摘要

商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；l(fā)展推動(dòng)了低軌衛(wèi)星星座、高分辨率遙感衛(wèi)星等平臺(tái)的技術(shù)升級(jí)，衛(wèi)星通信處理模塊作為星上數(shù)據(jù)傳輸、信號(hào)調(diào)制與信息處理的核心單元，對(duì)供電系統(tǒng)的可靠性、抗輻照能力、多通道適配性及集成度提出了嚴(yán)苛的工程要求。DC/DC降壓穩(wěn)壓器作為供電系統(tǒng)的核心功率器件，其性能直接決定通信處理模塊的在軌工作穩(wěn)定性與壽命周期。本文以廈門國(guó)科安芯科技有限公司研發(fā)的ASP4644系列四通道降壓穩(wěn)壓器為研究對(duì)象，從器件核心電氣特性、產(chǎn)品系列分級(jí)設(shè)計(jì)、抗輻照性能專項(xiàng)驗(yàn)證、國(guó)產(chǎn)化工藝可靠性、商業(yè)衛(wèi)星通信處理模塊應(yīng)用適配性及在軌實(shí)踐驗(yàn)證等方面展開系統(tǒng)研究。

關(guān)鍵詞

ASP4644；四通道降壓穩(wěn)壓器；抗輻照設(shè)計(jì)；商業(yè)衛(wèi)星；通信處理模塊；國(guó)產(chǎn)化電源器件

一、引言

商業(yè)航天的快速發(fā)展推動(dòng)了衛(wèi)星平臺(tái)向小型化、輕量化、高功能密度方向演進(jìn)，低地球軌道衛(wèi)星星座的大規(guī)模部署與高分辨率遙感、星間通信等業(yè)務(wù)的拓展，使得星上通信處理模塊的功能復(fù)雜度與工作負(fù)荷持續(xù)提升。通信處理模塊集成了高性能FPGA、射頻收發(fā)芯片、高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器件、大容量存儲(chǔ)單元等核心組件，此類組件對(duì)供電電壓的精度、紋波水平、動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力均有嚴(yán)格要求，同時(shí)空間環(huán)境中的質(zhì)子、重離子、γ射線等輻射源易造成半導(dǎo)體功率器件的性能退化甚至功能失效，成為制約電源系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵因素。

DC/DC降壓穩(wěn)壓器作為星上供電系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)，承擔(dān)著將衛(wèi)星母線電壓轉(zhuǎn)換為各功能組件適配電壓的任務(wù)，其性能直接影響通信處理模塊的工作效率與在軌可靠性。當(dāng)前國(guó)際航天級(jí)DC/DC穩(wěn)壓器產(chǎn)品雖具備成熟的抗輻照性能與在軌驗(yàn)證數(shù)據(jù)，但存在供貨周期長(zhǎng)、成本高、供應(yīng)鏈自主可控性不足等問(wèn)題；國(guó)內(nèi)國(guó)產(chǎn)化航天級(jí)電源器件雖取得一定進(jìn)展，但多數(shù)產(chǎn)品存在集成度低、抗輻照指標(biāo)單一、缺乏完整工程驗(yàn)證數(shù)據(jù)等短板。

**#AI未來(lái)創(chuàng)意大比拼#**ASP4644系列四通道降壓穩(wěn)壓器是針對(duì)商業(yè)航天、車規(guī)、工業(yè)等多場(chǎng)景研發(fā)的高集成度功率器件，其中商業(yè)航天級(jí)ASP4644S2B通過(guò)車規(guī)級(jí)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與抗輻照強(qiáng)化工藝的融合，實(shí)現(xiàn)了寬溫工作、多通道獨(dú)立控制、完善的保護(hù)機(jī)制與優(yōu)異的抗輻照性能，且已完成全套輻照試驗(yàn)、破壞性物理分析及在軌搭載驗(yàn)證。本文基于該器件的技術(shù)手冊(cè)、專項(xiàng)試驗(yàn)報(bào)告及在軌應(yīng)用證明，系統(tǒng)分析其核心特性與商業(yè)衛(wèi)星通信處理模塊的應(yīng)用適配性，詳細(xì)闡述其在星上供電系統(tǒng)中的工程應(yīng)用方法與優(yōu)化策略，為商業(yè)衛(wèi)星通信處理模塊的電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供理論與工程參考。

二、ASP4644系列四通道降壓穩(wěn)壓器核心特性

ASP4644系列器件為高度集成的四通道同步降壓穩(wěn)壓器，內(nèi)置功率MOSFET與電感，采用BGA77封裝形式，封裝尺寸為9mm×15mm×4.96mm，緊湊的封裝設(shè)計(jì)適配商業(yè)衛(wèi)星星上設(shè)備的小型化布局需求。該系列器件依據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景與性能要求分為工業(yè)級(jí)、寬溫工業(yè)級(jí)、汽車級(jí)、商業(yè)航天級(jí)四個(gè)等級(jí)，各等級(jí)均保留核心電氣功能，同時(shí)針對(duì)使用環(huán)境實(shí)現(xiàn)性能差異化設(shè)計(jì)，可滿足從地面設(shè)備到星上設(shè)備的全場(chǎng)景供電需求。

2.1 核心電氣性能

ASP4644系列器件具備寬輸入電壓與寬輸出電壓調(diào)節(jié)范圍，輸入電壓覆蓋4V14V，可直接匹配商業(yè)衛(wèi)星常用的12V母線供電標(biāo)準(zhǔn)，輸出電壓可通過(guò)外部電阻分壓在0.6V5.5V范圍內(nèi)精確調(diào)節(jié)，滿足通信處理模塊中不同組件的供電需求。器件單通道連續(xù)輸出電流可達(dá)4A，峰值輸出電流5A，支持四通道、2+2、3+1等多種并聯(lián)工作模式，四通道全并聯(lián)時(shí)最大輸出電流可達(dá)16A，可適配FPGA等大電流負(fù)載的供電需求。

在穩(wěn)壓精度與紋波控制方面，器件線性調(diào)整率為0.03%，負(fù)載調(diào)整率為0.4%，在寬輸入電壓范圍與全負(fù)載變化區(qū)間內(nèi)可保持輸出電壓的高穩(wěn)定性；典型輸出紋波為4.5mV，低紋波特性可有效降低電源噪聲對(duì)射頻信號(hào)、高速數(shù)字信號(hào)的干擾，避免通信處理模塊出現(xiàn)信號(hào)失真、誤碼率升高等問(wèn)題。器件采用電流模式控制架構(gòu)，內(nèi)部振蕩器典型工作頻率為1MHz，支持700kHz~1.3MHz外部時(shí)鐘同步，快速的瞬態(tài)響應(yīng)能力可應(yīng)對(duì)通信處理模塊中FPGA、射頻芯片等組件的突發(fā)負(fù)載變化，動(dòng)態(tài)負(fù)載跳變峰峰值控制在320mV以內(nèi)，確保負(fù)載突變時(shí)輸出電壓的穩(wěn)定。

2.2 多功能工作特性

ASP4644系列器件設(shè)計(jì)有靈活的工作模式與功能配置，可通過(guò)引腳配置實(shí)現(xiàn)不同應(yīng)用場(chǎng)景的優(yōu)化。器件支持連續(xù)導(dǎo)通模式與不連續(xù)導(dǎo)通模式，MODE引腳接INTVCC時(shí)進(jìn)入連續(xù)導(dǎo)通模式，適用于大負(fù)載、低紋波要求的應(yīng)用場(chǎng)景，保證輸出電壓的穩(wěn)定性；MODE引腳接信號(hào)地時(shí)進(jìn)入不連續(xù)導(dǎo)通模式，適用于輕負(fù)載場(chǎng)景，可有效降低器件功耗，提升供電系統(tǒng)的能量利用效率，且該引腳禁止懸空，避免出現(xiàn)工作模式紊亂。

器件的TRACK/SS引腳集成輸出電壓跟蹤與軟啟動(dòng)雙重功能，軟啟動(dòng)時(shí)間可通過(guò)外部電容靈活調(diào)節(jié)，計(jì)算公式為，當(dāng)輸出端驅(qū)動(dòng)大于300uF的大容性負(fù)載時(shí)，可通過(guò)增大軟啟動(dòng)電容避免上電時(shí)的浪涌電流，保護(hù)器件與負(fù)載組件；輸出電壓跟蹤功能可實(shí)現(xiàn)多通道的同步上電與電壓比例跟蹤，主通道輸出電壓變化時(shí)，從通道可按預(yù)設(shè)比例同步跟蹤，避免因上電順序不當(dāng)導(dǎo)致的組件電壓應(yīng)力損傷，適配通信處理模塊的精細(xì)化供電控制需求。

2.3 全維度保護(hù)機(jī)制

為提升在軌工作的可靠性，ASP4644系列器件集成了完善的保護(hù)機(jī)制，可應(yīng)對(duì)過(guò)流、短路、過(guò)溫、輸出電壓異常等多種故障場(chǎng)景。器件內(nèi)置過(guò)流保護(hù)電路，輸出電流限制為7A，當(dāng)負(fù)載出現(xiàn)過(guò)流或短路時(shí)，限流模塊會(huì)快速啟動(dòng)，將底部功率MOSFET的感測(cè)電壓降低至原始值的40%，減小電感谷電流，避免器件因過(guò)流燒毀；過(guò)溫保護(hù)電路可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)芯片結(jié)溫，當(dāng)結(jié)溫達(dá)到160℃時(shí)，功率MOSFET會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，待溫度下降20℃后恢復(fù)工作，有效防止器件因熱應(yīng)力導(dǎo)致的性能退化。

器件的PGOOD引腳為開漏輸出，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輸出電壓狀態(tài)，當(dāng)反饋引腳電壓偏離內(nèi)部0.6V參考電壓±10%時(shí)，PGOOD引腳會(huì)被拉低，實(shí)現(xiàn)輸出電壓異常的報(bào)警功能，且該引腳設(shè)計(jì)有消隱延遲，可避免瞬態(tài)負(fù)載變化導(dǎo)致的虛假報(bào)警，為通信處理模塊的故障診斷提供有效信號(hào)。此外，器件的RUN引腳為使能控制引腳，電壓高于1.2V時(shí)器件正常工作，低于1.1V時(shí)器件進(jìn)入關(guān)斷狀態(tài)，0.7V~1.1V為待機(jī)狀態(tài)，僅開啟內(nèi)部基準(zhǔn)源，可實(shí)現(xiàn)通信處理模塊的分級(jí)供電控制，進(jìn)一步降低星上功耗。

三、ASP4644S2B商業(yè)航天級(jí)器件抗輻照性能驗(yàn)證

空間輻射環(huán)境對(duì)半導(dǎo)體器件的損傷主要表現(xiàn)為總劑量效應(yīng)與單粒子效應(yīng)，總劑量效應(yīng)是指器件在空間輻射環(huán)境中累積吸收的輻射劑量導(dǎo)致的半導(dǎo)體材料特性變化，表現(xiàn)為閾值電壓漂移、漏電流增大等；單粒子效應(yīng)是指高能帶電粒子撞擊器件敏感區(qū)域?qū)е碌乃矔r(shí)功能異常，主要包括單粒子鎖定、單粒子燒毀等，均會(huì)嚴(yán)重影響電源器件的在軌工作穩(wěn)定性。ASP4644S2B作為商業(yè)航天級(jí)器件，通過(guò)抗輻照強(qiáng)化設(shè)計(jì)，完成了總劑量效應(yīng)、質(zhì)子單粒子效應(yīng)、重離子單粒子效應(yīng)三項(xiàng)專項(xiàng)試驗(yàn)，試驗(yàn)依據(jù)國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)與宇航器件試驗(yàn)規(guī)范開展，試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了其優(yōu)異的抗輻照性能。

3.1 總劑量效應(yīng)試驗(yàn)

總劑量效應(yīng)試驗(yàn)采用鈷60γ射線作為輻照源，試驗(yàn)劑量率為25rad(Si)/s，總輻照劑量為125krad(Si)，并進(jìn)行1.5倍過(guò)輻照試驗(yàn)，過(guò)輻照劑量為150krad(Si)。試驗(yàn)過(guò)程中，器件施加12V輸入電壓，四通道分別配置為3.3V、2.5V、1.5V、1.2V的典型輸出電壓，空載狀態(tài)下進(jìn)行測(cè)試，輻照完成后進(jìn)行168小時(shí)高溫退火處理，并對(duì)比輻照前后的核心電參數(shù)。

試驗(yàn)結(jié)果顯示，經(jīng)過(guò)125krad(Si)總劑量輻照與高溫退火后，器件的輸入電流保持72mA不變，各通道輸出電壓波動(dòng)小于±1%，線性調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率、輸出紋波等核心參數(shù)均未出現(xiàn)顯著變化，無(wú)功能失效或性能退化現(xiàn)象；150krad(Si)過(guò)輻照試驗(yàn)后，器件仍可保持正常工作，驗(yàn)證了其抗總劑量輻照能力大于125krad(Si)，可滿足商業(yè)衛(wèi)星在軌壽命期間的輻射劑量累積要求。

3.2 單粒子效應(yīng)試驗(yàn)

單粒子效應(yīng)試驗(yàn)分為質(zhì)子單粒子效應(yīng)試驗(yàn)與重離子單粒子效應(yīng)試驗(yàn)，分別驗(yàn)證器件在質(zhì)子與重離子輻射環(huán)境下的耐受能力。質(zhì)子單粒子效應(yīng)試驗(yàn)采用100MeV質(zhì)子回旋加速器作為輻射源，注量率為1×10?p/cm2·s，總注量為1×101?p/cm2，試驗(yàn)過(guò)程中器件施加12V輸入電壓，輸出1.5V/4A，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工作電流與輸出電壓；試驗(yàn)結(jié)果顯示，器件未出現(xiàn)單粒子鎖定、單粒子燒毀等任何單粒子效應(yīng)，核心電參數(shù)保持穩(wěn)定，試驗(yàn)判定合格。

重離子單粒子效應(yīng)試驗(yàn)采用205MeV的Ge離子作為輻射源，硅中LET值為37.4MeV·cm2/mg，總注量為8.3×10?ion/cm2，偏置電壓為12V，試驗(yàn)過(guò)程中監(jiān)測(cè)器件工作電流與輸出電壓變化。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，器件工作電流隨輻照注量增加出現(xiàn)短暫上升，在注量達(dá)到3×10?ion/cm2時(shí)達(dá)到300mA限流值，停束后電流快速恢復(fù)至正常水平；繼續(xù)輻照至總注量后，器件輸出電壓始終穩(wěn)定在1.5V，未發(fā)生單粒子鎖定或單粒子燒毀現(xiàn)象，驗(yàn)證了其單粒子燒毀、單粒子鎖定LET閾值大于37.4MeV·cm2/mg。結(jié)合器件設(shè)計(jì)指標(biāo)，ASP4644S2B的單粒子翻轉(zhuǎn)閾值≥75MeV·cm2/mg、單粒子鎖定閾值≥75MeV·cm2/mg，可滿足中低軌道商業(yè)衛(wèi)星的空間輻射環(huán)境要求。

四、ASP4644系列器件國(guó)產(chǎn)化與工藝可靠性分析

在航天器件供應(yīng)鏈自主可控的發(fā)展要求下，ASP4644系列器件實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵原材料與零部件的國(guó)產(chǎn)化供應(yīng)，并通過(guò)了工業(yè)和信息化部電子第五研究所的自主可控等級(jí)評(píng)估，其中工業(yè)級(jí)ASP4644I6B與寬溫工業(yè)級(jí)ASP4644M2B均獲得C級(jí)自主可控等級(jí)認(rèn)證，商業(yè)航天級(jí)ASP4644S2B基于相同的國(guó)產(chǎn)化供應(yīng)鏈體系，進(jìn)一步完成了航天級(jí)工藝驗(yàn)證，為批量工程應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

4.1 國(guó)產(chǎn)化供應(yīng)鏈體系

ASP4644系列器件的關(guān)鍵原材料與零部件均由國(guó)內(nèi)廠商供應(yīng)，核心包括DCDC電源晶圓、肖特基二極管、貼片電容、電阻、基板、鍵合絲、焊球等，其中核心的DCDC電源晶圓采用國(guó)產(chǎn)0.18μm BCD工藝制造，符合車規(guī)級(jí)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，確保了器件的核心性能穩(wěn)定性；貼片電容、電阻等無(wú)源元件由國(guó)內(nèi)知名電子元件廠商供應(yīng)，基板、鍵合絲、焊球等封裝材料均實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，形成了完整的國(guó)產(chǎn)化供應(yīng)鏈體系，有效降低了供應(yīng)鏈風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)通過(guò)嚴(yán)格的供應(yīng)商質(zhì)量管控，確保了原材料的性能一致性與可靠性。

4.2 破壞性物理分析驗(yàn)證

為驗(yàn)證商業(yè)航天級(jí)ASP4644S2B器件的工藝可靠性，依據(jù)軍用電子元器件破壞性物理分析方法開展了全面的測(cè)試，測(cè)試項(xiàng)目包括外部目檢、X光檢查、聲學(xué)掃描顯微鏡檢查、內(nèi)部目檢、鍵合強(qiáng)度測(cè)試等。外部目檢結(jié)果顯示，器件封裝完整，無(wú)裂紋、損傷、污染等缺陷，標(biāo)識(shí)清晰規(guī)范；X光檢查表明，器件內(nèi)部焊點(diǎn)均勻飽滿，無(wú)虛焊、橋連、空洞等焊接缺陷，芯片貼裝平整；聲學(xué)掃描顯微鏡檢查驗(yàn)證了器件內(nèi)部無(wú)分層、脫粘等問(wèn)題，封裝完整性良好；內(nèi)部目檢顯示，芯片形貌正常，金屬化層無(wú)腐蝕、脫落，鍵合區(qū)域無(wú)損傷。

鍵合強(qiáng)度測(cè)試為器件互連可靠性的核心驗(yàn)證項(xiàng)目，測(cè)試結(jié)果顯示，20μm金鍵合絲的測(cè)試力值為3.2566.806g，30μm金鍵合絲的測(cè)試力值為11.53630.576g，均遠(yuǎn)高于合格判據(jù)要求，驗(yàn)證了器件內(nèi)部互連的機(jī)械強(qiáng)度與可靠性。全套破壞性物理分析測(cè)試結(jié)果表明，ASP4644S2B器件的封裝工藝、內(nèi)部互連質(zhì)量、結(jié)構(gòu)完整性均符合航天級(jí)器件的可靠性要求，具備批量在軌應(yīng)用的工藝基礎(chǔ)。

五、ASP4644在商業(yè)衛(wèi)星通信處理模塊的應(yīng)用適配性與工程設(shè)計(jì)

商業(yè)衛(wèi)星通信處理模塊的供電系統(tǒng)需為FPGA、射頻收發(fā)芯片、高速ADC/DAC、存儲(chǔ)單元等多元組件供電，此類組件的供電需求呈現(xiàn)多電壓域、寬負(fù)載范圍、低紋波、快動(dòng)態(tài)響應(yīng)的特征，且星上空間有限、環(huán)境惡劣，對(duì)電源器件的集成度、可靠性、環(huán)境適應(yīng)性提出了嚴(yán)苛要求。ASP4644系列器件的核心特性與功能設(shè)計(jì)可精準(zhǔn)匹配上述需求，在工程應(yīng)用中，通過(guò)合理的通道配置、工作模式選擇、PCB布局優(yōu)化，可充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)，提升通信處理模塊供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。

5.1 通信處理模塊供電需求與器件通道配置

商業(yè)衛(wèi)星通信處理模塊的典型供電電壓域包括1.2V（FPGA核、ADC/DAC核）、1.5V（射頻芯片核心）、2.5V（存儲(chǔ)單元）、3.3V（FPGA IO、射頻芯片外圍電路），各電壓域的負(fù)載電流從數(shù)百毫安到數(shù)安培不等，且FPGA、射頻芯片存在突發(fā)負(fù)載變化。ASP4644的四通道獨(dú)立輸出設(shè)計(jì)可直接實(shí)現(xiàn)上述多電壓域的同時(shí)供電，各通道通過(guò)外部分壓電阻獨(dú)立配置輸出電壓，器件內(nèi)部集成60.4kΩ的上拉電阻，僅需在反饋引腳與地之間接入匹配的下拉電阻即可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)輸出電壓，無(wú)需復(fù)雜的外圍電路，有效提升了供電系統(tǒng)的集成度。

對(duì)于FPGA等大電流負(fù)載，可采用多通道并聯(lián)的方式擴(kuò)容，并聯(lián)時(shí)將各通道的VOUT、FB、COMP引腳短接，共用一組分壓電阻，下拉電阻阻值按并聯(lián)通道數(shù)計(jì)算調(diào)整，四通道并聯(lián)時(shí)可實(shí)現(xiàn)1.2V/16A的大電流輸出，滿足高功耗FPGA的供電需求。器件的2+2并聯(lián)模式可實(shí)現(xiàn)雙電壓域的大電流供電，如兩個(gè)通道并聯(lián)為1.2V/8A給FPGA供電，另外兩個(gè)通道并聯(lián)為3.3V/8A給射頻模塊供電，兼顧多電壓域與大電流的供電需求，簡(jiǎn)化了供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

5.2 功能特性的工程應(yīng)用優(yōu)化

在商業(yè)衛(wèi)星通信處理模塊的工程應(yīng)用中，ASP4644的工作模式與功能特性可根據(jù)組件需求進(jìn)行針對(duì)性優(yōu)化。對(duì)于射頻芯片等對(duì)紋波敏感的組件，其供電通道配置為連續(xù)導(dǎo)通模式，MODE引腳接INTVCC，保證輸出電壓的低紋波特性，同時(shí)在輸出引腳與反饋引腳之間增加10pF~15pF的補(bǔ)償電容，進(jìn)一步降低動(dòng)態(tài)瞬態(tài)尖峰，避免電源噪聲對(duì)射頻信號(hào)的干擾；對(duì)于存儲(chǔ)單元等輕負(fù)載組件，其供電通道配置為不連續(xù)導(dǎo)通模式，MODE引腳接信號(hào)地，降低器件功耗，提升星上供電系統(tǒng)的能量利用效率。

器件的輸出電壓跟蹤功能在通信處理模塊的上電控制中具有重要應(yīng)用價(jià)值，將FPGA作為主通道，射頻芯片、存儲(chǔ)單元作為從通道，從通道的TRACK/SS引腳通過(guò)電阻分壓連接至主通道輸出端，可實(shí)現(xiàn)從通道對(duì)主通道的電壓比例跟蹤，確保主通道上電完成后從通道按預(yù)設(shè)比例同步上電，避免因上電順序不當(dāng)導(dǎo)致的組件損壞。對(duì)于大容性負(fù)載，通過(guò)增大TRACK/SS引腳的軟啟動(dòng)電容，延長(zhǎng)軟啟動(dòng)時(shí)間，避免上電浪涌電流對(duì)器件與負(fù)載的沖擊，軟啟動(dòng)電容的取值根據(jù)負(fù)載容值調(diào)整，一般按容性負(fù)載每100uF匹配0.01uF軟啟動(dòng)電容的比例配置。

5.3 器件PCB布局與系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)

ASP4644器件的PCB布局直接影響其電氣性能與熱性能，結(jié)合商業(yè)衛(wèi)星通信處理模塊的小型化布局需求，PCB布局需遵循高頻功率器件的設(shè)計(jì)原則，重點(diǎn)優(yōu)化大電流路徑、電磁干擾抑制、熱耗散與信號(hào)隔離。大電流路徑包括VIN引腳、GND引腳、VOUT引腳，需采用大面積銅箔布線，銅箔厚度不小于2oz，降低傳導(dǎo)損耗；VIN引腳與GND引腳之間就近布置高頻陶瓷輸入電容，建議每通道配置10μF陶瓷電容，VOUT引腳與GND引腳之間布置低ESR陶瓷輸出電容，根據(jù)紋波要求配置47μF×2的電容，減小高頻噪聲。

器件設(shè)計(jì)有功率地GND與信號(hào)地SGND，需采用獨(dú)立的接地銅區(qū)實(shí)現(xiàn)隔離，避免功率地的噪聲耦合至信號(hào)地，影響反饋、跟蹤等信號(hào)的精度，GND與SGND在PCB背面通過(guò)單點(diǎn)連接，降低地彈噪聲。對(duì)于并聯(lián)工作模式，各通道的VOUT、FB、COMP引腳需采用內(nèi)層布線緊密連接，減小布線阻抗差異，保證各通道的均流效果；TRACK/SS引腳的軟啟動(dòng)電容就近布置，避免長(zhǎng)布線導(dǎo)致的信號(hào)干擾；外部時(shí)鐘同步的CLKIN、CLKOUT引腳需采用阻抗匹配布線，減小時(shí)鐘信號(hào)的衰減與畸變，同時(shí)遠(yuǎn)離大電流路徑，避免電磁干擾。

器件的熱耗散設(shè)計(jì)是保證在軌可靠性的關(guān)鍵，BGA77封裝的器件主要通過(guò)封裝底部實(shí)現(xiàn)熱耗散，PCB布局時(shí)在器件下方設(shè)置大面積散熱銅箔，并增加多個(gè)過(guò)孔將散熱銅箔與內(nèi)層電源層/接地層連接，提升熱耗散效率；同時(shí)，器件與周邊敏感器件保持一定的間距，避免熱耦合導(dǎo)致的組件溫度升高。

六、ASP4644S2B的在軌應(yīng)用實(shí)踐與驗(yàn)證

商業(yè)航天級(jí)ASP4644S2B器件已完成全套地面試驗(yàn)驗(yàn)證，并成功搭載于地質(zhì)遙感智能小衛(wèi)星天儀29星、光學(xué)遙感衛(wèi)星天儀35星，兩顆衛(wèi)星均于2025年5月發(fā)射入軌，器件作為星上通信處理模塊的核心供電器件，承擔(dān)著數(shù)據(jù)處理板、信號(hào)轉(zhuǎn)換板的供電任務(wù)，經(jīng)過(guò)兩個(gè)月的在軌運(yùn)行，驗(yàn)證了其在空間環(huán)境下的穩(wěn)定性與可靠性。

在軌應(yīng)用中，ASP4644S2B器件采用四通道并聯(lián)工作模式，輸入電壓為衛(wèi)星12V母線電壓，輸出電壓配置為1.5V，最大輸出電流16A，為通信處理模塊的FPGA核心與高速數(shù)據(jù)處理單元供電。器件安裝于衛(wèi)星艙內(nèi)的通信處理模塊電路板，工作環(huán)境溫度為-40℃~85℃，經(jīng)受了空間輻射、溫度循環(huán)、微重力等復(fù)雜環(huán)境的考驗(yàn)。在軌監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，器件工作電流平均為72mA，負(fù)載變化時(shí)電流波動(dòng)≤5mA，輸出電壓穩(wěn)定在1.5V，波動(dòng)范圍±0.03V，未出現(xiàn)過(guò)流、過(guò)溫、輸出電壓異常等故障，供電穩(wěn)定性良好。

截至2025年7月，兩顆衛(wèi)星的ASP4644S2B器件均保持正常工作狀態(tài)，無(wú)任何性能退化或功能異常，驗(yàn)證了其在空間環(huán)境下的長(zhǎng)期可靠性。目前，該器件已在多家商業(yè)航天公司的衛(wèi)星項(xiàng)目中實(shí)現(xiàn)批量應(yīng)用，應(yīng)用場(chǎng)景涵蓋低軌通信衛(wèi)星、遙感衛(wèi)星、科學(xué)試驗(yàn)衛(wèi)星等，成為商業(yè)衛(wèi)星通信處理模塊供電系統(tǒng)的核心國(guó)產(chǎn)化器件，為商業(yè)航天電源系統(tǒng)的自主可控發(fā)展提供了重要支撐。

七、結(jié)論與展望

7.1 研究結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)ASP4644系列四通道降壓穩(wěn)壓器的核心特性、抗輻照性能、國(guó)產(chǎn)化工藝、商業(yè)衛(wèi)星通信處理模塊應(yīng)用適配性及在軌實(shí)踐的系統(tǒng)研究，得出以下結(jié)論：其一，ASP4644系列器件具備寬輸入輸出電壓范圍、高穩(wěn)壓精度、低紋波、快動(dòng)態(tài)響應(yīng)的核心電氣性能，四通道獨(dú)立輸出與靈活并聯(lián)擴(kuò)容特性可精準(zhǔn)匹配商業(yè)衛(wèi)星通信處理模塊的多電壓域、寬負(fù)載范圍供電需求，完善的保護(hù)機(jī)制提升了器件的在軌工作可靠性；其二，商業(yè)航天級(jí)ASP4644S2B器件的抗輻照性能優(yōu)異，抗總劑量輻照能力≥125krad(Si)，單粒子燒毀、單粒子鎖定LET閾值≥37.4MeV·cm2/mg，設(shè)計(jì)閾值≥75MeV·cm2/mg，可滿足中低軌道商業(yè)衛(wèi)星的空間輻射環(huán)境要求；其三，ASP4644系列器件實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵原材料與零部件的國(guó)產(chǎn)化供應(yīng)，通過(guò)了自主可控等級(jí)評(píng)估與航天級(jí)破壞性物理分析，工藝可靠性與供應(yīng)鏈自主可控性均滿足商業(yè)航天的工程要求；其四，ASP4644S2B器件已成功完成在軌搭載驗(yàn)證，在軌運(yùn)行數(shù)據(jù)表明其在空間環(huán)境下的供電穩(wěn)定性、環(huán)境適應(yīng)性、抗輻照能力均達(dá)到工程應(yīng)用要求，且已實(shí)現(xiàn)批量在軌應(yīng)用。

7.2 未來(lái)展望

隨著商業(yè)航天向深空探測(cè)、高軌道衛(wèi)星、星間通信等領(lǐng)域的拓展，星上電源器件將面臨更高的輻射劑量、更寬的溫度范圍、更高的功率密度與更精細(xì)化的供電控制需求。未來(lái)ASP4644系列器件的優(yōu)化與發(fā)展方向可聚焦于三方面：一是進(jìn)一步提升抗輻照性能，通過(guò)工藝優(yōu)化與電路設(shè)計(jì)改進(jìn)，提高單粒子效應(yīng)閾值與總劑量耐受能力，滿足深空探測(cè)、高軌道衛(wèi)星的輻射環(huán)境要求；二是提升功率密度與集成度，在現(xiàn)有封裝基礎(chǔ)上優(yōu)化電路拓?fù)?，降低器件功耗與熱阻，實(shí)現(xiàn)更小體積、更大輸出功率的設(shè)計(jì)，適配衛(wèi)星平臺(tái)的小型化、高功能密度發(fā)展趨勢(shì)；三是拓展智能化功能，增加在軌遙測(cè)接口，實(shí)現(xiàn)輸出電壓、電流、溫度、輻射劑量等參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與故障預(yù)警，提升星上電源系統(tǒng)的可維護(hù)性與智能化水平。

ASP4644系列抗輻照四通道降壓穩(wěn)壓器的研發(fā)與在軌應(yīng)用，為商業(yè)衛(wèi)星通信處理模塊提供了高性能、高可靠、國(guó)產(chǎn)化的供電解決方案，其技術(shù)成果與工程經(jīng)驗(yàn)不僅推動(dòng)了商業(yè)航天電源系統(tǒng)的自主可控發(fā)展，也為車規(guī)、航空電子等軍民融合領(lǐng)域的高可靠性供電提供了參考，具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值與產(chǎn)業(yè)推廣意義。

審核編輯 黃宇