Microchip Technology 宣布推出屬于其空間系統(tǒng)管理器 (SSM) 產(chǎn)品系列的抗輻射混合信號(hào)電機(jī)控制器。在太空任務(wù)中，空間和重量總是具有挑戰(zhàn)性。借助這款新產(chǎn)品，Microchip 通過提供新的 LX7720 控制器來增強(qiáng)其產(chǎn)品組合。新型 LX7720 為多軸指向機(jī)構(gòu)和光學(xué)元件的精確運(yùn)動(dòng)控制提供機(jī)器人控制解決方案。它減少了外部組件的數(shù)量，減少了對(duì)空間環(huán)境有害的電勢(shì)。同時(shí)，BOM 的減少也減輕了設(shè)備的重量，這在太空任務(wù)中一直是個(gè)問題。LX7720 提供四個(gè)半橋 N 通道金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (MOSFET) 驅(qū)動(dòng)器、四個(gè)浮動(dòng)差分電流傳感器、

空間環(huán)境

太陽(yáng)風(fēng)、宇宙射線和范艾倫的波段對(duì)電子電路進(jìn)行了測(cè)試。這些輻射主要由電子、質(zhì)子、中微子、正電子、光子等具有電離能力的粒子組成，能夠破壞原子間的共價(jià)鍵。

由于電離，場(chǎng)效應(yīng)晶體管（例如 MOSFET）和雙極結(jié)型晶體管 (BJT) 都會(huì)在晶體管中發(fā)生損壞。在 MOSFET 的情況下，電離是由影響二氧化硅（絕緣層）的帶電粒子引起的；它通過將電子-空穴對(duì)引導(dǎo)到氧化物-硅界面來誘導(dǎo)電子-空穴對(duì)的斷裂，在那里它會(huì)產(chǎn)生“陷阱”狀態(tài)，從而減少有效載流子的數(shù)量，從而降低晶體管的閾值電壓。相反，在 BJT 中，這些粒子會(huì)增加基極電流，因此會(huì)降低整體增益。

每個(gè)單粒子效應(yīng) (SEE) 背后的機(jī)制包括粒子通過后設(shè)備敏感區(qū)域中的電荷積累。一列直徑從幾百納米到幾微米的電子-空穴對(duì)通過半導(dǎo)體器件中的哥倫比亞相互作用沿路徑釋放。根據(jù)幾個(gè)因素，粒子可能會(huì)導(dǎo)致不可觀察的影響、微處理器電路操作的瞬態(tài)干擾、邏輯狀態(tài)的變化（SEU、SEL）或?qū)υO(shè)備或集成電路（SEGR、SEBO）的永久性損壞。

近年來，多種因素的變化共同降低了進(jìn)入太空的成本。微型低地球軌道 (LEO) 衛(wèi)星為各種科學(xué)任務(wù)提供了有用的數(shù)據(jù)。

太空中的電子系統(tǒng)必須承受極端溫度和相關(guān)的熱循環(huán)，這會(huì)使集成電路及其封裝承受機(jī)械應(yīng)力。然而，與傳統(tǒng)的“太空定制”組件相比，新型太空塑料集成電路可以為較低高度的任務(wù)提供成本和尺寸優(yōu)勢(shì)。

運(yùn)動(dòng)控制

航天器依靠電動(dòng)機(jī)來實(shí)現(xiàn)姿態(tài)控制、展開機(jī)制和超精細(xì)運(yùn)動(dòng)等重要功能。在這些應(yīng)用中，電動(dòng)機(jī)必須在高真空、輻射和高工作溫度環(huán)境中具有較長(zhǎng)的使用壽命和高可靠性。

可以使用永磁同步電機(jī) (PMSM) 和微步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)不需要 PMSM 實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)定向或其他控制系統(tǒng)所需的計(jì)算密集型 PI 控制回路，但加速/減速和絕對(duì)扭矩性能較差。

在空間應(yīng)用中，需要最高級(jí)別的可靠性，因?yàn)槌四承┕ぷ鳁l件外，衛(wèi)星發(fā)射后無法進(jìn)行維修或重新校準(zhǔn)。通過對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行數(shù)字控制，可以實(shí)施復(fù)雜的故障檢測(cè)算法，以優(yōu)化性能，從而優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。通過數(shù)字控制，可以最大限度地減少衛(wèi)星太陽(yáng)能電池板產(chǎn)生的能量消耗或存儲(chǔ)在其電池中的能量。

Microchip 重點(diǎn)介紹了 LX7720 如何與高達(dá) 40 kHz PWM 的傳統(tǒng) NMOS 電機(jī)驅(qū)動(dòng)晶體管和 12 位球場(chǎng)中的電機(jī)電流測(cè)量一起工作（使用 sigma-delta ADC，在延遲和精度之間存在直接的權(quán)衡）。隨著 FPGA 以越來越高的頻率運(yùn)行（Microchip 的 RT PolarFire ? FPGA 的數(shù)學(xué)模塊運(yùn)行頻率高達(dá) 450 MHz），頻率也隨之上升以提高精度。使用 GaN FET 作為功率晶體管，可以使用 GHz+ 時(shí)鐘實(shí)現(xiàn) 200 kHz+ 范圍內(nèi)的 PWM，以實(shí)現(xiàn) 12 位+ 精度。

航天器電子工程師喜歡在驅(qū)動(dòng)端實(shí)施高側(cè)電流檢測(cè)電阻器并測(cè)量輸入/輸出每個(gè)繞組的雙向電流，這是一種低成本且緊湊的方法，在 180°C 溫度范圍內(nèi)運(yùn)行時(shí)不會(huì)出現(xiàn)任何問題。這要求 LX7720 包含浮動(dòng)差分放大器來測(cè)量感應(yīng)電壓，并且與無刷直流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)同樣有效。其他電流感應(yīng)技術(shù)（例如感應(yīng)變壓器）也很好，因?yàn)槟罱K需要獲取電壓。

圖 1：帶有 LX7720 的典型電機(jī)驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)（來源：Microchip）

衛(wèi)星和其他空間儀器系統(tǒng)包含許多用于發(fā)動(dòng)機(jī)控制的應(yīng)用。這些應(yīng)用包括精確控制也用于科學(xué)研究的鏡子和透鏡的運(yùn)動(dòng)。通過旋轉(zhuǎn)和位置檢測(cè)，LX7720 為無刷直流電機(jī) (BLDC)、永磁同步電機(jī) (PMSM) 和其他最常用于太空的電機(jī)提供電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和線性執(zhí)行器的伺服控制。LX7720 已通過 MIL-PRF-38535 V 類和 Q 類認(rèn)證。LX7720 可提供高達(dá) 100 krad 的 TID（總電離劑量）和高達(dá) 50 krad 的最低單事件暴露率（ELDRS，增強(qiáng)型低劑量率敏感度）的輻射耐受性。

審核編輯：湯梓紅