在我們的產業裏麵
，有這樣一條“隱蔽的戰線”
，他們不喧囂，不折騰
，不開領袖峰會，也不上高峰論壇，表麵上他們過著與普通人無異的“油鹽醬粗柴”生活，可誰能知道背後的故事：為了航天事業，他們“獻了青春獻子孫”。他們從大山裏走出來，他們心裏裝的仍然是維係“國家安全”“航天事業”這樣的大事。從“天宮二號”、“神舟十一號”到這次的“天舟一號“，一個個看起來不起眼的半導體元器件，組成了堅不可摧的航天器係統的“萬裏長城”，這些宇航級元器件就是他們生命的意義。

01“天舟一號”發射：國產化芯片功不可沒

對於中國這次“天舟一號”的發射，俄羅斯《航空全景》雜誌主編謝爾蓋.費裏科夫這樣描述：“中國正在走蘇聯走過的路，但（中國飛船的）機載設備要好得多
，所采用的數字化技術在無人航天和載人航天領域有很大前景……duiyuyuzhoukongjiancunzaidedianlifushewenti，ruguozhongguozhangwolezhezhongkekaoxingxinpianjishu，jiukeyishidianzishebeimianshouzhezhongdianlifushedepohuai
，keyishuozhezhongweixinpianjiegoushizhongguohangtianxiangqianmaichuyidabudezhuyaogongchen。”

謝爾蓋.feilikefutidaodekangfushejishu
，shihangtianlingyuxinpianshejizhongshizhongraobuguodeyidaonanti。shouxian
，yuhangjiyuanqijianyuzaidaqicengshiyongdehuanjingbutong。zaitaikonghuanjingzhong
，wutidewenduqujueyutaiyangguangzhao，youyumeiyoukongqisanre
，shouguangmianhebeiguangmianwenchafeichangda。yiguidaogaoduwei300至400km的軌道的溫度為例
，受光麵溫度約為150℃，背光麵溫度約為-127℃，溫差約為300℃。

在太空環境中，宇宙輻射是不可避免的
，而宇宙輻射恰恰會對芯片造成損壞。半導體器件中的數字和模擬集成電路的輻射效應一般分為：

總劑量效應（TID）

單粒子效應（SEE）

劑量率效應（Dose Rate）

總劑量效應源於由γ光子
、質子和中子照射所引發的氧化層電荷陷阱或位移破壞，包括漏電流增加、MOSFET閾值漂移
，以及雙極晶體管的增益衰減。

單粒子效應是由輻射環境中的高能粒子（質子、中子、α粒子和其他重離子）轟擊微電子電路的敏感區引發的。在ｐ-ｎ結兩端產生電荷的單粒子效應，可引發軟誤差、電路閉鎖或元件燒毀。SEE中的單粒子翻轉會導致電路節點的邏輯狀態發生翻轉。

劑量率效應是由甚高速率的γ或Ｘ射線，在極短時間內作用於電路
，並在整個電路內產生光電流引發的，可導致閉鎖
、燒毀和軌電壓坍塌等破壞。

上述情況都會導致芯片損毀。

正因為如此
，商業級、工業級、軍品級
、宇航級芯片有著不同標準。由於各種測試非常多，數據指標也非常細，這裏僅就工作溫度做區別：

商業級芯片的工作溫度為0℃～70℃。

工業級芯片的工作溫度為-40℃～85℃。

軍品級芯片的工作溫度為-55℃～125℃。

宇航級芯片不僅在工作溫度上有著不亞於軍品級芯片的水準，而且還有抗輻射等方麵的要求。

02抗輻射電路：助力“天舟一號”鳳翥鸞翔

長(chang)期(qi)以(yi)來(lai)抗(kang)輻(fu)射(she)電(dian)路(lu)一(yi)直(zhi)是(shi)航(hang)天(tian)人(ren)力(li)爭(zheng)攻(gong)克(ke)的(de)目(mu)標(biao)之(zhi)一(yi)。這(zhe)種(zhong)抗(kang)輻(fu)射(she)電(dian)路(lu)由(you)於(yu)國(guo)外(wai)長(chang)期(qi)的(de)禁(jin)運(yun)
，隻(zhi)能(neng)做(zuo)到(dao)自(zi)力(li)更(geng)生(sheng)依(yi)靠(kao)自(zi)己(ji)。我(wo)國(guo)在(zai)抗(kang)輻(fu)射(she)電(dian)路(lu)技(ji)術(shu)研(yan)發(fa)上(shang)投(tou)入(ru)了(le)大(da)量(liang)資(zi)金(jin)，並(bing)取(qu)得(de)了(le)不(bu)小(xiao)的(de)進(jin)步(bu)。可(ke)以(yi)說(shuo)
，這(zhe)次(ci)“天舟一號”飛船發射的功臣之一就是抗輻射電路。

抗(kang)輻(fu)射(she)加(jia)固(gu)技(ji)術(shu)，主(zhu)要(yao)有(you)設(she)計(ji)和(he)工(gong)藝(yi)兩(liang)種(zhong)加(jia)固(gu)技(ji)術(shu)。采(cai)用(yong)那(na)一(yi)種(zhong)需(xu)要(yao)根(gen)據(ju)實(shi)際(ji)情(qing)況(kuang)

，有(you)時(shi)候(hou)也(ye)會(hui)組(zu)合(he)使(shi)用(yong)。從(cong)廣(guang)義(yi)上(shang)講(jiang)
，抗(kang)輻(fu)射(she)加(jia)固(gu)設(she)計(ji)包(bao)括(kuo)材(cai)料(liao)設(she)計(ji)
、係統設計、結構設計、電路設計
、器件設計、封裝設計
、軟件設計等。從狹義上講，一般是指在電路設計和版圖設計上采用一些減輕電離輻射破壞的方法。

從係統、結構、電路、器件級的設計技術方麵進行抗輻射加固設計一般采用以下方式：

一是采用多級別冗餘的方法減輕輻射破壞，這些級別分為元件級、板級、係統級和飛行器級。

二是采用冗餘或加倍結構元件（如三模塊冗餘）的邏輯電路設計方法，即投票電路根據最少兩位的投票確定輸出邏輯。

三是采用電路設計和版圖設計以減輕電離輻射破壞的方法。即采用隔離、補償或校正、去耦、抗閂鎖等電路技術，以及摻雜阱和隔離槽芯片布局設計。

四是加入誤差檢測和校正電路，或者自修複和自重構功能。

此外，使用加固模擬／混合信號IP技術和SIGE加固設計技術也是提升芯片抗輻射能力的有效途徑。

抗(kang)輻(fu)射(she)電(dian)路(lu)加(jia)固(gu)專(zhuan)用(yong)工(gong)藝(yi)越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)地(di)與(yu)加(jia)固(gu)設(she)計(ji)結(jie)合(he)使(shi)用(yong)。因(yin)為(wei)抗(kang)輻(fu)射(she)加(jia)固(gu)工(gong)藝(yi)技(ji)術(shu)具(ju)有(you)非(fei)常(chang)高(gao)的(de)專(zhuan)業(ye)化(hua)屬(shu)性(xing)和(he)高(gao)複(fu)雜(za)性(xing)
，因(yin)此(ci)隻(zhi)有(you)少(shao)數(shu)幾(ji)個(ge)廠(chang)家(jia)能(neng)夠(gou)掌(zhang)握(wo)該(gai)項(xiang)技(ji)術(shu)。例(li)如(ru)，單(dan)粒(li)子(zi)加(jia)固(gu)的(de)SOI工藝和SOS工藝，總劑量加固的小幾何尺寸CMOS工藝，IBM的45nm SOI工藝，Honeywell的50nm工藝，以及BAE外延CMOS工藝等。

03“天舟一號”國產化芯片大閱兵

1、航天第九研究院：1553B總線控製芯片

1553Bzongxianshimeiguojunfangzhuanweifeixingshebeizhidingdeyizhongxinxichuanshuzongxianbiaozhun
，meigeguojiagenjubenguodeqingkuang，kecankaogaibiaozhunzhidingchuzijidezongxianxieyi。zhegexitongdehexinxinpianjiushizongxiankongzhixinpian，tadezhuyaogongnengshiduichuliqidesuoyoufangwenjizongxianshangdesuoyoushujushishishishijiankong，shikongzhixitongzaibuxiugaifeixingchengxukongzhiliuchengdeqingkuangxiahuodegengduoyuanshishuju，jishifaxianxitongzhongcunzaidewentiheyinhuan，weixitongdeguzhangdingweitigongpanduanyiju。

由於國外的對華先進設備禁運，1553B芯片的空缺嚴重製約我國航天業發展。因此，研究研製具有高可靠性的抗輻射1553B數據總線接口芯片具有重要意義。十多年前
，筆者在原老東家航天771所就曾參加過1553B芯片（CMOS工藝）的研製工作，同時當時的電子部、航空工業部也都開展了1553B芯片的預研工作，可謂“三駕馬車”意欲攻克一個目標。幾年前
，筆者又從航天772所獲悉這個芯片的國產化終於取得了重要進展，宇航級抗輻射性能也取得了突破。這次“天舟一號”使用的1553B總線係統
，1553B芯片的國產化理應位列頭功。

2、航天九院772研究所：微處理器／智能通用刷新控製電路

航天九院772研究所研製的多款關鍵核心元器件被用在了“天舟一號”上

，其中一款微處理器芯片，負責接收地麵命令、處理載荷數據、管理控製姿態，它的核心地位和複雜性使它堪稱體現我國宇航級元器件水平的代表。

第一代智能通用刷新控製電路
，也是772所為此次發射配套研製的一款高可靠性抗輻射刷新控製電路。除此之外
，772所研製的多款型號器件也被用在了“天舟一號”，這些國產化的電路在型號上的應用，有效保證了核心宇航器件的自主可控。

3、中科芯（58所）：電子控製係統核心芯片

中科芯（58所）研發的兩款核心芯片
，主要用於“天舟一號”的電子控製係統，用來控製飛船動作，“無論捕捉、緩衝還是拉近，都可以使飛船做到毫厘不差“，中科芯的工程師介紹說。“天舟一號”電子控製係統就像飛船的大腦和神經，這兩款芯片就像“神經網絡”，發出無數條支線數據命令
，連接飛船各個“器官”間的數據通信，控製飛船完成各種高難度動作。

4、中國電科：全新自主“神經係統”傳感器

這次“天舟一號”使用了中國電子科技集團研製的10餘種70多隻自主研發的傳感器。如果把控製係統芯片比作“大腦”
，這些傳感器芯片就是飛船的“神經元”。這些全部國產的傳感器，實現了核心器件的自主可控。傳感器種類覆蓋了壓力、溫度、濕度、氧氣、二氧化碳

、離子感煙、差定溫等，可實現環境檢測與控製及飛行姿態調整。

5、西安電子科技大學／航天五院：首顆宇航級高速圖像壓縮芯片

在隨“神舟一號”升空的“快遞包裹”中，有一顆肩負對地觀測任務的科學實驗衛星“絲路一號”01星，該星搭載了一顆我國自主研製的首顆宇航級高速圖像壓縮芯片。這顆冠名“雅芯－天圖“的圖像處理芯片是航天五院513所與西安電子科技大學密切協作，經過4年多的努力，攻克了高效圖像壓縮算法
、高速並行硬件架構、抗輻照設計等多項關鍵技術，終於研製成功我國第一顆航天級圖像壓縮芯片。

這顆芯片的背景是國家十二五支持的重大專項。項目於2015年1月通過驗收，一年多時間就進入到航天實戰應用
，不能不說是一個奇跡。

6
、中國電科43所：DC／DC電源管理

中國電科43所為此次“天舟一號“發射的運載係統和飛船係統配套研製了多款電源管理產品。其中包括天舟飛船使用的六大係列22個品種的DC／DC電源模塊。43所的工程師形容它們的特點有“三最”：係列化程度最高、品種數最多
、功率覆蓋最全。這些電源管理產品將航天器母線電壓提升了近4倍，有效提升了飛船的載荷能力和供電總效率。