KOMPONENTER/HI-REL Kstoråmlimnegrsctoiellelreante komponenter Rumindustrien har gennemgået fundamentale ændringer i løbet af de seneste år. Over de kommende år vil private selskaber sende i tusindvis af satellitter op i rummet med forventede levetider på fem år med henblik på at skabe næste generation af netværkskommunikation. Det er noget helt andet end fortidens geostationære GPS- og globale kommunikationssatellitter eller rumforskningssonder med længere levetid – og derfor skal der også bruges billigere, strålingstolerante komponenter Af Eli Kawam, teknisk marketingchef for Aerospace & Defense Group, Microchip Technology Behovet for store satellitkon- stellationer er krævende for de komponenter, der skal op- fylde målene for pålidelighed og langsigtet forsyning med priser svarende til kommer- cielle produkter. Kvalificering af produkter til rummet behø- ver tests på alle trin fra wafer niveau og die til de endelige kapslede komponenter. En fuld QML-kvalificeringsproces kræver hundredvis af tests over store temperaturområ- der med detaljerede rappor- ter og fuld sporbarhed. En så- dan proces kan koste millioner af dollars til et marked, der kun vil købe nogle få tusinde kom- ponenter årligt. De højt spe- cialiserede processer egner sig derfor kun til deep space- applikationer og missioner til andre planeter. Det er meget forskelligt fra de såkaldte COTS-produkter (Commercial Off-the-Shelf), der med senere space-op- graderinger kan tilføjes i det endelige design på det tids- punkt, hvor et givent space design skal sættes i produk- tion. Deep space-komponen- ter svarer lidt til automotivt kvalificerede komponenter med et udvidet temperatur- område, men ikke mange tå- ler de temperaturer i rummet, som spænder mellem -55 og +125°C. Det største problem ved brug af COTS-komponen- ter er dog ikke desto mindre ydelsen under påvirkning af strålingen i rummet. Strålin- gen er ofte ukendt eller svag, men kan også føre til destruk- tive events, som ville være ka- tastrofale for missionen. Microchip har ret unikt COTS- produkter med en strålingsto- lerant udbygning, så en række produkter begynder som COTS-klassificerede, men kan siden opgraderes til rumkvali- ficerede versioner i plast- eller keramiske huse med styrket strålingshærdning. Det er en tids- og priseffektiv metode, som er en god hjælp til desig- nere af rumapplikationer. Ud over et øget temperatur- område skal systemer til brug i rummet også beskyttes mod fejl, som skyldes stråling, de såkaldte SEU (Single Event Up- sets – eller latch-up errors). De førende rumdesigns er bygget med strålingstolerante pro- cesser og med komponenter, der har en indbygget redun- dans for at sikre den højeste grad af pålidelighed. Kompo- nenter med såkaldt Radiation Hardened By Design (RHBD) arkitektur bruger en kreds- løbsredundans og strålingsto- lerante elementer for at sikre ydelsen i rummet i mange år fremover. Selv om fokus er på den høje pålidelighed og strålingsydel- se for missioner af længere varighed, så er Microchip klar over, at den tilgang ikke er påkrævet i større volumener i designs som Low Earth Orbit (LEO) satellitter og Cube-Sats. En reduktion af designet og tests til et niveau, der passer til applikationen, kan godt give den pålidelighed og beskyt- telse mod SEU, som matcher apparatet og giver adgang til et større udvalg af komponen- ter. Komponenter kan kvali- ficeres til et sub-QML-niveau som i den nye QML Series 300 afhængigt af applikationens krav, pris og tidspres. Konstruktion af kommer- cielle komponenter med en strålingstolerant proces med sub-QML-kvalificering og et strålingstolerant plasthus kan godt levere det fornødne niveau af pålidelighed i et projekt til en mere attraktiv pris og med et større udbud af komponenter til rådighed. Med en COTS-to-radiation- tolerant proces letter man sin designcyklus og rammer bedre målene for et givent de- signprogram. Ethernet-transceivere i rummet Ethernet-kommunikations- protokollen bliver stadig mere udbredt i rumfartøjer, hvilket letter fortrådning og højere datarater samt kompatibilitet mellem satellitter og andre rumfartøjer. Med flere Ether- net-applikationer i rummet øges også behovet for strå- lingstolerante komponenter. VSC8541RT er markedets før- ste rumkvalificerede Ethernet- transceiver med et strålingsto- lerant design baseret på en COTS-løsning. VSC8541RT har en pålidelig ydelse i applikationer, der spænder fra opsendelsesfar- tøjer til satellitkonstellationer og rumstationer. Microchips COTS-baserede strålingstolerante komponen- ter tåler forhøjede strålingsni- veauer. Microchip fremstiller disse komponenter med et yderst pålideligt kvalitetsflow samt et valg mellem plast- og keramikhuse med det samme pin-out som tilsvarende in- dustrielle komponenttyper. På den måde kan designere påbegynde implementering med COTS-komponenter, før de overgår til rumkvalificere- de komponenter, hvilket i høj grad reducerer udviklingsti- den – og prisen. VSC8541RT-transceiveren er en enkeltports Gigabit Ether- net kobber-PHY med GMII-, RGMII-, MII- og RMII-inter- faces. Strålingsydelsen er ve- rificeret og dokumenteret i en detaljeret rapport. VSC8541RT er latch-up immun op til LETeff = 78 MeV-cm 2 / mg ved 125°C. TID er testet op til 100krad. Ved at bruge den samme strålingstolerante die og kapsling kan man få VSC8540RT-transceiveren, der har en (begrænset) 100Mbps bitrate i enten plast- eller ke- ramisk kvalificerede versioner. De strålingstolerante Ether- net-transceivere har en in- tegreret sideterminering, der sparer plads på printet og mindsker støjen med en bedre systemydelse. Desuden eliminerer en integreret RGMII timing-kompensering beho- vet for on-board delay-linjer. Microchips EcoEthernet v2.0-teknologi supporterer IEEE 802.3az Energy-Efficient Ethernet (EEE) og har energi- besparende funktioner base- ret på en link-status og kabel- længde, ligesom VSC8541RT optimerer forbruget for alle link-styrede hastigheder. En Wake-on-LAN (WoL) power management-mekanisme kan bringe PHY ud i en low-power status med brug af såkaldte dedikerede ”masiske” pakker. Fast link failure (FLF) indika- tion i åbne netværk identifi- cerer en link-fejl, når den op- træder på mindre end ét milli- sekund, hvilket er langt bedre end specifikationerne i IEEE 802.3-standardkravene om 750ms ±10ms (link master). Potentielle link-fejl events kan moniteres mere fleksibelt med brug af en forbedret FLF2 state machine, der går ud over FLF-indikationen ved at mu- liggøre signalering af det link, der er ved at gå ned, inden for 10µs. Komponenten inkluderer recovered-clock output for Synchronous Ethernet appli- kationer samt en program- mérbar clock squelch-kontrol for at forhindre uønskede clocks i at udbredes og for at forhindre timing-loops. Ring- Resiliency tillader en PHY- port at skifte mellem master og slave timing-referencer uden link-drop i 1000BASE-T- tilstand. Mikrocontrollere i rummet Ved at anvende den samme COTS-to-radiation-tolerante opgraderingsproces kan Microchip tilbyde en række mikrocontroller-løsninger lige fra 8-bit AVR til 32-bit Arm til support af rumap- plikationer. De strålingsto- lerante SAMV71Q21RT Arm Cortex-M7- og SAM3X8ERT Arm Cortex-M3-controllere leverer høje tal for Dhrystone MIPS (DMIPS) med support af et bredt udsnit af kommuni- kations-interfaces inklusive Ethernet og CAN FD. Arm Cortex-M7 SoC-arkitektu- ren er udbredt inden for auto- motive applikationer med SAMV71Q21. SAMV71Q21RT er allerede tilgængelig til rumfor- mål med den latch-up immu- ne og 30krad TID-strålingsto- lerante version, og Microchip leverer med Arm Cortex-M7 en unik skalérbar løsning til rummarkedet. Ved at opgra- dere sine oprindelige COTS- designs til et strålingshærdet niveau med et specifikt design har denne SoC-arkitektur nået et niveau af robusthed, der ef- fektivt eliminerer Single Event Effects (SEE) som Single Effect Functional Interrupt (SEFI) el- ler Single Bit Upsets/Multiple Bit Upsets (SBU/MBU). SAMRH71 er den første Arm Cortex M7-baserede stråling- stolerante mikroprocessor på markedet. Den tilbyder desig- nerne enkeltheden i single- kerne processorer og ydelsen fra en avanceret arkitektur. Integration af D/A-konvertere og A/D-konvertere sammen med den effektive proces- sorkerne er et nøglekrav, når man skal håndtere de stadigt stigende krav i rumapplikatio- ner. De strålingshærdede kom- ponenter bruger en standard Arm Cortex-M7-arkitektur og den samme periferi som automotive og industrielle processorer. Det gør det mu- ligt for designere at bruge COTS-komponenter under systemudviklingen med plan- lægning af en optimering med standardsoftware og hardwa- reværktøjer fra forbrugermar- kedet, før designet senere bliver baseret på strålingstole- rante komponenter. SAMRH71 giver en kombina- tion af rumkonnektivitet sam- men med en højtydende arki- tektur og mere end 200DMIPS. Chippen er designet til høj- niveau strålingsydelse, eks- treme temperaturer og høj pålidelighed med SpaceWire, MIL-STD-1553, CAN FD samt Ethernet med IEEE 1588 Ge- neralized Precision Time Pro- tocol (gPTP) interfaces. Kom- ponenten er fuldt kompatibel med MIL-standard Class V- og Q-højpålidelighedsniveauer- ne, så systemer kan opfylde de strengeste kompatibili- tetskrav. SAMRH707-controlleren giver analoge funktioner over i en >100DMIPS-processor med DSP-egenskaber kombineret med rumkonnektivitets-inter- faces samlet i et lille footprint designet til højniveau strå- lingsydelse, ekstreme tempe- raturer og høj pålidelighed. SAMRH707 gør et højt inte- grationsniveau muligt med sine embeddede SRAM- og flash-memories og kommu- nikations-interfaces med høj båndbredde som SpaceWire, MIL-STD-1553 og CAN FD for- uden analoge funktioner som 12-bit A/D- og D/A-konverte- re. For at lette systemdesignpro- cessen kan designere bruge SAMRH71F20-EK og SAM- RH707F18-EK evaluerings- boards. Microchips komplette økosystem supporterer SAM- RH707- og SAMRH71-rumpro- cessorer og inkluderer MPLAB Harmony-værktøjs-suiten samt tredjeparts software- services til rumapplikationer. Begge Microchip-kompo- nenter er supporteret af virk- somhedens IDE (Integrated Development Environment) for udvikling, debugging og softwarebiblioteker. SAMRH71 i sin keramiske kapsling anvender CQFP256 og leveres i volumenkvanta med QMLQ- (SAMRH71F20C- 7GB-MQ) og QMLV- (SAMRH- 71F20C-7GB-SV) ækvivalente kvalificeringer. SAMRH707 i sit keramiske CQFP164-hus er også tilgængelig. Til applika- tioner som kræver store vo- lumener og prisoptimerede strukturer er både SAMRH71 og SAMRH707 tilgængelige til printdesign eller til evaluering i en BGA-plastkapsling. Med de nævnte automotivt og industrielt kvalificerede MCU’er og transceivere op- graderet til strålingsfølsom- me rumapplikationer kan designere starte implemen- tering af rumdesigns med COTS-komponenter, før de går over til rumkvalificerede komponenter, hvilket i høj grad sparer udviklingstid og -omkostninger. 26 nr. 12 | december 2023 Adaptors, Power Converters, PCB Mount, Modular, UPS, LED Drivers m.m.
Download PDF fil
Se arkivet med udgivelser af Aktuel Elektronik her
TechMedias mange andre fagblade kan læses her