Post on 21-Mar-2016
description
Warszawa, 21 kwietnia 2007
ADAPTACJA UKŁADÓW COMMERCIAL OF-ADAPTACJA UKŁADÓW COMMERCIAL OF-THE-SHELF W SYNTEZIE THE-SHELF W SYNTEZIE
NIEZAWODNYCH SYSTEMÓW NIEZAWODNYCH SYSTEMÓW CYFROWYCH DLA APARATURY CYFROWYCH DLA APARATURY
KOSMICZNEJKOSMICZNEJ
Andrzej Cichocki, inż. Rafał Graczyk, mgr inż. Dominik RybkaPolitechnika Warszawska, Instytut Systemów Elektronicznych
•Studenckie Koło Inżynierii Kosmicznej
•Photonics and Web Engineering Research Group
•Studenckie Koło Astronautyczne
Warszawa, 21 kwietnia 2007
Plan PrezentacjiPlan Prezentacji
•Podstawowe problemy budowy aparatury kosmicznej•Systemy cyfrowe segmentów kosmicznych systemów satelitarnych•Porównanie
•Komponenty „Mil-Space”•Komponenty „COTS”
•Dlaczego COTS?•Przykłady projektów•Podsumowanie
Warszawa, 21 kwietnia 2007
•Promieniowanie kosmiczne•Zjawiska przejściowe (SEE)•TID
•Temperatura•Odprowadzanie ciepła•Ogrzewanie
•Drgania mechaniczne•Start rakiety
•Ekstremalnie niskie ciśnienie•Gazowanie, parowanie
•Mikrograwitacja
„„Kosmiczne Problemy”Kosmiczne Problemy”
Warszawa, 21 kwietnia 2007
Promieniowanie kosmicznePromieniowanie kosmiczne
•Zjawiska przejściowe•Single Event Latchup – efekty tyrystorowy (technologia CMOS)•Single Event Upset - przekłamania bitowe (pamięć SRAM)•Single Event Functional Interrupt (zmiana funkcjonalności FPGA)•Single Event Transient („glitch’e” i „peak’i” na liniach sygnałowych)
Warszawa, 21 kwietnia 2007
Promieniowanie kosmicznePromieniowanie kosmiczne
•Zjawiska trwałe•Single Event Burnout – trwałe uszkodzenie układu scalonego•Single Event Gate Rapture – trwałe zwarcie bramki z kanałem (MOSFET)
•Efekty długofalowe•Total Ionization Dose (pochłonięta dawka promieniowania)•Displacement Damage (degradacja półprzewodnika)•Zwiększony pobór mocy (CMOS)
Warszawa, 21 kwietnia 2007
Sprawy termiczneSprawy termiczne
•Wahania i gradienty temperatur•Różne współczynniki rozszerzalności cieplnej•Zmniejszenie wytrzymałości materiałów
•Odprowadzanie ciepła•Rezystancja termiczna obudowy układu scalonego•Duże częstotliwości taktowania układów cyfrowych VLSI
•Zakresy temperatur•Trwałość układów scalonych•Niezawodność•Pobór mocy
Warszawa, 21 kwietnia 2007
Drgania mechaniczneDrgania mechaniczne
•Start rakiety wynoszącej•Duża amplituda drgań w szerokim zakresie częstotliwości•Udary mechaniczne i akustyczne (pojedyncze milisekundy Ariane 5: 10000G na 3 kHz)•Przyspieszenia statyczne•Przyspieszenia dynamiczne
Warszawa, 21 kwietnia 2007
•Problemy związane z wysoką próżnią•Parowanie substancji (maska przeciwlutowna)•Bąbelki w paście lutowniczej i elementach elektronicznych i spoinach•Brak konwekcji•Naprężenia mechaniczne
Niskie ciśnienieNiskie ciśnienie
Warszawa, 21 kwietnia 2007
•Problemy związane z mikrograwitacją•Zmiana położenia okablowania przy rotacji•Mikrozwarcia
MikrograwitacjaMikrograwitacja
Warszawa, 21 kwietnia 2007
•Komputery pokładowe•Układy pamięci masowej•Sterowanie modułów ładunków użytecznych•Moduły komunikacji•Moduły sterowania stabilizacją
Systemy cyfrowe w aparaturze Systemy cyfrowe w aparaturze kosmicznejkosmicznej
Warszawa, 21 kwietnia 2007
•Zalety•Specjalnie zaprojektowany do pracy w kosmosie•Wysoka niezawodność•Gwarancje producenta
•Wady•Wysoka cena•Problemy z zakupem•Długi czas dostaw•Problemy z transferem technologii (ITAR)
Komponenty „Mil-Space”Komponenty „Mil-Space”
Warszawa, 21 kwietnia 2007
•Zalety•Niska cena•Łatwość zakupu•Brak zobowiązań lojalnościowych wobec producenta•Łatwość użycia
•Wady•Brak gwarancji producenta•Duże ograniczenia związane z jakością wykonania
Komponenty „COTS”Komponenty „COTS”
Warszawa, 21 kwietnia 2007
•Projekty:• Niskobudżetowe• Amatorskie• Studenckie• o małych wymaganiach środowiskowych
•Możliwość specjalnego wykorzystania, aby zapewnić niezawodność
Dlaczego „COTS”?Dlaczego „COTS”?
Warszawa, 21 kwietnia 2007
•Niskobudżetowy projekt studencki•Elementy „Mil-Space” tylko w krytycznych podzespołach•Niska orbita okołoziemska•Krótki czas trwania misji
Przykłady projektów – Przykłady projektów – YES2YES2
Warszawa, 21 kwietnia 2007
•Karta rozszerzeń komputera pokładowego•Specjalne zastosowanie pamięci FLASH
• Pamięć typu NOR• Kodowanie korekcyjne i detekcja błędów• „Potrójny odczyt”• Odprężanie – specjalny sposób zasilania
•Specjalne zastosowanie układu FPGA•Technologia FLASH•Redundancja trzymodułowa
•Zabezpieczenie przed SEL•Ograniczenie nadprądowe
Przykłady projektów – Przykłady projektów – SSETI ESEOSSETI ESEO
Warszawa, 21 kwietnia 2007
Przykłady projektów – PW-Przykłady projektów – PW-SatSat
•Niskobudżetowy projekt studencki•Całkowity brak elementów „Mil-Space”•Krótki czas trwania misji•Niska orbita okołoziemska•„Stara” technologia CMOS•Zabezpieczenia przed SEL•Zabezpieczenia programowe
•Watchdog•Detekcja błędów (CRC)•Podwojone instrukcje weryfikujące
Warszawa, 21 kwietnia 2007
Przykłady projektów – PAS-Przykłady projektów – PAS-SatSat
•Komputer pokładowy•Wykorzystanie FPGA
•Technologia Antifuse•Wbudowane IP Core:
•LEON3•SpaceWire controller•CAN controller
•Redundancja trzymodułowa•Dysk na ciele stałym
•Matryca FLASH•EDAC (Turbokody)
Warszawa, 21 kwietnia 2007
Przykłady projektów – PAS-Przykłady projektów – PAS-SatSat
•Zestaw dwóch FPGA (redundancja)•Specjalny sposób zasilania
•Odprężanie•Zewnętrzne, wyższe napięcie programowania
•Układ detekcji SEL•Zewnętrzny Watchdog sprzętowy
Warszawa, 21 kwietnia 2007
PodsumowaniePodsumowanie
•Istnieje możliwość ograniczenia kosztów i czasu projektowania i budowy systemów cyfrowych na pokładzie satelitów
•Nierzadko projekty oparte na COTS dorównują funkcjonalnością i niezawodnością odpowiednikom „Mil-Space”
•ESA i NASA coraz częściej używają COTS w swoich projektach
Warszawa, 21 kwietnia 2007
DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ•Kontakt: A.Cichocki@stud.elka.pw.edu.pl•Zapraszam do odwiedzenia stron internetowych:
•www.ska.pw.edu.pl•www.skik.pw.edu.pl•www.sseti.net•www.yes2.info•www.pw-sat.pl