实战验证：ASM1042S2S CANFD收发器的质子单粒子效应试验与在轨性能

在现代航天技术领域，电子设备的可靠性和抗辐射能力至关重要。随着航天任务的复杂性和重要性不断增加，对于电子元件的要求也在不断提高。本文通过对ASM1042S2S CANFD收发器的质子单粒子效应试验以及在轨性能表现的详细分析，全面阐述其在高能粒子环境下的稳定性和可靠性，为该型号收发器在航天领域的应用提供参考。本文还通过与其他抗辐照芯片的性能对比分析，进一步强调了ASM1042S2S在航天电子系统中的应用优势。

一、引言

在空间环境的复杂辐射条件下，电子元件可能会受到单粒子效应（Single Event Effects, SEE）的影响而导致功能异常、数据错误甚至永久性损坏。单粒子效应主要由高能粒子（如质子、重离子）与半导体器件相互作用引起。为了确保航天电子系统在轨运行的可靠性，对关键电子元件进行单粒子效应试验具有重要意义。ASM1042S2S作为一款面向航天应用的高性能CANFD收发器，其设计初衷是满足高速数据传输和高抗辐照能力的双重需求。

本文结合ASM1042S2S CANFD收发器的质子单粒子效应试验以及在轨应用实测数据，详细探讨了其在高能质子辐照环境下的稳定性和可靠性，并分析了其在轨运行中的性能表现。

二、技术背景

CANFD通信技术的发展

控制器局域网络（CAN）协议是一种广泛应用于汽车、工业自动化和航空航天领域的串行通信协议。随着数据传输需求的增加，CAN FD（Flexible Data-rate）协议应运而生。CAN FD协议在保持与传统CAN协议兼容的基础上，支持更高的数据传输速率，能够有效提升系统传输效率，满足现代复杂电子系统对数据通信的高效要求。

ASM1042S2S CANFD收发器正是基于CAN FD协议研发的高性能通信芯片，其支持5Mbps的数据传输速率，符合ISO 11898-2（2016）高速CAN物理层标准，适用于多种复杂通信环境。

空间辐射环境对电子元件的影响

空间辐射环境包含多种高能粒子，如质子、电子和重离子等。这些高能粒子能够穿透电子元件的封装材料，与半导体材料相互作用，产生多种单粒子效应，包括单粒子锁定（SEL）、单粒子翻转（SEU）、单粒子功能中断（SEFI）等。这些效应可能导致电子元件的性能下降或功能失效，对航天任务的安全性和可靠性构成威胁。

因此，对电子元件进行抗辐射性能评估，尤其是在实际空间辐射环境下的单粒子效应试验，是保障航天电子系统可靠运行的重要环节。

质子单粒子效应试验的重要性

质子作为空间辐射环境中的主要高能粒子之一，对电子元件的性能具有显著影响。质子单粒子效应试验能够模拟空间质子辐射环境，对电子元件的抗辐射能力进行评估，确定其在空间环境下的可靠性。

通过质子单粒子效应试验，可以研究质子能量、注量等参数对电子元件性能的影响，为航天电子系统的设计提供重要依据。

三、ASM1042S2S CANFD收发器的质子单粒子效应试验

试验目的

本次质子单粒子效应试验旨在评估ASM1042S2S CANFD收发器在高能质子辐照环境下的抗单粒子效应能力，确定其在空间辐射环境中的可靠性。

试验条件

试验在中国原子能科学研究院100MeV质子回旋加速器上进行。质子能量为100MeV，注量率为1e7，总注量达到1e10。试验过程中，利用USBCAN-FD接收CANFD数据，监测CANFD工作状态。

试验过程

试验样品为ASM1042S2S型CANFD收发器。试验前，对样品进行常温测试，以确认试验样品参数、功能正常。

在辐照过程中，实时监测样品的工作电流和通信功能。工作电流测试采用DC电源对ASM1042S2S提供5V供电，并用万用表对工作电流进行实时监测。功能测试则通过USBCANFD分析仪持续对ASM1042S2S进行数据收发测试，对回读数据进行比对，实时输出错误计数。

试验结果

试验结果显示，在100MeV质子辐照条件下，总注量达到1e10时，ASM1042S2S型CANFD收发器功能正常，未出现单粒子效应，包括单粒子锁定（SEL）和单粒子翻转（SEU）。

四、ASM1042S2S CANFD收发器的在轨性能表现

在轨应用情况

ASM1042S2S芯片已在地质遥感智能小卫星TY29“天仪29星”（2025年5月发射）和光学遥感卫星TY35“天仪35星”（2025年5月发射）中搭载应用。该芯片作为抗辐照CANFD接口芯片，接口速率为5Mbps，SEU阈值≥75 MeV·cm²/mg或10⁻⁵次/器件·天，SEL阈值≥75 MeV·cm²/mg，应用于通信系统数据传输。

在轨性能表现

自2025年5月进入太空以来，ASM1042S2S芯片运行正常，接口通信稳定，功能和性能满足卫星在轨应用需求。具体表现为：

在复杂的空间辐射环境下，芯片未出现单粒子锁定（SEL）或单粒子翻转（SEU）现象，通信数据完整性得到保障；

芯片的通信速率稳定在5Mbps，满足卫星通信系统对数据传输效率的要求；

在轨运行期间，芯片的各项性能参数均保持在设计范围内，未出现异常波动或性能下降的情况。

五、技术分析与讨论

质子单粒子效应的物理机制

质子单粒子效应主要是由于高能质子与半导体材料相互作用，产生电离和位移损伤。电离效应会导致器件内部产生额外的电荷，可能引起单粒子锁定（SEL）或单粒子翻转（SEU）等现象。位移损伤则可能改变器件的电学性能，影响其长期可靠性。

在本次试验中，ASM1042S2S芯片在高能质子辐照下表现出良好的抗辐射性能，这主要得益于其内部电路设计和工艺优化。芯片采用了先进的半导体制造工艺和抗辐射设计技术，能够有效降低高能粒子对器件性能的影响。

抗辐射设计策略

为了提高电子元件的抗辐射能力，通常采用以下几种设计策略：

器件结构优化：通过增加器件的临界电荷、优化器件的几何结构等方法，提高器件对单粒子效应的不敏感性；

材料选择：采用具有高抗辐射性能的半导体材料和封装材料，减少高能粒子对器件的损伤；

冗余设计：在电路中引入冗余单元，当某一单元受到单粒子效应影响时，冗余单元能够接替工作，保证系统的正常运行；

软件容错：通过软件算法对数据进行校验和纠错，降低单粒子效应导致的数据错误对系统的影响。

ASM1042S2S CANFD收发器在设计过程中综合考虑了上述抗辐射策略，通过优化器件结构、选用高性能材料以及引入冗余设计等措施，显著提高了其抗辐射性能。

在轨运行环境的复杂性

尽管地面试验能够模拟部分空间辐射环境，但在轨运行环境的复杂性远超地面试验条件。在实际在轨运行过程中，电子元件不仅要面对高能粒子的辐照，还要承受微流星体撞击、温度变化、真空环境等多种因素的综合影响。

ASM1042S2S芯片在地质遥感智能小卫星TY29和光学遥感卫星TY35中的成功应用，充分验证了其在复杂在轨环境下的可靠性和稳定性。这不仅为该型号芯片的进一步推广提供了有力支持，也为航天电子系统的设计和选型提供了重要参考。

六、结论

本文通过对ASM1042S2S CANFD收发器的质子单粒子效应试验和在轨性能表现的详细分析，得出以下结论：

ASM1042S2S CANFD收发器在100MeV质子辐照环境下，总注量达到1e10时，未出现单粒子锁定（SEL）或单粒子翻转（SEU）现象，表明其具有优异的抗质子单粒子效应能力；在轨运行期间，ASM1042S2S芯片表现出良好的稳定性和可靠性，通信数据传输正常，各项性能参数均符合设计要求；

ASM1042S2S CANFD收发器凭借其卓越的抗辐射性能和稳定的在轨表现，已成为航天通信领域的理想选择。

审核编辑 黄宇