【導讀】由(you)於(yu)執(zhi)行(xing)太(tai)空(kong)飛(fei)行(xing)任(ren)務(wu)的(de)衛(wei)星(xing)一(yi)旦(dan)發(fa)射(she)就(jiu)無(wu)法(fa)接(jie)觸(chu)
，因(yin)此(ci)獲(huo)取(qu)準(zhun)確(que)的(de)遙(yao)測(ce)數(shu)據(ju)以(yi)監(jian)測(ce)衛(wei)星(xing)子(zi)係(xi)統(tong)的(de)運(yun)行(xing)狀(zhuang)態(tai)有(you)助(zhu)於(yu)設(she)定(ding)指(zhi)示(shi)係(xi)統(tong)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)的(de)基(ji)線(xian)

，而(er)波(bo)動(dong)則(ze)可(ke)能(neng)指(zhi)示(shi)發(fa)生(sheng)故(gu)障(zhang)。例(li)如(ru)，射(she)頻(pin)功(gong)率(lv)放(fang)大(da)器(qi)和(he)熱(re)電(dian)冷(leng)卻(que)器(qi)就(jiu)是(shi)需(xu)要(yao)準(zhun)確(que)監(jian)測(ce)電(dian)壓(ya)、溫(wen)度(du)和(he)電(dian)流(liu)的(de)兩(liang)個(ge)敏(min)感(gan)器(qi)件(jian)。在(zai)這(zhe)兩(liang)個(ge)應(ying)用(yong)中(zhong)，性(xing)能(neng)會(hui)隨(sui)溫(wen)度(du)和(he)輻(fu)射(she)效(xiao)應(ying)而(er)波(bo)動(dong)，並(bing)且(qie)需(xu)要(yao)調(tiao)整(zheng)施(shi)加(jia)的(de)電(dian)壓(ya)和(he)電(dian)流(liu)以(yi)確(que)保(bao)高(gao)效(xiao)和(he)安(an)全(quan)的(de)運(yun)行(xing)。遙(yao)測(ce)電(dian)路(lu)會(hui)監(jian)測(ce)關(guan)鍵(jian)的(de)係(xi)統(tong)電(dian)源(yuan)軌(gui)和(he)元(yuan)件(jian)

，也(ye)收(shou)集(ji)性(xing)能(neng)數(shu)據(ju)（這些數據對現在和未來的衛星設計都很有價值）並相應地調整係統設置。

遙測電路（如圖1所示）最重要的模塊是檢測電源軌和溫度的模擬前端(AFE)
、用於分析數據的主處理器和調整不同係統參數所需的輸出信號。

圖1.遙測電路方框圖：AFE（綠色）
、處理（紅色）和輸出信號（藍色）

AFE電壓、電流和溫度檢測

AFE監測遙測電路的三個重要值：電壓、電流和溫度。為了測量和分析這些值，使用模數轉換器(ADC)將這些值數字化並發送到處理器。ADC128S102QML-SP是AFE的理想選擇，因為該器件具有準確測量電壓、電流和溫度所必需的12位分辨率和高達1MSPS的采樣速率（ADC128S102QML-SP在太空飛行領域中已使用10多年）
，同時具有2.3mW至10.7mW的低功耗（分別使用3V和5V電源）。不過，ADC前麵還有其他必要的元件來確保正常運行，具體取決於ADC監測的三個值。

衛星係統中的電壓最高可達40V，包括負電壓軌。這些高電壓軌可能會損壞檢測ADC，因此使用緩衝和衰減級來降低電壓並保護ADC。電阻分壓器首先對電壓進行分壓
，使其處於ADC的輸入範圍內。然後，設計人員可以使用LMP7704-SP等運算放大器作為緩衝器，以確保信號具有足夠的驅動強度。LMP7704-SP還具有2.5MHz的良好增益帶寬，並且具有軌至軌輸入和輸出，這意味著對精度的影響很小，同時可以更大程度地擴展ADC的滿量程範圍。同時使用電阻分壓器與LMP7704-SP時，您可以采用40V偏置軌等電源軌，並縮小電壓範圍。例如，在使用10:1電阻分壓器時，40V輸入對應於緩衝器的4V輸出。

電流檢測可以確定任何敏感電源軌上的故障，並標記需要關斷電源軌（以防止損壞現場可編程門陣列(FPGA)或數據轉換器）的de主zhu處chu理li器qi。采cai集ji的de電dian流liu數shu據ju可ke幫bang助zhu確que定ding係xi統tong中zhong的de器qi件jian是shi否fou消xiao耗hao了le比bi預yu期qi更geng大da的de電dian流liu，超chao過guo預yu期qi電dian流liu表biao明ming可ke能neng存cun在zai輻fu射she引yin起qi的de鎖suo定ding。憑ping借jie其qi寬kuan帶dai寬kuan
，INA901-SP電流檢測放大器可以提供精確的電流測量
，以幫助設置電源軌的基線，同時還能在發生短路等突發故障時迅速做出反應。

器件或電路板的溫度測量可以幫助確定元件是否正常工作。過熱可能是FPGA或電源模塊過載的關鍵指標，過載會縮短器件的運行時間。其他器件（如射頻功率放大器）對溫度波動很敏感，需要適當的電壓調整來抵消溫度變化。為了測量這些溫度
，TMP461-SP數字輸出溫度傳感器可以提供本地和遠程溫度檢測，監測敏感器件（例如FPGA和高速數據轉換器）的內部集成溫度二極管。除了檢測這些二極管之外，TMP461-SP還包含一個內部傳感器，可以測量其在電路板上的位置的溫度。如果將該器件放置在其他敏感器件（如射頻功率放大器）旁邊，則TMP461-SP能夠監測這些器件的溫度。

處理遙測數據：FPGA與MCU

要處理AFE數據並控製衛星中的遙測電路
，可使用兩種器件：FPGA或微控製器(MCU)。典型的遙測電路使用FPGA來實現遙測數據的通信和處理
，幾乎可以獨立運行，而且不需要與係統的其他器件進行通信。FPGA支持AFE的更多通道輸入、快速數據轉換以及基於數據輸入的複雜決策。不過，大多數航天級FPGA具有較大的封裝尺寸，並且在要求超小尺寸和功耗的應用中具有高功耗。

混合信號MCU（例如MSP430FR5969-SP）是一個很好的替代方案，可幫助減少用於遙測電路的FPGA資源和引腳，同時為遙測電路提供相同的功能
，例如數據處理、電源時序控製和脈寬調製輸出。MSP430FR5969-SP還具有集成的鐵電隨機存取存儲器(FRAM)，與雙數據速率等傳統存儲器類型相比
，這種存儲器往往能更有效地抵抗輻射的影響。

係統重新校準

從係統讀取測量值之後，遙測電路可以調整不同的係統功能，以通過係統重新校準來保持最佳運行狀態。

如果主處理器確定存在故障

，則主處理器可以關斷元件或切換其工作模式。對於要求更精確的控製和驅動強度的應用
，DAC121S101QML-SP等外部數模轉換器可以精確地調整射頻功率放大器等係統元件的偏置。

結語

TI的(de)航(hang)天(tian)級(ji)模(mo)擬(ni)和(he)嵌(qian)入(ru)式(shi)處(chu)理(li)產(chan)品(pin)係(xi)列(lie)為(wei)遙(yao)測(ce)電(dian)路(lu)提(ti)供(gong)緊(jin)湊(cou)和(he)低(di)功(gong)耗(hao)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)
，可(ke)實(shi)現(xian)整(zheng)個(ge)係(xi)統(tong)所(suo)需(xu)的(de)測(ce)量(liang)精(jing)度(du)和(he)性(xing)能(neng)，以(yi)確(que)保(bao)整(zheng)個(ge)任(ren)務(wu)的(de)順(shun)利(li)執(zhi)行(xing)。

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