衛星有效載荷儀器執行的通信和成像功能變得越來越復雜。他們需要收集大量的遙測數據，以確保安全可靠的衛星運行。

遙測是一項多方面的功能。除了監測衛星的健康狀況外，它還檢測故障，幫助在出現問題時將衛星與地面站隔離和恢復，并允許衛星自主控制有效載荷儀器的加載。這反過來又有助于功耗和散熱，這對于避免過載和保持衛星壽命至關重要。

傳統上，遙測數據記錄是使用多個電路卡完成的，這些電路卡耗電且包含許多分立元件。通過利用抗輻射混合信號集成電路的最新進展，這些I/O卡的組件數量及其消耗的面積和功耗都可以顯著減少。

減少電路板空間利用率的直接好處在木衛三激光高度計（GALA）等應用中可見一斑，GALA是正在測試用于歐洲航天局（ESA）木星冰月球探測器（JUICE）任務的科學儀器之一，計劃于2022年發射。該高度計系統將通過計算激光束到達表面、反射并返回儀器內的望遠鏡所需的時間，測量航天器與木星冰冷衛星木衛三、木衛二和木衛二表面的距離。激光高度計系統供應商Hensoldt Optronics選擇LX7730遙測控制器來處理儀器數據，包括溫度、電壓和電源電流。LX7730占地面積小，可在多個閉環控制中發揮作用，這對于以低電磁干擾（EMI）水平進行精確的激光操作是必要的。定期校準程序可減少溫度和壽命相關的漂移，并確保采集的數字化值具有所需的精度。

分立式解決方案的局限性和缺點

大型電路卡（通常稱為 I/O 卡）裝有分立元件，如模擬多路復用器、模數轉換器、電流驅動器和基準電壓源，可捕獲遙測數據。這些組件捕獲不同的數據，包括電壓水平和電流消耗、溫度、機械應變、壓力和磁場強度，這些都是監控有效載荷健康狀況的基本參數。這些 I/O 卡通常非常大，在每個有效載荷設備內部占用 12 到 18 平方英寸的寶貴空間。數字通道選擇器是用于通信應用、成像或雷達應用的信號處理系統的復雜有效載荷，并且通常基于機箱，需要多個 I/O 卡進行遙測。遙測 I/O 卡消耗大量電力并產生熱量，這大大增加了有效載荷設備的物料清單成本。此外，圍繞分立器件設計的電路卡不靈活或可配置。

減少組件數量提高可靠性

抗輻射混合信號IC技術的最新進展導致更好的集成，最大限度地減少了元件數量，從而減少了這些I/O卡占用的面積。多路復用器、放大器、濾波器、ADC和DAC等功能以前可以通過小規模集成和分立元件實現，現在可以封裝在一個IC中。由于電路板空間的大幅減少，現在可以讀取和處理與傳感器持續監控的關鍵衛星參數有關的數據。這種集成為衛星制造商帶來了雙重好處，即由于組件更少，并且減少了篩選、測試和鑒定這些眾多組件所需的時間和成本，從而提高了可靠性，因為現在只需一個 IC 即可完成這項工作。美高森美的LX7730遙測控制器就是這種進步的一個例子。它將這些功能集成到緊湊的 132 引腳密封陶瓷或 208 引腳塑料四方扁平封裝中，并且符合 QML 標準，適用于最苛刻的空間應用通常需要的 Q 類和 V 類流量。

混合信號和數字伴侶IC

FPGA，例如RTG4，可用于每個有效載荷以進行遙測處理;首先從混合信號遙測采集IC讀取遙測數據，其次使用來自混合信號設備的數據執行處理和決策的雙重功能，第三使用現行命令總線協議向衛星中央計算機報告健康狀況。FPGA通常用于實現標準航天器控制總線，如Mil Std 1553、SpaceWire和CAN總線，以及衛星集成商專有的非標準總線協議。

使用高度集成的IC和FPGA，可以實現完整的遙測收集系統。該系統可以通過美高森美的六傳感器演示進行演示，該演示利用該公司的RTG4 FPGA通過SPI連接到LX7730遙測控制器。控制器 IC 從與其連接的小型傳感器網絡獲取數據，并通過 GUI 在筆記本電腦屏幕上顯示測量值。FPGA 將 SPI 幀的地址、數據和讀/寫位發送到 IC，IC 將 ADC 數據返回給 FPGA。最后， FPGA 對 ADC 輸出 應用 必要的 縮放， 并 通過 UART 將 縮放 后 的 數據 發送 到 GUI。

尺寸、重量和可靠性

最新的遙測收集解決方案大大簡化了數據記錄任務，并釋放了主處理器用于其他任務。同時，混合信號功能的高度集成大大降低了遙測記錄子系統的整體尺寸和重量，同時提高了可靠性，從而滿足了當今衛星系統的三個關鍵要求。

審核編輯：郭婷