在太空环境中,宇宙辐射会对电子器件造成损坏。微电子器件中的数字和模拟集成电路会受到单粒子效应(SEE)的影响进而发生软错误或硬故障,常见的单粒子效应包括单粒子翻转和单粒子闩锁,这些辐射效应会影响空间电子元器件。因此,针对复杂的太空环境开发抗辐照加固技术一直是芯片领域的核心课题。除了在太空中的电子器件会发生单粒子效应,地面器件也会由于大气中子效应发生软错误。
CAN接口芯片作为在汽车、航天通信系统中广泛应用的芯片,对系统的稳定工作起到重要的作用。由于系统中需要大量CAN接口进行通信,一旦CAN芯片发生单粒子翻转,会严重影响整个系统的正常工作。CAN是由博世公司提出的一种用于汽车及其他领域的串行通信协议。随着汽车、工业自动化和航天等领域的发展,CAN总线上的设备和数据量都大大增加,给CAN总线带来极大的挑战。因此,CANFD应运而生。CANFD收发器作为连接和通信多个子系统的重要模块,其应用极为广泛。CANFD收发器的主要作用包括提高通信速度、支持低功耗模式以及提供强大的通信和数据管理能力。
CANFD芯片此前主要来自恩智浦、英飞凌、德州仪器和博世等国外厂商。近几年,国产CANFD芯片也在创新突破,目前包括芯力特、纳芯微、国科安芯等公司都有一些自主创新的CANFD收发器产品。其中,国科安芯研发设计的一款CANFD芯片ASM1042,速率可达5Mbps,接口兼容3.3V和5V,总线耐压可达-70V至+70V,接收器共模输入电压可达-30V至+30V,该芯片拥有多种系统保护和诊断功能,同时采取软错误加固技术,安全性显著提高。该芯片采用符合车规认定的标准进行设计,可在宇航、汽车、机器人、工业等场景中广泛应用。
图:国科安芯CANFD芯片ASM1042
CANFD芯片内部的逻辑控制电路和低功耗唤醒电路受单粒子效应影响最为严重,当逻辑控制电路受到单粒子翻转影响时,其内部控制信号将出现翻转,总线端数据将会出现异常,从而影响整个系统的正常工作;当低功耗唤醒电路受单粒子翻转影响时,系统将无法对CANFD芯片进行低功耗唤醒,从而导致丢失重要传输信息。国科安芯推出了ASM1042 CANFD芯片,采用对芯片物理层抗辐照加固的方法,大大增强CANFD芯片的抗辐照能力,可有效预防单粒子效应对芯片的影响。
目前,国内外鲜有抗辐照功能的CANFD芯片。国科安芯针对该情况设计的ASM1042与国外先进的CANFD芯片进行辐照实验对比。通过激光模拟的方式,在发送通信、接收通信和低功耗唤醒功能测试等方面进行了对比测试。在通信实验时,国外先进的CANFD芯片在LET阈值为25MeV/cm2·mg的激光照射下工作,芯片功能异常,通信中断;在LET阈值为37MeV/cm2·mg的激光照射下工作,发生单粒子闩锁,烧毁芯片。而ASM1042在LET阈值为100MeV/cm2·mg的激光照射下,仍能保持正常通信,且工作电流无变化。通过对比实验表明,ASM1042芯片具有较为优秀的抗辐照能力。
ASM1042和国外先进的CANFD芯片抗辐照性能对比: