代码收藏家技术教程 2025-01-08

低成本抗辐照MCU控制板

在低轨航天器的外太空运行中，由于地磁偏角，在南大西洋靠近巴西的上方形成了一个反常区（SAA, south Atlantic Anomaly），在SAA这个区域，地磁场高度下降导致捕获质子带下降，从而导致低轨道航天器受到地球捕获质子带的辐照影响。同时预计10年后地球卫星数量将达到10万颗，卫星数量的急剧增加也加大了出问题的概率，出问题后的清理等成本很高，也让大家对低轨卫星安全可靠性提出更高要求。目前越来越多的低轨卫星厂家提出抗辐照芯片需求，现有抗辐照MCU、DCDC等芯片成本比较高，传统高端宇航级抗辐照芯片价格在几万元人民币，对于商业航天来说无法接受该价格。多家商业航天公司在积极寻找调研一系列满足商业航天场景的芯片，该系列芯片既能满足商业航天抗辐照安全要求，价格又比传统宇航芯片显著便宜。

为了有效应对低轨航天器在外太空运行中可能遇到的单粒子效应（SEU）等挑战，国科环宇设计了一款50mm×50mm最小MCU控制板，该系统是为了在恶劣的太空环境中保持稳定运行而设计的。该系统采用高性能、高可靠性的主控芯片AS32S601，搭配ASP3605和ASP4644电源管理芯片，以及ASM1042作为通信接口，确保了系统的稳定和可靠。

图1 系统框架图

图2：控制板原理图

图3：控制板原理图

该MCU控制板主要芯片有MCU处理芯片AS32S601、CANFD通信芯片ASM1042、DCDC电源芯片ASP4644和ASP3605，以上芯片完全自主可控并采用先进抗辐照加固工艺，以下是各芯片简介。

AS32S601是国科环宇研制的一款基于RISC-V架构MCU芯片，具有完全自主可控、高安全、接口丰富等特点。支持双核锁步架构，支持RV32IMAFDC或者RV32G指令集，主频高达180MHz，支持CANFD、以太网、PWM、ADC、ACMP、DAC等接口。通过AEC-Q100车规认证，满足ASIL-B功能安全等级，芯片设计、生产、封装、测试、认证等全流程国产化并提供国产化证明。采用先进抗辐照加固设计，可应用于商业航天、军工等高安全需求场景。

性能参数 l 内核：32位 RISC-V双核锁步内核	产品特点 l 抗辐照：
l 指令集：支持RV32IMAFDC或RV32G指令集	TID≥100krad(Si)
l 主频：180MHz	SEU≥75Mev.cm2/mg or 10^(-5) times/device.day
l 存储：2MB Flash（ECC）、512KB SRAM（EC C）	SEL≥75Mev.cm2/mg
l 接口：CANFD、MIL-STD-1553B、以太网、 LIN、 ADC、DAC等	l 功能安全等级：ASIL-B
l 供电：2.7V~5.5V单电源供电 l 工作温度：-55℃~125℃	l 车规认证：AEC-Q100 l 国产化证明：广五所国产化证明

ASP3605S是国科环宇研制的一款DCDC电源芯片，具有高效率、低纹波、大电流等特点。ASP3605S典型效率86.48%，常用场景纹波范围4.17mV~10.67mV，输出电流4A，该芯片支持4V~15V的输入电压，输出电压范围为0.6V~5.5V。ASP3605S采用先进抗辐照工艺设计，可应用于商业航天、军工等高安全需求场景。通过AEC-Q100车规认证，芯片设计、流片、生产、封装、测试等全流程国产化并提供国产化证明，和LTC3605完全兼容。


性能参数 l 高效率：典型效率86.48%	产品特点 l 抗辐照：
l 低纹波：4.17mV~10.67mV l 大电流：4A	SEU≥75Mev.cm2/mg or 10^(-5) times/device.day SEL≥75Mev.cm2/mg
l 宽电压：输入4V~15V，输出0.6V~5.5V l 小体积：4mm*4mm	l 车规认证：AEC-Q100 l 国产化证明：广五所国产化证明
l 工作温度：-55℃~125℃

ASP4644S是国科环宇研制的一款DCDC电源芯片，具有高效率、低纹波、大电流等特点。ASP4644S典型效率86.48%，常用场景纹波范围4.17mV~10.67mV，单路输出电流4A，并联四路输出电流高达16A，该芯片支持4V~14V的输入电压，输出电压范围为0.6V~5.5V，外部仅需输入和输出电容，节约布板空间。ASP4644S采用先进抗辐照工艺设计，可应用于商业航天、军工等高安全需求场景。通过AEC-Q100车规认证，芯片设计、流片、生产、封装、测试等全流程国产化并提供国产化证明，和LTM4644完全兼容。


性能参数 l 高效率：典型效率86.48%	产品特点 l 抗辐照：
l 低纹波：4.17mV～10.67mV	SEU≥75Mev.cm2/mg or 10^(-5) times/device.day
l 大电流：单路4A，4路16A l 宽电压：输入4V~15V，输出0.6V~5.5V	SEL≥75Mev.cm2/mg l 车规认证：AEC-Q100
l 小体积：9mm15mm4.46mm	l 国产化证明：广五所国产化证明
l 工作温度：-55℃～125℃

ASM1042S是国科环宇研制的一款CANFD通信接口芯片，具有高速率、高耐压、IO兼容性强等特点。ASM1042S速率达5Mbps，共模输入电压±30V，总线故障保护电压±70V，支持3.3V和5V MCU IO接口。ASM1042S采用先进抗辐照加固设计，可应用于商业航天、军工等高安全应用场景。通过AEC-Q100车规认证，芯片设计、生产、封装、测试等全流程国产化并提供国产化证明并，和TJA1042、TCAN1042完全兼容。

性能参数 l 高效率：5Mbps	产品特点 l 抗辐照：
l 高耐压：	SEU≥75Mev.cm2/mg or 10^(-5) times/device.day
共模输入电压±30V 总线故障保护电压±70V	SEL≥75Mev.cm2/mg l 车规认证：AEC-Q100
l IO接口：兼容3.3V和5V MCU IO电平	l 国产化证明：广五所国产化证明
l 低功耗：支持唤醒和低功耗待机模式
l 工作温度：-55℃~125℃

图4 MCU控制板仿真图（尺寸50mm*50mm）

功能/特点	描述
主控芯片	AS32S601（RISC-V双核锁步架构，180MHz主频）
存储	2MB Flash（ECC）、 512KB SRAM（ECC）
抗辐照指标	TID≥100krad(Si) SEU≥75Mev.cm2/mg or 10^(-5) times/device.day SEL≥75Mev.cm2/mg
GPIO口	36
通信接口	2路UART 1路SPI总线 2路IIC总线 1路LIN总线 1路以太网总线
通信接口芯片	ASM1042S（5Mbps速率，共模输入电压±30V，总线故障保护电压±70V）
模拟接口	10路ADC（12bit）/2 路DAC（8bit）
电源	12V~5.5V单电源供电、典型功耗400mw
工作温度范围	-55℃~125℃
输出电源	3.3V（4A）、2.5V（4A）、1.2V（4A）、1.0V（4A）
产品尺寸	50mm×50mm