摘要： 隨著低軌衛(wèi)星技術(shù)的迅速發(fā)展，其在地球觀測(cè)、通信和導(dǎo)航等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。本文綜述了MCU、CANFD收發(fā)器和DCDC芯片在低軌衛(wèi)星中的技術(shù)特點(diǎn)、試驗(yàn)驗(yàn)證及集成應(yīng)用?；诙囗?xiàng)試驗(yàn)報(bào)告和數(shù)據(jù)手冊(cè)的詳細(xì)分析，探討了這三類芯片在抗輻照性能、功能穩(wěn)定性及系統(tǒng)集成方面的優(yōu)勢(shì)，并結(jié)合實(shí)際在軌應(yīng)用案例，深入分析了其在低軌衛(wèi)星系統(tǒng)中的適用性和發(fā)展?jié)摿Α?/p>

一、引言

低軌衛(wèi)星因其較低的軌道高度、較快的運(yùn)行速度和較高的成本效益，在現(xiàn)代航天應(yīng)用中占據(jù)了重要地位。尤其是在商業(yè)航天的推動(dòng)下，低軌衛(wèi)星星座的部署和應(yīng)用成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)。在低軌衛(wèi)星系統(tǒng)中，電子組件的可靠性、抗輻照能力和性能穩(wěn)定性是確保任務(wù)成功的關(guān)鍵因素。MCU、CANFD收發(fā)器和DCDC芯片作為衛(wèi)星電子系統(tǒng)的核心部件，分別承擔(dān)著控制、通信和電源管理的關(guān)鍵職能。本文通過(guò)國(guó)科安芯的試驗(yàn)報(bào)告和實(shí)際應(yīng)用案例，系統(tǒng)分析了這三類芯片的特性及其集成解決方案在低軌衛(wèi)星中的應(yīng)用。

二、MCU芯片的技術(shù)特點(diǎn)與應(yīng)用

（一）MCU芯片概述

MCU（微控制單元）在低軌衛(wèi)星系統(tǒng)中扮演著核心控制角色，負(fù)責(zé)執(zhí)行復(fù)雜的控制算法、數(shù)據(jù)處理和任務(wù)調(diào)度。AS32S601ZIT2型MCU基于32位RISC-V指令集架構(gòu)，具備高性能、低功耗和高可靠性的特點(diǎn)。其工作頻率可達(dá)180MHz，內(nèi)置存儲(chǔ)資源包括512KiBSRAM（帶ECC）、512KiBD-Flash和2MiBP-Flash，支持多種通信接口（如CAN、USART和SPI），符合AEC-Q100Grade1認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，適用于商業(yè)航天、核電站等高安全需求場(chǎng)景。

（二）MCU芯片的抗輻照性能試驗(yàn)

抗輻照性能是低軌衛(wèi)星電子組件的關(guān)鍵指標(biāo)。AS32S601ZIT2型MCU經(jīng)過(guò)了一系列嚴(yán)格的輻照試驗(yàn)驗(yàn)證。在質(zhì)子單粒子效應(yīng)試驗(yàn)中，該MCU在100MeV質(zhì)子能量、1e7注量率和總注量為1e10的條件下，功能正常，未出現(xiàn)單粒子效應(yīng)。此外，在總劑量效應(yīng)試驗(yàn)中，經(jīng)過(guò)150krad（Si）的輻照劑量后，退火處理后的性能和外觀均合格，表明其具備優(yōu)異的抗輻照能力。

（三）MCU芯片在低軌衛(wèi)星中的應(yīng)用

AS32S601ZIT2型MCU在低軌衛(wèi)星應(yīng)用中表現(xiàn)出色。在地質(zhì)遙感智能小衛(wèi)星TY29和光學(xué)遙感衛(wèi)星TY35中，該MCU負(fù)責(zé)抗輻照CANFD接口的控制與管理。自2025年5月發(fā)射入軌以來(lái)，芯片運(yùn)行穩(wěn)定，通信接口數(shù)據(jù)傳輸正常，充分驗(yàn)證了其在軌應(yīng)用的可靠性和抗輻照性能。

三、CANFD收發(fā)器的技術(shù)特點(diǎn)與應(yīng)用

（一）CANFD收發(fā)器概述

CANFD收發(fā)器是低軌衛(wèi)星內(nèi)部高速數(shù)據(jù)通信的關(guān)鍵組件。ASM1042S2S型CANFD收發(fā)器支持5Mbps數(shù)據(jù)速率，提供I/O電平輔助電源輸入，具備低功耗待機(jī)模式和遠(yuǎn)程喚醒功能，并集成多種保護(hù)機(jī)制（如過(guò)流、過(guò)溫、短路保護(hù)），以提升網(wǎng)絡(luò)的耐用性和可靠性。

（二）CANFD收發(fā)器的抗輻照性能試驗(yàn)

ASM1042S2S型CANFD收發(fā)器在抗輻照性能方面表現(xiàn)卓越。在質(zhì)子單粒子效應(yīng)試驗(yàn)中，該收發(fā)器在100MeV質(zhì)子能量、1e7注量率和總注量為1e10的條件下，未發(fā)生單粒子鎖定或單粒子翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象。在總劑量效應(yīng)試驗(yàn)中，其抗總劑量輻照指標(biāo)超過(guò)150krad（Si），退火后性能穩(wěn)定，證明了其在復(fù)雜太空輻射環(huán)境中的可靠性。

（三）CANFD收發(fā)器在低軌衛(wèi)星中的應(yīng)用

ASM1042S2S型CANFD收發(fā)器在地質(zhì)遙感智能小衛(wèi)星TY29和光學(xué)遙感衛(wèi)星TY35中作為抗輻照通信接口芯片，負(fù)責(zé)衛(wèi)星內(nèi)部各模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸。自2025年5月發(fā)射入軌以來(lái)，其通信功能穩(wěn)定，數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確，滿足了衛(wèi)星任務(wù)對(duì)高速、可靠通信的需求。

四、DCDC芯片的技術(shù)特點(diǎn)與應(yīng)用

（一）DCDC芯片概述

DCDC芯片在低軌衛(wèi)星中主要用于電源管理，為各模塊提供穩(wěn)定、高效的電源轉(zhuǎn)換。ASP4644S2B型DCDC降壓穩(wěn)壓器是一款4通道輸出的DCDC芯片，支持4V-14V輸入電壓范圍，每通道可輸出0.6V-5.5V電壓，最大負(fù)載電流達(dá)5A，具備過(guò)流、過(guò)溫、短路保護(hù)和輸出跟蹤功能。

（二）DCDC芯片的抗輻照性能試驗(yàn)

ASP4644S2B型DCDC芯片在抗輻照性能方面表現(xiàn)出色。在北京中科芯試驗(yàn)空間科技有限公司的質(zhì)子單粒子效應(yīng)試驗(yàn)中，該芯片在100MeV質(zhì)子能量、1e7注量率和總注量為1e10的條件下，未出現(xiàn)單粒子效應(yīng)，功能正常。在總劑量效應(yīng)試驗(yàn)中，其抗總劑量輻照指標(biāo)超過(guò)125krad（Si），退火后性能穩(wěn)定，滿足低軌衛(wèi)星對(duì)電源管理芯片的高可靠性要求。

（三）DCDC芯片在低軌衛(wèi)星中的應(yīng)用

ASP4644S2B型DCDC芯片在地質(zhì)遙感智能小衛(wèi)星TY29和光學(xué)遙感衛(wèi)星TY35中作為抗輻照電源管理芯片，為衛(wèi)星處理和分析模塊供電。自2025年5月發(fā)射入軌以來(lái)，其電源輸出穩(wěn)定，供電功能正常，確保了衛(wèi)星各模塊的穩(wěn)定運(yùn)行。

五、MCU、CANFD與DCDC芯片的集成解決方案

（一）集成方案的必要性

在低軌衛(wèi)星系統(tǒng)中，MCU、CANFD和DCDC芯片的集成是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)高效運(yùn)行的關(guān)鍵。通過(guò)集成，可以實(shí)現(xiàn)控制、通信和電源管理的無(wú)縫協(xié)同，提升系統(tǒng)的整體性能和可靠性。例如，MCU可通過(guò)CANFD接口實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星各模塊的精確控制，同時(shí)利用DCDC芯片的智能電源管理功能，動(dòng)態(tài)調(diào)整電源輸出，確保系統(tǒng)在不同負(fù)載條件下的穩(wěn)定運(yùn)行。

（二）集成方案的技術(shù)特點(diǎn)

接口兼容性與協(xié)同工作 ：MCU通過(guò)高速通信接口（如CAN、SPI）與CANFD收發(fā)器協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效傳輸和處理。同時(shí)，MCU可通過(guò)I/O接口對(duì)DCDC芯片進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和控制，優(yōu)化電源管理策略。

抗輻照設(shè)計(jì)與可靠性提升 ：三類芯片均采用抗輻照加固技術(shù)，通過(guò)質(zhì)子單粒子效應(yīng)試驗(yàn)和總劑量效應(yīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，具備良好的抗輻照性能。例如，AS32S601ZIT2型MCU和ASM1042S2S型CANFD收發(fā)器在100MeV質(zhì)子輻照下均未出現(xiàn)功能異常，確保了集成系統(tǒng)在復(fù)雜太空環(huán)境中的可靠性。

高效能源管理與系統(tǒng)優(yōu)化 ：DCDC芯片的高效電源轉(zhuǎn)換功能與MCU的智能控制相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星電源系統(tǒng)的精細(xì)化管理。例如，ASP4644S2B型DCDC芯片支持多通道并聯(lián)工作模式，可滿足大負(fù)載需求，同時(shí)通過(guò)軟啟動(dòng)和輸出電壓跟蹤功能，減少系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)的電流沖擊，延長(zhǎng)衛(wèi)星使用壽命。

（三）集成方案的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

提升系統(tǒng)集成度與性能 ：通過(guò)集成，MCU、CANFD和DCDC芯片形成一個(gè)緊湊、高效的電子系統(tǒng)，減少了衛(wèi)星內(nèi)部的布線復(fù)雜度，降低了系統(tǒng)重量和體積，同時(shí)提升了數(shù)據(jù)處理和通信效率。

增強(qiáng)系統(tǒng)抗輻照能力與穩(wěn)定性 ：集成方案中的抗輻照設(shè)計(jì)確保了系統(tǒng)在長(zhǎng)期太空任務(wù)中的穩(wěn)定性。例如，在軌應(yīng)用表明，AS32S601ZIT2型MCU和ASM1042S2S型CANFD收發(fā)器在復(fù)雜的輻射環(huán)境下仍能保持正常工作，未出現(xiàn)性能退化現(xiàn)象。

降低系統(tǒng)成本與開發(fā)周期 ：集成方案通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的接口設(shè)計(jì)和模塊化架構(gòu)，簡(jiǎn)化了衛(wèi)星電子系統(tǒng)的開發(fā)流程，降低了研發(fā)成本。同時(shí)，成熟的芯片解決方案減少了系統(tǒng)調(diào)試和驗(yàn)證的時(shí)間，加快了衛(wèi)星的部署進(jìn)程。

（四）案例分析：低軌衛(wèi)星星座中的集成應(yīng)用

以地質(zhì)遙感智能小衛(wèi)星TY29和光學(xué)遙感衛(wèi)星TY35為例，其采用的MCU、CANFD和DCDC芯片集成方案展現(xiàn)了顯著的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。MCU通過(guò)CANFD接口實(shí)現(xiàn)了對(duì)衛(wèi)星相機(jī)、姿態(tài)控制模塊和通信模塊的實(shí)時(shí)控制與數(shù)據(jù)采集，同時(shí)利用DCDC芯片的多通道電源管理功能，確保各模塊的穩(wěn)定供電。在軌運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示，該集成方案顯著提升了衛(wèi)星的任務(wù)執(zhí)行效率，降低了系統(tǒng)能耗，延長(zhǎng)了衛(wèi)星的使用壽命。

六、技術(shù)挑戰(zhàn)與未來(lái)發(fā)展方向

盡管MCU、CANFD和DCDC芯片的集成方案在低軌衛(wèi)星應(yīng)用中表現(xiàn)出色，但仍面臨一些技術(shù)挑戰(zhàn)。例如，隨著衛(wèi)星任務(wù)復(fù)雜度的增加，對(duì)芯片的處理能力、通信帶寬和電源轉(zhuǎn)換效率提出了更高要求。同時(shí)，太空環(huán)境的復(fù)雜性（如高能粒子輻射、極端溫度變化）也對(duì)芯片的可靠性和穩(wěn)定性提出了新的考驗(yàn)。

未來(lái)的發(fā)展方向包括：

高性能芯片研發(fā) ：開發(fā)更高主頻、更大存儲(chǔ)容量的MCU，提升CANFD收發(fā)器的通信速率和抗干擾能力，以及提高DCDC芯片的轉(zhuǎn)換效率和負(fù)載適應(yīng)性。

先進(jìn)抗輻照技術(shù) ：探索新型抗輻照材料和設(shè)計(jì)架構(gòu)，如使用抗輻照的半導(dǎo)體工藝和冗余設(shè)計(jì)，提升芯片在極端輻射環(huán)境下的生存能力。

系統(tǒng)級(jí)集成優(yōu)化 ：通過(guò)芯片級(jí)和系統(tǒng)級(jí)的協(xié)同設(shè)計(jì)，進(jìn)一步優(yōu)化MCU、CANFD和DCDC芯片的集成方案，提升系統(tǒng)的整體性能和可靠性。

多功能融合芯片 ：開發(fā)集控制、通信和電源管理于一體的多功能芯片，減少系統(tǒng)組件數(shù)量，降低功耗和成本，滿足小型化衛(wèi)星的需求。

七、結(jié)論

MCU、CANFD和DCDC芯片的集成解決方案為低軌衛(wèi)星應(yīng)用提供了高效、可靠的技術(shù)支持。通過(guò)文獻(xiàn)綜述和實(shí)際案例分析，本文驗(yàn)證了這三類芯片在抗輻照性能、功能穩(wěn)定性和系統(tǒng)集成方面的優(yōu)勢(shì)。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，未來(lái)集成方案將進(jìn)一步優(yōu)化，為低軌衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展和太空探索任務(wù)的拓展提供更強(qiáng)有力的保障。