耐辐射产品系列如何应对近地轨道应用中的挑战

作者：德州仪器

新兴的新太空领域更令人兴奋的一件事是发射大量近地轨道 (LEO) 卫星，这些卫星体积较小且经济可行，同时还具有抗辐射性和可靠性，增强了世界范围内的通信和连接。在以前的卫星领域，大多数任务都在距地球高达 22,236 英里的地球同步轨道上执行，并且预计持续时间超过 10 年，与之不同的是，LEO 卫星的轨道距离地球更近，不超过 1,300 英里。由于这些卫星相对容易更换，因此其工作寿命通常不到七年。

在符合严格预算并保持竞争力的情况下，LEO 卫星电子设计所面临的主要挑战是：
•        使用更小、集成度更高的元件来减小电路板尺寸。
•        为短周期设计找到交货周期短的器件。
•        使用能承受太空恶劣条件的电子元件。

对于刚进入航天领域的设计人员而言，航天领域具有陆地产品无法解决的特定挑战，其中包括：
•        辐射性能。
•        商用现成 (COTS) 器件中典型的控制工艺和材料变化。
•        卫星绕地球运转时，由于温度波动剧烈，因此会产生热循环。
•        未密封塑料封装的释气。

TI 的航天 EP 认证流程攻克了上述挑战，因此无需再使用高风险和资源密集型升级筛选方法（之前偶尔使用）。升级筛选是在数据表规格之外的条件下对器件进行电气或环境测试的做法。虽然升级筛选有助于对航天器件性能进行分类，但仍有许多风险，如果在不完全了解器件的“配方”及其测试向量的情况下进行升级筛选，则可能会导致现场故障和卫星将在任务执行期间正常运行的错误安全感。

抗辐射塑料器件如何降低风险

利用 TI 的经认证航天产品，设计人员和器件工程师能够设计和验证其电路板，而无需考虑卫星在 LEO 航天环境中的具体注意事项。航天 EP 产品无需考虑的部分注意事项包括：
•        受控基线流程。对于每款航天 EP 器件，TI 都在一个制造工厂、组装场所和测试场所制造完成，以便减少各工厂在材料组合、辐射耐受性和电气规格方面的差异。
•        辐射批次验收测试。航天 EP 器件经过测试，至少确保每个晶圆批次的电离辐射总剂量 (TID) 为 20krad (Si)（对于能够满足更高 TID 额定量的器件，测试额定值更高），从而消除了任何批次间的辐射差异风险。这些器件在认证期间通常具有高达 30krad (Si) 至 50krad (Si) 的 TID，可实现额外的辐射性能。（对于需要更高级别 TID 性能的项目，TI 以前的 QMLV 航天产品的额定值通常为 100krad(Si) 或更高。）
•        金线。航天 EP 器件仅使用金键合线，从而消除了铜在更严格的容差要求下可能发生的键合完整性和可靠性问题。
•        无锡须风险。由于太空中的恶劣条件，即使使用保形涂层，也要考虑锡须问题。为避免这种风险，航天 EP 产品不使用锡含量高的端子。相反，涂层采用的是镍-钯-金或 63% 锡/37% 铅。
•        工作温度范围。航天环境通常要求 -55°C 至 125°C 的温度容差。将航天 EP 器件限定在该温度范围内之后，就无需为工作温度范围进行升级筛选，否则会使 TI 的保修失效并可能损坏飞行中使用的器件。
•        恶劣环境资质认证。航天 EP 产品接受特定于航天环境的补充认证流程，如更严格的高加速应力测试、对每个器件和增强材料组合的温度循环测试，以便满足 NASA 牵头的美国材料与试验协会 E-495 释气规格要求。

加快产品推出时间表

凭借 TI 航天 EP 器件的质量和可靠性，设计人员能够更快地开发和验证新设计。在 TI.com 上的器件产品文件夹中，我们提供了针对 LEO 要求优化器件的所有辐射数据以及释气数据和可靠性报告。使用我们的详细报告可以节省大量成本，因为在 LEO 卫星应用中使用 COTS 产品时，会在辐射测试、升级筛选和易生不良品分析方面投入大量费用。
我们的报告包括：
•        针对 TID 的辐射报告，包括 30krad (Si) 至 50krad (Si) 的特性数据和 20krad (Si) 至 50krad (Si) 的耐辐射加固保障数据
•        针对单粒子效应的辐射报告，43MeVcm2/mg 的单粒子锁定数据以及电源管理产品额外的破坏性单粒子和单粒子瞬变特性。
•        释气和可靠性报告，提供有关产品流程、可靠性数据、可追溯性和释气测试的信息。该报告中的信息有助于加快电路板认证并减少对外部认证工作的需求，从而更大限度地降低选择新产品时所面临的风险，并使您确信器件从一开始就可以正常工作。

表 1 列出了完整的航天 EP 器件产品组合。

表 1：已发布的航天 EP 器件

      产品  资源  立即从 TI store  订购
  TPS7H4010-SEP 3.5V 至 32V 6A 同步降压转换器  数据表  TPS7H4010MRNPSEP
    TPS7H4010MRNPTSEP
  辐射报告  　
  TPS7H4003-SEP 3V 至 7V 18A 同步降压转换器  数据表  TPS7H4003MDDWSEP
    TPS7H4003MDDWTSEP
  辐射报告  　
  TPS73801-SEP 1A 低噪声和快速瞬态响应 LDO  数据表  TPS73801MDCQPSEP
    TPS73801MDCQTPSEP
  辐射报告  　
  TPS7H1210-SEP 1A 低噪声、小外形尺寸负电压线性稳压器  数据表  TPS7H1210MRGWSEP
    TPS7H1210MRGWTSEP
  辐射报告  　
  TPS7H2221-SEP  5.5V 1.25A 小外形尺寸负载开关  数据表  PTPS7H2221MDCKTSEP
  
  辐射报告
  TPS7H5005-SEP 具有同步整流功能的抗辐射、2MHz、双输出 PWM 控制器  数据表  TPS7H5005MPWSEP
  
  辐射报告
  TPS7H5006-SEP 具有同步整流和死区时间设置功能的抗辐射 2MHz PWM 控制器  数据表  TPS7H5006MPWSEP
  
  辐射报告
  TPS7H5007-SEP 具有同步整流功能的抗辐射 2MHz PWM 控制器  数据表  TPS7H5007MPWSEP
  
  辐射报告
  TPS7H5008-SEP 抗辐射、2MHz、双输出 PWM 控制器  数据表  TPS7H5008MPWSEP
  
  辐射报告
  TL7700-SEP 40V 电源电压监测器  数据表  TL7700CMPWPSEP
    TL7700CMPWTPSEP
  辐射报告  　
  ADC128S102-SEP 八通道、50kSPS 至 1MSPS、12 位模数转换器 (ADC)  数据表  ADC128S102PWTSEP
  
  辐射报告即将发布
  LMX2694-SEP 15GHz 宽带 PLLatinum  数据表  LMX2694SRTCTSEP
  file:///C:/Users/sanlang/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.gif  
       射频合成器   
      
  　  辐射报告
  INA240-SEP 具有增强型 PWM 抑制功能的 80V 低侧/高侧、电流检测放大器  数据表  INA240PMPWPSEP
    INA240PMPWTPSEP
  辐射报告  　
  OPA4H014-SEP 耐辐射四路 11MHz 低噪声精密 RRIO JFET 放大器  数据表  OPA4H014PWSEP
    OPA4H014PWTSEP
  辐射报告即将发布  　
  LMH5485-SEP 采用航天级增强型塑料的抗辐射、850MHz 全差分放大器  数据表  PLMH5485DGKSEP
  
  辐射报告即将发布
  TLV1704-SEP 2.2V 至 36V 4 通道比较器  数据表  TLV1704AMPWPSEP
    TLV1704AMPWTPSEP
  辐射报告  　
  SN55HVD233-SEP 采用增强型航天塑料封装且具有待机模式的 3.3V CAN 收发器  数据表  SN55HVD233MDTPSEP
  
  辐射报告
  SN65C1168E-SEP RS-422 双路差分驱动器和接收器  数据表  SN65C1168EMPWSEP
    SN65C1168EMPWTSEP
  辐射报告  　
  ISOS141-SEP 100Mbps 抗辐射、四通道、3/1 数字隔离器  数据表  ISOS141FDBQSEP
    ISOS141FDBQTSEP
  辐射报告  　

太空的恶劣环境要求提高可靠性水平，以确保系统的安全。使用我们的航天 EP 器件产品组合，在下次发射任务中节省时间并降低风险。

其他资源


[*]阅读“TI 航天产品指南”，了解新发布的航天产品
[*]阅读应用手册以了解有关 TI 航天 EP 认证的更多信息：“借助增强型航天塑料产品降低近地轨道任务的风险”