在現代航天技術領域，電子設備的可靠性和抗輻射能力至關重要。隨著航天任務的復雜性和重要性不斷增加，對于電子元件的要求也在不斷提高。本文通過對ASM1042S2S CANFD收發器的質子單粒子效應試驗以及在軌性能表現的詳細分析，全面闡述其在高能粒子環境下的穩定性和可靠性，為該型號收發器在航天領域的應用提供參考。本文還通過與其他抗輻照芯片的性能對比分析，進一步強調了ASM1042S2S在航天電子系統中的應用優勢。

一、引言

在空間環境的復雜輻射條件下，電子元件可能會受到單粒子效應（Single Event Effects, SEE）的影響而導致功能異常、數據錯誤甚至永久性損壞。單粒子效應主要由高能粒子（如質子、重離子）與半導體器件相互作用引起。為了確保航天電子系統在軌運行的可靠性，對關鍵電子元件進行單粒子效應試驗具有重要意義。ASM1042S2S作為一款面向航天應用的高性能CANFD收發器，其設計初衷是滿足高速數據傳輸和高抗輻照能力的雙重需求。

本文結合ASM1042S2S CANFD收發器的質子單粒子效應試驗以及在軌應用實測數據，詳細探討了其在高能質子輻照環境下的穩定性和可靠性，并分析了其在軌運行中的性能表現。

二、技術背景

CANFD通信技術的發展

控制器局域網絡（CAN）協議是一種廣泛應用于汽車、工業自動化和航空航天領域的串行通信協議。隨著數據傳輸需求的增加，CAN FD（Flexible Data-rate）協議應運而生。CAN FD協議在保持與傳統CAN協議兼容的基礎上，支持更高的數據傳輸速率，能夠有效提升系統傳輸效率，滿足現代復雜電子系統對數據通信的高效要求。

ASM1042S2S CANFD收發器正是基于CAN FD協議研發的高性能通信芯片，其支持5Mbps的數據傳輸速率，符合ISO 11898-2（2016）高速CAN物理層標準，適用于多種復雜通信環境。

空間輻射環境對電子元件的影響

空間輻射環境包含多種高能粒子，如質子、電子和重離子等。這些高能粒子能夠穿透電子元件的封裝材料，與半導體材料相互作用，產生多種單粒子效應，包括單粒子鎖定（SEL）、單粒子翻轉（SEU）、單粒子功能中斷（SEFI）等。這些效應可能導致電子元件的性能下降或功能失效，對航天任務的安全性和可靠性構成威脅。

因此，對電子元件進行抗輻射性能評估，尤其是在實際空間輻射環境下的單粒子效應試驗，是保障航天電子系統可靠運行的重要環節。

質子單粒子效應試驗的重要性

質子作為空間輻射環境中的主要高能粒子之一，對電子元件的性能具有顯著影響。質子單粒子效應試驗能夠模擬空間質子輻射環境，對電子元件的抗輻射能力進行評估，確定其在空間環境下的可靠性。

通過質子單粒子效應試驗，可以研究質子能量、注量等參數對電子元件性能的影響，為航天電子系統的設計提供重要依據。

三、ASM1042S2S CANFD收發器的質子單粒子效應試驗

試驗目的

本次質子單粒子效應試驗旨在評估ASM1042S2S CANFD收發器在高能質子輻照環境下的抗單粒子效應能力，確定其在空間輻射環境中的可靠性。

試驗條件

試驗在中國原子能科學研究院100MeV質子回旋加速器上進行。質子能量為100MeV，注量率為1e7，總注量達到1e10。試驗過程中，利用USBCAN-FD接收CANFD數據，監測CANFD工作狀態。

試驗過程

試驗樣品為ASM1042S2S型CANFD收發器。試驗前，對樣品進行常溫測試，以確認試驗樣品參數、功能正常。

在輻照過程中，實時監測樣品的工作電流和通信功能。工作電流測試采用DC電源對ASM1042S2S提供5V供電，并用萬用表對工作電流進行實時監測。功能測試則通過USBCANFD分析儀持續對ASM1042S2S進行數據收發測試，對回讀數據進行比對，實時輸出錯誤計數。

試驗結果

試驗結果顯示，在100MeV質子輻照條件下，總注量達到1e10時，ASM1042S2S型CANFD收發器功能正常，未出現單粒子效應，包括單粒子鎖定（SEL）和單粒子翻轉（SEU）。

四、ASM1042S2S CANFD收發器的在軌性能表現

在軌應用情況

ASM1042S2S芯片已在地質遙感智能小衛星TY29“天儀29星”（2025年5月發射）和光學遙感衛星TY35“天儀35星”（2025年5月發射）中搭載應用。該芯片作為抗輻照CANFD接口芯片，接口速率為5Mbps，SEU閾值≥75 MeV·cm2/mg或10??次/器件·天，SEL閾值≥75 MeV·cm2/mg，應用于通信系統數據傳輸。

在軌性能表現

自2025年5月進入太空以來，ASM1042S2S芯片運行正常，接口通信穩定，功能和性能滿足衛星在軌應用需求。具體表現為：

在復雜的空間輻射環境下，芯片未出現單粒子鎖定（SEL）或單粒子翻轉（SEU）現象，通信數據完整性得到保障；

芯片的通信速率穩定在5Mbps，滿足衛星通信系統對數據傳輸效率的要求；

在軌運行期間，芯片的各項性能參數均保持在設計范圍內，未出現異常波動或性能下降的情況。

五、技術分析與討論

質子單粒子效應的物理機制

質子單粒子效應主要是由于高能質子與半導體材料相互作用，產生電離和位移損傷。電離效應會導致器件內部產生額外的電荷，可能引起單粒子鎖定（SEL）或單粒子翻轉（SEU）等現象。位移損傷則可能改變器件的電學性能，影響其長期可靠性。

在本次試驗中，ASM1042S2S芯片在高能質子輻照下表現出良好的抗輻射性能，這主要得益于其內部電路設計和工藝優化。芯片采用了先進的半導體制造工藝和抗輻射設計技術，能夠有效降低高能粒子對器件性能的影響。

抗輻射設計策略

為了提高電子元件的抗輻射能力，通常采用以下幾種設計策略：

器件結構優化：通過增加器件的臨界電荷、優化器件的幾何結構等方法，提高器件對單粒子效應的不敏感性；

材料選擇：采用具有高抗輻射性能的半導體材料和封裝材料，減少高能粒子對器件的損傷；

冗余設計：在電路中引入冗余單元，當某一單元受到單粒子效應影響時，冗余單元能夠接替工作，保證系統的正常運行；

軟件容錯：通過軟件算法對數據進行校驗和糾錯，降低單粒子效應導致的數據錯誤對系統的影響。

ASM1042S2S CANFD收發器在設計過程中綜合考慮了上述抗輻射策略，通過優化器件結構、選用高性能材料以及引入冗余設計等措施，顯著提高了其抗輻射性能。

在軌運行環境的復雜性

盡管地面試驗能夠模擬部分空間輻射環境，但在軌運行環境的復雜性遠超地面試驗條件。在實際在軌運行過程中，電子元件不僅要面對高能粒子的輻照，還要承受微流星體撞擊、溫度變化、真空環境等多種因素的綜合影響。

ASM1042S2S芯片在地質遙感智能小衛星TY29和光學遙感衛星TY35中的成功應用，充分驗證了其在復雜在軌環境下的可靠性和穩定性。這不僅為該型號芯片的進一步推廣提供了有力支持，也為航天電子系統的設計和選型提供了重要參考。

六、結論

本文通過對ASM1042S2S CANFD收發器的質子單粒子效應試驗和在軌性能表現的詳細分析，得出以下結論：

ASM1042S2S CANFD收發器在100MeV質子輻照環境下，總注量達到1e10時，未出現單粒子鎖定（SEL）或單粒子翻轉（SEU）現象，表明其具有優異的抗質子單粒子效應能力；在軌運行期間，ASM1042S2S芯片表現出良好的穩定性和可靠性，通信數據傳輸正常，各項性能參數均符合設計要求；

ASM1042S2S CANFD收發器憑借其卓越的抗輻射性能和穩定的在軌表現，已成為航天通信領域的理想選擇。

審核編輯 黃宇