اضافه شدن یک میکروکنترلر 32 بیتی مقاوم در برابر تشعشع به محصولات شرکت Microchip

شرکت میکروچیپ قصد دارد یک میکروکنترلر کم‌ مصرف ۳۲ بیتی مقاوم در برابر تشعشع به اسم SAMD21RT را به محصولات خود در حوزه هوا فضا و صنایع دفاعی اضافه کند.

SAMD21RT از یک هسته 32 بیتی (Arm Cortex M0+)، 128 کیلوبایت حافظه فلش و 16 کیلوبایت SRAM ساخته شده است. SAMD21RT اگر چه یک هسته 32 بیتی دارد اما قیمت آن در حد محصولاتی است که یک هسته 8 بیتی دارند. SAMD21RT به طور خاص برای مواردی که محدودیت فضا و بودجه وجود دارد و لازم است که مصرف انرژی کم باشد، مناسب است. این میکروکنترلر قادر است با سرعت 48 مگاهرتز داده‌ها را پردازش کند. SAMD21RT همچنین از دو مبدل سیگنال استفاده می‌کند: مبدل دیجیتال به آنالوگ (DAC) و مبدل آنالوگ به دیجیتال 20 کاناله (ADC). این میکروکنترلر همچنین دارای یک واحد مقایسه‌ سیگنال‌های آنالوگ هم هست.

شرکت میکروچیپ سابقه زیادی در تأمین قطعات الکترونیکی برای صنعت هوا و فضا دارد. اولین تجربه این شرکت در این صنعت به سال 1958 برمی‌گردد که اولین ماهواره آمریکا به اسم اکسپلورر 1 به فضا پرتاب شد. از آن زمان به بعد ده‌ها هزار قطعه مختلف از محصولات شرکت میکروچیپ در صنعت فضا مورد استفاده قرار گرفته‌اند؛ که از جمله این محصولات موارد زیر هستند:

• ساعت‌های اتمی که برای زمان‌سنجی دقیق در فضا استفاده می‌شوند.
• منابع تغذیه که برای تأمین انرژی تجهیزات فضایی کاربرد دارند.
• پردازنده‌ها که وظیفه پردازش داده‌ها را بر عهده دارند.
• تراشه‌های ارتباطی که برای ارتباط با زمین یا دیگر وسایل فضایی استفاده می‌شوند.

میکروکنترلر جدید در دماهای بسیار پایین یعنی تا 40- درجه سانتی‌گراد و در دماهای بسیار بالا تا 125 درجه سانتی‌گراد، عملکرد خوبی دارد. این میکروکنترلر همچنین می‌تواند در برابر تشعشعات تا krad 50 دوز کل یونیزه‌ کننده (TID) مقاومت کند. میکروکنترلر جدید در برابر اثرات مخرب برخورد ذرات پرانرژی تا MeV.cm²/mg 78 مصون است.

این میکروکنترلر جدید به دو صورت عرضه می‌شود:

• پکیج سرامیکی هرمتیک: با 64 پین، مناسب برای کاربردهای حساس مطابق با استاندارد V/ESCC9000.
• پکیج پلاستیکی: برای کاربردهای با حساسیت کمتر مطابق با استاندارد V/ESCC9030.

ابعاد هر دو پکیج مشابه و 10 میلی‌متر در 10 میلی‌متر است. به همین دلیل برای جاهایی که محدودیت فضا وجود دارد، مناسبت هستند.

بلوک دیاگرام SAMD21RT

شرکت Microchip انواع مختلفی از میکروکنترلرها (MCUs) و واحدهای پردازشگر مرکزی (MPUs) با عملکرد بالا و مقاوم در برابر تشعشعات مضر (rad-hard) عرضه کرده که در آن‌ها از هسته‌های قدرتمندی مانند Arm Cortex M7 و SPARC v8 استفاده شده است. در خط تولید محصولات مقاوم در برابر تشعشعات، میکروکنترلرهای 8 بیتی AVR و محصولات Arm Cortex M7 و M3 را می‌بینیم.

Cortex Mo+ SAMD21RT محصول جدید این شرکت است که در آن از یک هسته 32 بیتی قدرتمند استفاده شده که نسبت به مدل‌های قبلی هزینه کمتری هم دارد. Microchip علاوه بر پردازنده‌های مختلف، کنترل‌ موتور فضاپیماها و ماهواره‌ها و دیگر تجهیزات فضایی، تجهیزات شبکه‌سازی و تراشه‌های FPGA (میدان نرم‌افزاری برنامه پذیر) را هم تولید می‌کند.

تحمل اشعه در مقابل مقاومت در برابر اشعه

تجهیزات الکترونیکی به گونه‌ای طراحی می‌شوند که یا مقاوم در برابر اشعه (rad-hard) باشند یا قادر به تحمل اشعه (rad-tolerant).

تراشه‌های نوع اول طوری طراحی شده‌اند که در برابر تشعشعات شدید در مدت طولانی مقاوم باشند. در این تراشه‌ها اغلب از موادی مانند سیلیکون بر روی عایق (SOI) یا سیلیکون بر روی سنگ یاقوت (SOS) استفاده می‌شود. در طراحی این تراشه‌ها ممکن است پارامترهای متفاوتی مدنظر قرار بگیرند تا احتمال اختلال بر اثر تابش کاهش یابد.

تراشه‌های نوع دوم هم می‌توانند محیط‌های دارای تشعشعات زیاد را تحمل کنند، اما نه به مدت طولانی یا به‌اندازه‌ای که تراشه‌های اول مقاوم هستند. طول عمر این تراشه‌ها به طور معمول در چنین محیط‌هایی حدود پنج سال یا حتی کمتر است.

آیا میکروکنترلر Arm Cortex M0+ برای مأموریت‌های فضایی مناسب است؟

ممکن است فکر کنید که لزومی ندارد میکروکنترلرهای کوچک مقاوم در برابر تشعشعات باشند، چون قادر به پردازش داده‌ها نیستند. پس باید بدانید که در سیستم‌های فضایی هم از پردازنده‌ استفاده می‌شود اما پردازنده‌هایی که نسبت به پردازنده‌های تجهیزات روی زمین کم قدرت‌تر هستند. انتخاب بین میکروکنترلرهای راد-هارد و راد-تولرانت به شرایط مختلفی که بر هر مأموریت فضایی حاکم است، بستگی دارد.

صنعت هوا و فضای دنیای امروز بسیار متفاوت شده است. به طوری که به طور مداوم تعداد زیادی ماهواره و کیوبست‌های کوچک ساخته و به فضا پرتاب می‌شوند. به همین دلیل ممکن است در برخی پروژه‌ها نیازی به دستگاه‌های مقاوم در برابر اشعه (راد-هارد) نباشد. در این پروژه‌ها ترجیح بر این است که از دستگاه‌هایی که قادر به تحمل اشعه (راد-تولرانت) هستند و هزینه کمتری هم دارند، استفاده شود.

پردازنده SAMD21RT یک نمونه از سیستم‌های COTS (Commercial Off-The-Shelf) است که با اضافه کردن قابلیت تحمل اشعه تولید شده است. در واقع می‌توان با هزینه کم و با استفاده از ابزارهای معمولی یک محصول فضایی قابل اعتماد تولید کرد. با اضافه کردن قابلیت تحمل تابش اشعه به تجهیزات موجود، می‌توان از ابزارهای معمولی قبلی استفاده کرد و همچنان از مزایای کاهش هزینه و انعطاف بیشتر در توسعه سیستم‌های فضایی بهره‌مند شد.

منبع