一、引言
随着全球商业航天产业的蓬勃发展，低轨遥感卫星星座已成为对地观测领域的重要技术形态。以美国Planet Labs公司的鸽群（Dove）星座和中国长光卫星公司的吉林一号星座为代表，低轨遥感卫星星座通过多颗卫星的协同组网，实现了对地球表面高频次、全覆盖的观测能力。在这一技术背景下，星载电子系统内部及星间通信链路的可靠性成为制约星座整体性能的关键瓶颈。控制器局域网（Controller Area Network, CAN）及其演进版本CANFD（CAN with Flexible Data-rate）凭借其高可靠性、实时性和抗干扰能力，已在汽车电子和工业控制领域获得广泛应用。近年来，随着抗辐射加固技术的进步，CANFD总线开始逐步进入航天应用领域，成为星载数据总线的重要技术选项之一。
本文围绕厦门国科安芯科技有限公司研制的ASM1042S2S型商业航天级CANFD收发器，系统梳理其电气特性、抗辐射性能及在轨验证情况，重点分析该器件在低轨商业遥感卫星星座星载通信系统中的适用性与技术优势，为商业航天载荷设计人员提供技术参考。
二、低轨遥感卫星星座对星载数据总线的技术需求
2.1 通信速率与实时性需求
低轨遥感卫星通常运行于距地面300至700公里的太阳同步轨道，轨道周期约为90至100分钟。为实现对特定目标区域的快速重访，单颗卫星需要在一圈内完成多景图像的采集、压缩、存储和下行传输。这一工作模式对星载电子系统内部的数据交换提出了严格的实时性要求。以单颗卫星搭载的多光谱相机、星敏、陀螺、GPS接收机、固态存储器及数传发射机为例，各载荷与星务计算机之间需要持续进行指令分发、状态遥测和科学数据的传输。传统的星载总线如MIL-STD-1553B虽然可靠性高，但通信速率仅为1Mbps，难以满足现代遥感卫星多载荷并行工作的数据吞吐需求。CANFD总线通过在数据段采用更高的波特率，可将有效数据速率提升至5Mbps，为星载多节点通信提供了更为充裕的带宽资源。
2.2 抗辐射性能需求
低轨卫星运行于近地空间环境，面临来自地球辐射带的高能质子、重离子以及太阳粒子事件（Solar Particle Event, SPE）的辐射威胁。根据NASA的AP-8和AE-8辐射带模型，在高度约500公里的极轨道区域，高能质子通量可达10⁶至10⁸ particles/(cm²·s)，重离子成分虽相对稀少，但因其高线性能量转移（Linear Energy Transfer, LET）特性，对半导体器件的单粒子效应（Single Event Effect, SEE）构成了显著威胁。对于星载通信接口芯片而言，总剂量效应（Total Ionizing Dose, TID）可能导致阈值电压漂移和漏电流增大，单粒子锁定（Single Event Latch-up, SEL）则可能引发灾难性的过电流损毁。因此，商业航天级CANFD收发器必须同时具备优异的抗TID和抗SEE性能，才能在低轨辐射环境中长期稳定工作。
2.3 温度适应性与电气鲁棒性需求
低轨卫星在轨运行期间，由于太阳辐照和地球阴影区的交替作用，星载电子设备的温度环境通常在-40℃至+85℃范围内波动，部分暴露于星表或散热条件较差的设备甚至可能经历-55℃至+125℃的极端温度。此外，卫星在发射阶段需要承受剧烈的振动和冲击，在轨期间则可能遭遇空间等离子体充放电引起的静电放电（Electrostatic Discharge, ESD）事件。因此，星载通信接口芯片必须具备宽温度工作范围、高ESD防护等级以及对总线异常电压的耐受能力。
三、ASM1042S2S型CANFD收发器的技术特性分析
3.1 基本电气性能
ASM1042S2S型CANFD收发器由厦门国科安芯科技有限公司研制，生产单位为北京国科环宇科技股份有限公司，采用VIS 0.15μm BCD工艺制造，封装形式为SOP8L，工作温度范围为-55℃至+125℃。该器件符合ISO 11898-2:2016和ISO 11898-5:2007物理层标准，并通过了AEC-Q100 Grade1车规级认证，具备从汽车电子向航天应用拓展的技术基础。
在通信性能方面，ASM1042S2S支持最高5Mbps的数据传输速率，实测典型环路延迟为128ns（隐性转显性）和127ns（显性转隐性）。这一参数对于保障CANFD协议中高速数据段的位定时裕量具有重要意义。在总线负载为60Ω条件下，实测显性输出电压差分值为2.531V至3.88V（取决于负载条件），隐性输出电压差分值为-0.022mV至12mV，输出电压对称性实测值为0.929至1.002 V/V，均满足ISO 11898-2标准规定的电气容限要求。
在功耗特性方面，实测正常模式显性状态下电源电流为44.7mA（典型负载条件）至48.6mA（高负载条件），隐性状态下仅为1.33mA，待机模式功耗低至0.1μA。这一低功耗特性对于功耗预算极为有限的CubeSat和微纳卫星平台尤为重要。器件还提供了VIO电源引脚，支持3.3V和5V两种逻辑电平接口，可直接与各类星载MCU和FPGA的I/O电平相匹配。
3.2 总线保护特性
ASM1042S2S在总线保护方面设计了多层次的防护机制。首先，器件的共模输入电压范围达到±30V，总线故障保护电压高达±70V，这意味着即使在总线出现严重共模偏移或短路到高压源的情况下，收发器仍能保持不被损坏。实测总线高压输入测试结果表明，在CANH和CANL分别施加±30V电压时，接收器输出状态仍保持正确判定。其次，器件具备IEC 61000-4-2标准下的±8kV接触放电ESD防护能力，人体模型（HBM）ESD防护等级为±6000V，充电器件模型（CDM）为±1500V，机械模型（MM）为±200V。此外，器件还集成了欠压保护（VCC欠压上升阈值为4.2V，下降阈值为3.8V）、过温关断保护和显性超时保护（超时时间为1.2ms至3.8ms）等功能，可有效防止因电源异常、热失控或软件故障导致的总线永久性占空。
3.3 多节点通信能力
在星载电子系统中，数据总线通常需要连接多个功能节点。ASM1042S2S的芯片测试报告中记录了25节点多节点通信测试的结果：在CANFD标准模式下，仲裁域波特率1Mbps，数据域波特率5Mbps，24个从节点各发送5000帧数据，总发送帧数达120000帧，错误帧数量为0。这一测试结果验证了该器件在复杂拓扑网络中的可靠通信能力，为其应用于星载多载荷综合电子系统提供了实验依据。
四、抗辐射性能试验与评估
4.1 总剂量效应（TID）试验
总剂量效应是评价半导体器件在空间辐射环境中长期工作能力的重要指标。ASM1042S2S的总剂量效应试验由北京中科芯试验空间科技有限公司承担，试验编号为ZKX-TID-TP-007。试验依据QJ 10004A-2018《宇航用半导体器件总剂量辐照试验方法》和GJB 548C-2023《微电子器件试验方法和程序》等标准开展。
试验采用钴60（⁶⁰Co）γ射线源作为辐照源，试验地点为北京大学技术物理系钴源平台。辐照剂量率设定为25 rad(Si)/s，首先对器件进行100 krad(Si)的总剂量辐照，随后增加0.5倍过辐照，使累积总剂量达到150 krad(Si)。试验过程中，样品施加3.3V静态偏置，在室温（24℃±6℃）环境下进行。辐照前后及退火过程中，对器件进行了完整的电参数测试和功能验证。
试验结果表明，经过150 krad(Si)总剂量辐照后，ASM1042S2S型CANFD收发器的各项电参数（包括显性/隐性输出电压、功耗、环路延迟等）仍在规格书规定的容限范围内。随后的168小时高温退火后，器件外观和电性能均保持合格。因此，该器件的抗总剂量辐照指标评定为大于150 krad(Si)。
4.2 单粒子效应（SEE）试验——重离子辐照
单粒子效应试验是评估器件对高能重离子辐射敏感性的关键手段。ASM1042S2S的重离子单粒子试验由中国科学院国家空间科学中心可靠性与环境试验中心承担，报告编号为2025FZ010。试验依据QJ 10005A-2018《宇航用半导体器件重离子单粒子效应试验指南》执行。
试验采用中国原子能科学研究院H-13串列加速器提供的⁷⁴Ge离子作为辐照源。离子能量为205 MeV，在硅中的LET值为37.4 MeV·cm²/mg，射程为30 μm。辐照总注量达到1×10⁷ ion/cm²，注量率为2.2×10⁴ ion/cm²/s，辐照面积为2cm×2cm。试验过程中，器件施加5V工作偏置，通过USB CANFD分析仪持续监测数据收发状态，并对工作电流进行实时监测。
试验结果表明，在LET值为37.4 MeV·cm²/mg的⁷⁴Ge离子辐照下，累计注量达到1×10⁷ ion/cm²后，ASM1042S2S型CANFD收发器未发生单粒子锁定（SEL）或单粒子翻转（SEU）现象。因此，器件的单粒子锁定阈值和单粒子翻转阈值均评定为大于37.4 MeV·cm²/mg。结合数据手册中给出的指标，该器件的SEL和SEU指标均达到不低于75 MeV·cm²/mg或10⁻⁵次/器件·天的商业航天等级要求。
4.3 单粒子效应（SEE）试验——质子辐照
为全面评估器件在低轨质子辐射环境中的抗单粒子效应能力，ASM1042S2S还进行了质子单粒子效应试验。该试验由北京中科芯试验空间科技有限公司承担，报告编号为2025-ZZ-BG-004，试验依据GJB 9397-2018《军用电子元器件中子辐射效应试验方法》和GB/T 32304《航天电子产品静电防护要求》等标准开展。
试验在中国原子能科学研究院的100 MeV质子回旋加速器上进行。质子能量为100 MeV，注量率为1×10⁷ protons/(cm²·s)，总注量达到1×10¹⁰ protons/cm²。试验环境温度为15℃至35℃，相对湿度为20%至80%。试验过程中对器件进行连续的数据收发功能监测。
试验结论表明，ASM1042S2S型CANFD器件在100 MeV质子、总注量1×10¹⁰ protons/cm²的辐照条件下，器件功能正常，未出现单粒子效应，判定为合格。这一结果对于评估器件在低轨质子为主辐射环境中的长期可靠性具有重要参考价值。
五、在轨验证与应用前景
5.1 在轨飞行验证
地面辐照试验虽然能够模拟空间辐射环境的主要特征，但真实的在轨飞行验证仍是评价航天器元器件可靠性的最高标准。ASM1042S2S型CANFD收发器已完成在轨飞行验证。根据长沙天仪空间科技研究院有限公司2025年7月1日出具的《ASM1042S2S芯片在轨应用证明》，该器件已在两颗商业遥感卫星上成功应用：地质遥感智能小卫星TY29"天仪29星"和光学遥感卫星TY35"天仪35星"，两颗卫星均于2025年5月发射入轨。
在轨运行期间，ASM1042S2S作为抗辐照CANFD接口芯片，以5Mbps的接口速率应用于卫星通信系统的数据传输。自2025年5月进入太空以来，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。这一在轨验证结果为该器件在商业遥感卫星领域的推广应用提供了直接的技术可信度支撑。
5.2 在低轨遥感卫星星座中的应用前景
综合上述技术特性和试验验证结果，ASM1042S2S型CANFD收发器在低轨商业遥感卫星星座中具有明确的应用价值和广阔的市场前景。首先，在单星层面，该器件可作为星务计算机与姿控、电源、热控、测控等分系统之间的通信接口，构建高可靠性的星载数据总线网络。其5Mbps的通信速率和25节点的多节点支持能力，能够满足微纳卫星和百公斤级小卫星综合电子系统的通信需求。其次，在星座层面，随着星间链路技术的发展，CANFD总线有望应用于邻近卫星之间的近距离通信，实现星座内部的协同控制和数据共享。最后，该器件与TJA1042、TCAN1042等国际主流产品的完全兼容性，降低了航天用户从传统工业级或汽车级方案向航天级方案升级的技术门槛。
六、结论
ASM1042S2S型CANFD收发器作为一款面向商业航天应用的国产抗辐射通信接口芯片，在电气性能、抗辐射性能和环境适应性方面均达到了较高的技术水平。该器件支持5Mbps CANFD通信，具备±70V总线故障保护和±8kV ESD防护能力，抗总剂量辐照指标大于150 krad(Si)，抗单粒子锁定和单粒子翻转阈值大于37.4 MeV·cm²/mg，并已在商业遥感卫星上完成在轨飞行验证。对于正在快速发展的中国低轨商业遥感卫星星座产业而言，ASM1042S2S提供了一种兼具性能、可靠性和成本优势的星载数据总线解决方案，有望在国内商业航天市场中获得广泛应用。
