Presente e futuro dell’elettronica digitale
in ambito spaziale
stefano russo
Dip. Scienze fisiche Università Federico II di Napoli
INFN sez. Napoli
[email protected]
Frascati 16/2/05
Sommario
• Problematiche dell’elettronica
nello spazio
•Le nuove tecnologie
•Possibili scenari futuri
Il Passato
(l’elettronica di ToF e Trigger di PAMELA)
Actel Sx 32 A
30 configurazioni di trigger
Supervisione all’acquisizione
Conversione
carica-tempo & tempo-tempo
Risoluzione di 50 ps
8 canali
1W per canale
Il problema del Rad-Hard
Effetti a lungo termine
Effetti da singola interazione
TID (Total Ionization Dose)
SEE (Single Event Effect)
Ridondanza Hardware
SEU
SET
SEL
Single Event
Single Event
Single Event
Upset
Transient
Latchup
•Circuiti di protezione alimentazione
•Tecniche di progetto specifiche
Le FPGA non riprogrammabili
Actel Sx 32 A
TID > 30 Krad
Tecnologia
SEU 1x10-10 upset/bit/day
“metal-to-metal antifuse”
No SET
FPGA non riprogrammabili
(interconnessioni
bruciate)
Le FPGA riprogrammabili di Actel
Actel Pro ASIC
TID > 50 Krad
Tecnologia
SEU 1x10-10 upset/bit/day
“FLASH FPGA”
No SET
(nonvolatile reprogrammable gate array)
Le FPGA riprogrammabili di XILINX
Xilinx XQR4000XL
TID > 60 Krad
Tecnologia
SEU 3x10-8 upset/bit/day
“SRAM FPGA”
Software per ridondanza
(XTMR)
Confronto tra le tecnologie
FPGA non
riprogrammabili
FPGA riprogrammabili
PRO
PRO
PRO
Costi del chip contenuti
Grande flessibilità di
sviluppo
Grande flessibilità di
sviluppo
Grande resistenza alle
radiazioni
Grande versatilità di
impiego
CONTRO
CONTRO
CONTRO
Scarsa versatilità
Costi elevati
Costo del chip elevato
Scarsa flessibilità
Scarsa versatilità di
impiego
Resistenza alle
radiazioni non elevata
Resistenza alle
radiazioni
FPGA riprogrammabili
Actel
Xilinx
La tecnologia ASIC
Ideale per applicazioni spaziali
Resistenza alle radiazioni
Estrema flessibilità
Costi e tempi di sviluppo e progettazione
elevati
Un possibile scenario futuro
Integrazione delle tecnologie
Elettronica di FE
Tecnologia Asic
(TOF 30 ps)
Elettronica di controllo ACQ
FPGA riprogrammabili
(trigger …)
Elettronica di ACQ
FPGA non riprogrammabili
SEE
SEU : una particella di alta energia che
interagisce con la parte sensibile di un
dispositivo a semiconduttore può ionizzarlo
provocando il cambiamento del suo stato
logico.
SET : la ionizzazione di un semiconduttore
può comportare la generazione di un impulso
transitorio spurio. Se esso avviene in una zona
critica del circuito può tramutarsi in un SEU
SEL : l’interazione di una particella carica
con un dispositivo CMOS può attivare
transistor parassiti inducendo un anomalo
assorbimento di corrente che può indurre la
rottura del dispositivo.