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Presente e futuro dell’elettronica digitale
in ambito spaziale
Frascati 16/2/05
Dip. Scienze fisiche Università Federico II di Napoli
INFN sez. Napoli stefano russo
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Sommario
• Problematiche dell’elettronica
nello spazio
•Le nuove tecnologie
•Possibili scenari futuri
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Il Passato
(l’elettronica di ToF e Trigger di PAMELA)
30 configurazioni di trigger
Supervisione all’acquisizioneConversione
carica-tempo & tempo-tempo
Risoluzione di 50 ps
8 canali
1W per canale
Actel Sx 32 A
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Il problema del Rad-Hard
Effetti a lungo termine
TID (Total Ionization Dose)
Effetti da singola interazione
SEE (Single Event Effect)
SEU SET SEL
Ridondanza Hardware •Circuiti di protezione alimentazione
•Tecniche di progetto specifiche
Single Event
Upset
Single Event
Transient
Single Event
Latchup
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Le FPGA non riprogrammabili
Actel Sx 32 A
Tecnologia
“metal-to-metal antifuse”
FPGA non riprogrammabili
(interconnessioni bruciate)
TID > 30 Krad
SEU 1x10-10 upset/bit/day
No SET
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Le FPGA riprogrammabili di Actel
Actel Pro ASIC
Tecnologia
“FLASH FPGA” (nonvolatile reprogrammable gate array)
TID > 50 Krad
SEU 1x10-10 upset/bit/day
No SET
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Le FPGA riprogrammabili di XILINX
Xilinx XQR4000XL
Tecnologia
“SRAM FPGA”
TID > 60 Krad
SEU 3x10-8 upset/bit/day
Software per ridondanza (XTMR)
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Confronto tra le tecnologie
FPGA non riprogrammabili
FPGA riprogrammabili
Actel
FPGA riprogrammabili
Xilinx
PRO
Costi del chip contenuti
Resistenza alle radiazioni
CONTRO
Scarsa versatilità
Scarsa flessibilità
PRO
Grande flessibilità di sviluppo
Grande resistenza alle radiazioni
CONTRO
Costi elevati
Scarsa versatilità di impiego
PRO
Grande flessibilità di sviluppo
Grande versatilità di impiego
CONTRO
Costo del chip elevato
Resistenza alle radiazioni non elevata
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La tecnologia ASIC
Ideale per applicazioni spaziali
Resistenza alle radiazioni
Estrema flessibilità
Costi e tempi di sviluppo e progettazione
elevati
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Un possibile scenario futuro
Integrazione delle tecnologie
Elettronica di FE
(TOF 30 ps)
Tecnologia Asic
Elettronica di controllo ACQ
(trigger …)
FPGA riprogrammabili
Elettronica di ACQ FPGA non riprogrammabili
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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.