)探測(cè)數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的通信協(xié)議速率已難以滿足，例如衛(wèi)星對(duì)地面進(jìn)行高清遙感圖像拍攝后，需在短時(shí)間內(nèi)將大量圖像數(shù)據(jù)回傳至地面站，此時(shí)就需要芯片支持高速數(shù)據(jù)傳輸，像 CANFD 技術(shù)所具備的高達(dá) 5Mbps 甚至更高的數(shù)據(jù)傳輸速率才能符合要求。

高可靠性 ：衛(wèi)星在太空環(huán)境中面臨復(fù)雜的輻射、極端溫度變化以及強(qiáng)烈的電磁干擾等惡劣條件。芯片必須能夠在這樣的環(huán)境下穩(wěn)定工作，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和連續(xù)性，避免因環(huán)境因素導(dǎo)致通信中斷或數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。

抗輻照能力 ：太空輻射環(huán)境復(fù)雜，包括高能質(zhì)子、電子以及各種宇宙射線等，這些輻射會(huì)對(duì)芯片產(chǎn)生單粒子效應(yīng)，導(dǎo)致芯片邏輯錯(cuò)誤甚至硬件損壞。因此，通訊衛(wèi)星所使用的芯片需具備強(qiáng)大的抗輻照能力。

低功耗 ：衛(wèi)星的能源供應(yīng)主要依賴太陽(yáng)能電池板，能源十分寶貴。芯片在滿足高性能需求的同時(shí)，需盡可能降低功耗，以延長(zhǎng)衛(wèi)星的工作壽命和減少能源消耗。

三、ASM1042 CANFD 芯片性能特點(diǎn)

高速率通信 ：ASM1042 支持高達(dá) 5Mbps 的數(shù)據(jù)傳輸速率，遠(yuǎn)超傳統(tǒng) CAN 總線的 1Mbps 速率，能夠快速傳輸大量數(shù)據(jù)，滿足通訊衛(wèi)星對(duì)高速數(shù)據(jù)交互的需求。例如在衛(wèi)星與地面站進(jìn)行大數(shù)據(jù)量的文件傳輸時(shí)，可大幅縮短傳輸時(shí)間。

高可靠性設(shè)計(jì) ：該芯片通過 AEC - Q100 Grade1 認(rèn)證，嚴(yán)格符合 ISO 11898 - 2:2016 和 ISO 11898 - 5:2007 物理層標(biāo)準(zhǔn)，提供了強(qiáng)大的功能安全保障。其具有多種保護(hù)特性，如 IEC ESD 保護(hù)高達(dá) ±15kV，可有效防止靜電對(duì)芯片造成的損害；總線故障保護(hù)高達(dá) ±70V，能應(yīng)對(duì)異常電壓情況；VCC 和 VIO 電源終端具有欠壓保護(hù)，確保在電源電壓不穩(wěn)定時(shí)芯片的安全運(yùn)行。

低功耗模式 ：具有低功耗待機(jī)模式及遠(yuǎn)程喚醒請(qǐng)求特性，能夠有效降低功耗。在衛(wèi)星處于非數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇龣C(jī)狀態(tài)時(shí)，芯片可進(jìn)入低功耗模式，減少能源消耗，當(dāng)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時(shí)，又能通過遠(yuǎn)程喚醒迅速恢復(fù)工作。

兼容性強(qiáng) ：支持 3.3V 和 5V MCU，可與多種微控制器配合使用，便于系統(tǒng)集成和設(shè)計(jì)，降低了開發(fā)難度和成本。

四、ASM1042 應(yīng)用電路

電源管腳

VCC ：該管腳為芯片提供工作電源，電壓范圍需嚴(yán)格滿足芯片規(guī)格要求，一般在正常工作時(shí)應(yīng)保持穩(wěn)定的電壓值。在電源接入端應(yīng)添加合適的去耦電容，通常使用 0.1μF 的陶瓷電容靠近芯片 VCC 管腳放置，以濾除電源線上的高頻噪聲，保證電源的純凈度，防止對(duì)芯片內(nèi)部電路產(chǎn)生干擾。

VIO ：用于提供邏輯輸入輸出的電源電壓，同樣需保證其穩(wěn)定性。在設(shè)計(jì)中，要確保 VIO 與 VCC 之間的電壓差在允許范圍內(nèi)，否則可能影響芯片的邏輯電平轉(zhuǎn)換和信號(hào)傳輸。

通信管腳

CANH 和 CANL ：這兩個(gè)管腳是 CAN 總線通信的差分信號(hào)輸出輸入管腳。CANH 輸出高電平信號(hào)，CANL 輸出低電平信號(hào)，通過兩者之間的差分電壓來傳輸數(shù)據(jù)。在連接到 CAN 總線時(shí)，需在 CANH 和 CANL 與總線之間串聯(lián)適當(dāng)阻值的電阻，一般為幾十歐姆，如 33Ω，用于限流和匹配總線阻抗，提高信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和抗干擾能力。同時(shí)，為防止總線上的過電壓損壞芯片，還應(yīng)在 CANH 和 CANL 管腳上添加 TVS（瞬態(tài)電壓抑制二極管）進(jìn)行過壓保護(hù)。

TXD 和 RXD ：分別為數(shù)據(jù)發(fā)送和接收管腳。TXD 用于將微控制器或其他主控設(shè)備的待發(fā)送數(shù)據(jù)傳輸至芯片內(nèi)部的發(fā)送電路，進(jìn)而通過 CANH 和 CANL 發(fā)送到總線上；RXD 則用于接收來自 CAN 總線上的數(shù)據(jù)，并傳輸至主控設(shè)備進(jìn)行處理。在連接 TXD 和 RXD 管腳時(shí)，要注意電平匹配，確保與主控設(shè)備的通信接口電平一致，必要時(shí)可使用電平轉(zhuǎn)換電路。

控制與狀態(tài)管腳

STB（Standby） ：待機(jī)控制管腳。當(dāng)該管腳接收到低電平時(shí)，芯片進(jìn)入低功耗待機(jī)模式，此時(shí)芯片的功耗大幅降低，但仍可通過特定的喚醒信號(hào)（如總線上的特定數(shù)據(jù)幀）被喚醒。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，可根據(jù)實(shí)際需求通過主控設(shè)備的 GPIO（通用輸入輸出）管腳來控制 STB 管腳的電平，實(shí)現(xiàn)對(duì)芯片工作模式的靈活切換。

五、ASM1042 在商業(yè)航天通訊衛(wèi)星中的電路應(yīng)用

衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng) ：在衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)中，需要實(shí)時(shí)采集姿態(tài)傳感器的數(shù)據(jù)，并將控制指令快速傳輸至執(zhí)行機(jī)構(gòu)。ASM1042 芯片可連接各類姿態(tài)傳感器（如陀螺儀、加速度計(jì)等）與姿態(tài)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如反作用飛輪、推力器等）。傳感器將采集到的衛(wèi)星姿態(tài)數(shù)據(jù)通過 CAN 總線傳輸給 ASM1042 芯片，芯片再將數(shù)據(jù)高速傳輸至衛(wèi)星的中央處理單元進(jìn)行分析處理。中央處理單元根據(jù)分析結(jié)果生成控制指令，通過 ASM1042 芯片經(jīng) CAN 總線發(fā)送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星姿態(tài)的精確控制。由于 ASM1042 的高速通信能力，可確保姿態(tài)數(shù)據(jù)的及時(shí)傳輸和控制指令的快速響應(yīng)，提高姿態(tài)控制的精度和實(shí)時(shí)性。

衛(wèi)星電源管理系統(tǒng) ：衛(wèi)星電源管理系統(tǒng)涉及到對(duì)太陽(yáng)能電池板、電池組以及各類用電設(shè)備的管理和監(jiān)控。ASM1042 芯片可用于連接電源模塊、電池管理單元和用電設(shè)備。太陽(yáng)能電池板產(chǎn)生的電能信息、電池組的充放電狀態(tài)數(shù)據(jù)等可通過 CAN 總線經(jīng) ASM1042 芯片傳輸至電源管理控制器，控制器根據(jù)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行電能的合理分配和管理，并將控制指令通過 ASM1042 芯片發(fā)送到相應(yīng)的設(shè)備。例如，當(dāng)檢測(cè)到電池組電量較低時(shí)，電源管理控制器通過 ASM1042 芯片向太陽(yáng)能電池板控制電路發(fā)送指令，調(diào)整太陽(yáng)能電池板的工作狀態(tài)，以提高充電效率。同時(shí)，ASM1042 的高可靠性和抗輻照能力，能確保在太空復(fù)雜環(huán)境下電源管理系統(tǒng)通信的穩(wěn)定運(yùn)行。

衛(wèi)星數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與回傳系統(tǒng) ：在衛(wèi)星進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和回傳過程中，ASM1042 芯片發(fā)揮著重要作用。衛(wèi)星在運(yùn)行過程中采集到的大量科學(xué)數(shù)據(jù)、遙感圖像數(shù)據(jù)等先存儲(chǔ)在衛(wèi)星的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備中。當(dāng)需要將這些數(shù)據(jù)回傳至地面站時(shí)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備通過 CAN 總線將數(shù)據(jù)傳輸給 ASM1042 芯片，芯片再將數(shù)據(jù)高速發(fā)送到衛(wèi)星的數(shù)據(jù)傳輸模塊，通過無線通信鏈路傳輸?shù)降孛嬲?。由?ASM1042 支持高速數(shù)據(jù)傳輸，可大大縮短數(shù)據(jù)回傳的時(shí)間，提高數(shù)據(jù)傳輸效率。并且其具備的多種保護(hù)特性，可保障在數(shù)據(jù)傳輸過程中不受電磁干擾和異常電壓的影響，確保數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性。

六、ASM1042 的商業(yè)前景

國(guó)產(chǎn)替代優(yōu)勢(shì)顯著 ：隨著商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)核心芯片的自主可控需求日益迫切。ASM1042 作為國(guó)產(chǎn) CANFD 芯片，在性能上與國(guó)外同類產(chǎn)品相當(dāng)甚至在某些方面更具優(yōu)勢(shì)，如出色的抗輻照能力。其 PIN TO PIN 兼容 TI TCAN1042、NXP TJA1042 等國(guó)外主流型號(hào)管腳，硬件方案無需改版即可直接替換，這使得國(guó)內(nèi)衛(wèi)星制造商能夠快速實(shí)現(xiàn)芯片的國(guó)產(chǎn)化替代，降低對(duì)國(guó)外芯片的依賴，保障供應(yīng)鏈安全，在國(guó)內(nèi)商業(yè)航天市場(chǎng)具有廣闊的應(yīng)用前景。

契合商業(yè)航天發(fā)展趨勢(shì) ：商業(yè)航天正朝著低成本、高可靠性、高性能的方向發(fā)展。ASM1042 的高速率、高可靠性、低功耗以及抗輻照等特性，完全契合商業(yè)航天通訊衛(wèi)星對(duì)芯片的需求趨勢(shì)。隨著低軌衛(wèi)星星座的大規(guī)模建設(shè)，對(duì)具備上述特性的芯片需求量將大幅增加，ASM1042 有望在這一領(lǐng)域占據(jù)重要市場(chǎng)份額，成為低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵芯片。

拓展至相關(guān)領(lǐng)域 ：除了商業(yè)航天通訊衛(wèi)星應(yīng)用外，ASM1042 憑借其優(yōu)秀的性能，還可拓展至其他航天設(shè)備以及航空、工業(yè)自動(dòng)化等對(duì)數(shù)據(jù)通信可靠性和速率要求較高的領(lǐng)域。例如在飛機(jī)的航空電子系統(tǒng)、工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)等方面，都有潛在的應(yīng)用機(jī)會(huì)，進(jìn)一步擴(kuò)大了其市場(chǎng)空間和商業(yè)價(jià)值。

七、結(jié)論

ASM1042 CANFD 芯片憑借其高速率通信、高可靠性、抗輻照、低功耗以及良好的兼容性等諸多優(yōu)勢(shì)，在商業(yè)航天通訊衛(wèi)星的姿態(tài)控制、電源管理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與回傳等關(guān)鍵系統(tǒng)中有著重要的應(yīng)用價(jià)值。嚴(yán)格的管腳使用規(guī)范確保了其在電路中的穩(wěn)定運(yùn)行，豐富的電路應(yīng)用場(chǎng)景展現(xiàn)了其強(qiáng)大的適用性。并且，從商業(yè)前景來看，其國(guó)產(chǎn)替代優(yōu)勢(shì)和契合行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)的特點(diǎn)，使其具有巨大的市場(chǎng)潛力。隨著商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展，ASM1042 有望在推動(dòng)商業(yè)航天技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級(jí)方面發(fā)揮更為重要的作用，為商業(yè)航天領(lǐng)域帶來更多創(chuàng)新應(yīng)用和發(fā)展機(jī)遇。

審核編輯 黃宇