摘要

隨著商業(yè)航天的蓬勃發(fā)展，衛(wèi)星通信載荷對(duì)電源模塊的性能和可靠性提出了越來(lái)越高的要求。國(guó)科安芯推出的ASP4644S芯片作為一種高性能的抗輻照DCDC電源模塊，憑借其卓越的技術(shù)特性，在商業(yè)衛(wèi)星通信載荷領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

一、引言

在現(xiàn)代衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，電源模塊作為核心部件之一，其性能直接關(guān)系到整個(gè)通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。商業(yè)衛(wèi)星通信載荷通常需要在復(fù)雜的太空輻射環(huán)境下工作，面臨著單粒子效應(yīng)（SEU和SEL）、總劑量效應(yīng)等多種輻射威脅。因此，研發(fā)一種高效、可靠、抗輻照的DCDC電源模塊對(duì)于保障衛(wèi)星通信系統(tǒng)的正常運(yùn)行具有至關(guān)重要的意義。ASP4644S芯片以其高集成度、高效能、抗輻照性能、靈活的工作模式配置和豐富的保護(hù)功能，能夠滿足商業(yè)衛(wèi)星通信系統(tǒng)在復(fù)雜太空輻射環(huán)境下的電源需求。

二、ASP4644S****芯片的技術(shù)特點(diǎn)

（一）芯片概述

ASP4644S是一款四通道降壓穩(wěn)壓器，采用BGA77封裝。其輸入電壓范圍為4V至14V，每個(gè)通道可輸出0.6V至5.5V的電壓，最大可驅(qū)動(dòng)4A的負(fù)載，峰值電流可達(dá)5A。該芯片具備快速瞬態(tài)響應(yīng)、低輸出紋波（典型值為4.5mV）等特性，并通過(guò)電流模式控制實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定輸出。

（二）芯片優(yōu)勢(shì)

高集成度與高效能 ：內(nèi)置功率MOSFET和電感，減少了外部元件的使用數(shù)量，簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)，同時(shí)提高了轉(zhuǎn)換效率。在4V至14V的寬輸入電壓范圍內(nèi)，能夠?yàn)槊總€(gè)通道提供高達(dá)4A的穩(wěn)定輸出電流，滿足商業(yè)衛(wèi)星通信載荷對(duì)電源功率和效率的嚴(yán)格要求。

抗輻照性能 ：企業(yè)宇航級(jí)的ASP4644S型號(hào)具備出色的抗輻照能力，SEU≥75Mev?cm2/mg或10??次/器件?天，SEL≥75Mev?cm2/mg，能夠在太空輻射環(huán)境下穩(wěn)定工作，有效保障衛(wèi)星通信系統(tǒng)的可靠性。

多種工作模式與靈活配置 ：支持DCM（不連續(xù)導(dǎo)電模式）和FCCM（強(qiáng)制連續(xù)導(dǎo)電模式）工作模式，可根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求進(jìn)行靈活配置。在DCM模式下，輕負(fù)載時(shí)電感電流不反流，實(shí)現(xiàn)低紋波、高效率的工作；而在FCCM模式下，電感電流可反流，保持固定頻率運(yùn)行，降低輸出紋波。

豐富的保護(hù)功能 ：具備過(guò)流、過(guò)溫、短路保護(hù)以及輸出均流功能。當(dāng)芯片溫度超過(guò)135℃時(shí)，過(guò)溫保護(hù)將啟動(dòng)，避免芯片因過(guò)熱而損壞；過(guò)流和短路保護(hù)則能在異常工作條件下及時(shí)切斷電路，確保系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

快速瞬態(tài)響應(yīng)與低紋波 ：采用電流模式控制，能夠快速響應(yīng)負(fù)載變化，維持輸出電壓的穩(wěn)定。低輸出紋波特性（典型值為4.5mV）有助于減少對(duì)衛(wèi)星通信載荷中敏感電子元件的干擾，提高整個(gè)系統(tǒng)的信號(hào)完整性和穩(wěn)定性。

多種封裝形式與廣泛應(yīng)用場(chǎng)景 ：提供工業(yè)級(jí)、汽車級(jí)和企業(yè)宇航級(jí)等多種等級(jí)的產(chǎn)品，溫度范圍覆蓋-55℃至125℃，適用于商業(yè)衛(wèi)星通信載荷以及其他多種應(yīng)用場(chǎng)景，如負(fù)載端電源、便攜式儀器、分布式電力系統(tǒng)電池供電設(shè)備等。

（三）芯片應(yīng)用場(chǎng)景

ASP4644S芯片主要應(yīng)用于商業(yè)衛(wèi)星通信載荷的電源管理系統(tǒng)，為衛(wèi)星上的各個(gè)電子設(shè)備和電路提供穩(wěn)定可靠的電源。例如，在衛(wèi)星通信系統(tǒng)的射頻功率放大器、信號(hào)處理單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與傳輸模塊等部分，都需要高性能的DCDC電源模塊來(lái)確保其正常工作。

三、ASP4644S****芯片的抗輻照性能

（一）抗輻照機(jī)理

ASP4644S芯片采用了先進(jìn)的半導(dǎo)體制造工藝和抗輻照設(shè)計(jì)技術(shù)，通過(guò)優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)、布局布線以及使用抗輻照材料等手段，有效提高了芯片在太空輻射環(huán)境下的抗輻照能力。其抗輻照設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)方面：

單粒子效應(yīng)防護(hù) ：針對(duì)單粒子翻轉(zhuǎn)（SEU）和單粒子latch-up（SEL）效應(yīng)，芯片內(nèi)部采用了多種防護(hù)措施。例如，在電路設(shè)計(jì)中增加了冗余設(shè)計(jì)和錯(cuò)誤檢測(cè)糾正電路，能夠及時(shí)檢測(cè)并糾正由于單粒子引起的位翻轉(zhuǎn)錯(cuò)誤；同時(shí)，通過(guò)優(yōu)化器件的幾何結(jié)構(gòu)和摻雜濃度，降低了單粒子latch-up發(fā)生的概率。

總劑量效應(yīng)耐受 ：為了提高芯片對(duì)總劑量輻射的耐受能力，采用了抗輻照的半導(dǎo)體材料和制造工藝。這些材料和工藝能夠在一定程度上抵御輻射引起的材料特性和器件性能的退化，確保芯片在長(zhǎng)期受輻射的情況下仍能保持穩(wěn)定的性能。

（二）抗輻照測(cè)試與評(píng)估

根據(jù)ASP4644S芯片測(cè)試報(bào)告，企業(yè)宇航級(jí)的ASP4644SS2B型號(hào)在抗輻照性能方面表現(xiàn)出色。測(cè)試結(jié)果表明，其SEU抗輻照能力達(dá)到75Mev?cm2/mg或10??次/器件?天，SEL抗輻照能力達(dá)到75Mev?cm2/mg。這些數(shù)據(jù)充分證明了ASP4644S芯片在太空輻射環(huán)境下的可靠性和穩(wěn)定性，能夠滿足商業(yè)衛(wèi)星通信載荷對(duì)電源模塊抗輻照性能的嚴(yán)格要求。

四、ASP4644S****芯片的可靠性設(shè)計(jì)

（一）芯片封裝與熱設(shè)計(jì)

ASP4644S芯片采用BGA77封裝形式，具有良好的熱性能和機(jī)械穩(wěn)定性。其封裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，能夠有效散熱，確保芯片在高功率輸出時(shí)的溫度控制在安全范圍內(nèi)。此外，芯片內(nèi)部的功率MOSFET和電感等發(fā)熱元件的布局經(jīng)過(guò)優(yōu)化，進(jìn)一步提高了芯片的熱效率。

（二）保護(hù)電路設(shè)計(jì)

芯片內(nèi)部集成了多種保護(hù)電路，包括過(guò)流保護(hù)、過(guò)溫保護(hù)和短路保護(hù)。這些保護(hù)電路能夠在芯片工作過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)其工作狀態(tài)，一旦檢測(cè)到異常情況，立即采取相應(yīng)的保護(hù)措施，避免芯片受損。例如，當(dāng)芯片溫度超過(guò)135°C時(shí)，過(guò)溫保護(hù)電路將啟動(dòng)，關(guān)閉功率MOSFET，直到溫度下降到安全范圍后才重新啟動(dòng)芯片，從而有效保護(hù)芯片免受過(guò)熱損壞。

（三）電源管理與控制算法

ASP4644S芯片采用了先進(jìn)的電源管理與控制算法，能夠?qū)崿F(xiàn)快速瞬態(tài)響應(yīng)和精確的輸出電壓調(diào)節(jié)。其電流模式控制方式使得芯片能夠及時(shí)響應(yīng)負(fù)載變化，維持輸出電壓的穩(wěn)定。同時(shí)，芯片還具備軟啟動(dòng)和輸出電壓跟蹤功能，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

五、ASP4644S****芯片在商業(yè)衛(wèi)星通信載荷中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

（一）提高衛(wèi)星通信系統(tǒng)的可靠性

在商業(yè)衛(wèi)星通信載荷中，電源模塊的可靠性直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。ASP4644S芯片憑借其卓越的抗輻照性能、可靠的保護(hù)功能和高效的散熱設(shè)計(jì)，能夠在太空輻射環(huán)境下長(zhǎng)期穩(wěn)定工作，有效降低了電源模塊故障的概率，從而提高了衛(wèi)星通信系統(tǒng)的整體可靠性。

（二）優(yōu)化衛(wèi)星通信系統(tǒng)的電源管理

ASP4644S芯片的四通道降壓穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)，使得衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的電源管理更加靈活高效。每個(gè)通道可以獨(dú)立配置輸出電壓和電流，滿足不同電子設(shè)備的電源需求。同時(shí)，芯片支持多通道并聯(lián)工作模式，能夠提供更高的輸出電流，滿足大功率負(fù)載的需求。此外，芯片的軟啟動(dòng)和輸出電壓跟蹤功能，有助于優(yōu)化衛(wèi)星通信系統(tǒng)的啟動(dòng)過(guò)程和電源分配，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

（三）降低衛(wèi)星通信系統(tǒng)的成本和體積

ASP4644S芯片的高集成度設(shè)計(jì)，減少了外部元件的使用數(shù)量，簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)，從而降低了衛(wèi)星通信系統(tǒng)的成本和體積。這對(duì)于商業(yè)衛(wèi)星通信系統(tǒng)來(lái)說(shuō)尤為重要，因?yàn)樾l(wèi)星的發(fā)射成本與衛(wèi)星的體積和重量密切相關(guān)。采用ASP4644S芯片的電源模塊，能夠在保證性能和可靠性的前提下，盡可能地減小衛(wèi)星的體積和重量，降低發(fā)射成本，提高商業(yè)衛(wèi)星的經(jīng)濟(jì)效益。

六、ASP4644S芯片的應(yīng)用分析

（一）商業(yè)衛(wèi)星通信載荷電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在商業(yè)衛(wèi)星通信載荷的電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用ASP4644S芯片作為核心電源模塊，在4V至14V的輸入電壓范圍內(nèi)工作，為多個(gè)電子設(shè)備提供穩(wěn)定的電源。通過(guò)合理配置ASP4644S芯片的四個(gè)通道輸出電壓和電流，可以滿足不同設(shè)備的電源需求。同時(shí)，利用芯片的抗輻照性能和保護(hù)功能，確保了電源系統(tǒng)在太空輻射環(huán)境下的可靠運(yùn)行。

（二）衛(wèi)星通信地面站電源系統(tǒng)應(yīng)用

除了在衛(wèi)星上的應(yīng)用，ASP4644S芯片還可用于衛(wèi)星通信地面站的電源系統(tǒng)。地面站中的各種電子設(shè)備，如射頻收發(fā)信機(jī)、調(diào)制解調(diào)器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等，都需要穩(wěn)定的電源支持。采用ASP4644S芯片的電源模塊，能夠?yàn)檫@些設(shè)備提供高效、可靠的電源，提高地面站的通信質(zhì)量和穩(wěn)定性。此外，芯片的小型化和高集成度設(shè)計(jì)，有助于減小地面站電源系統(tǒng)的體積和重量，便于設(shè)備的安裝和維護(hù)。

七、結(jié)論

ASP4644S芯片作為一種高性能的抗輻照DCDC電源模塊，在商業(yè)衛(wèi)星通信載荷領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。其卓越的技術(shù)特點(diǎn)，包括高集成度、高效能、抗輻照性能、靈活的工作模式配置和豐富的保護(hù)功能，使其能夠滿足商業(yè)衛(wèi)星通信系統(tǒng)在復(fù)雜太空輻射環(huán)境下的電源需求。通過(guò)實(shí)際應(yīng)用案例的驗(yàn)證，證明了ASP4644S芯片在提高衛(wèi)星通信系統(tǒng)可靠性、優(yōu)化電源管理和降低系統(tǒng)成本方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)。

審核編輯 黃宇