JavaScript is currently disabled.Please enable it for a better experience of Jumi. ECF

Kaupallisten 180-2000 kilometrin korkeudessa operoivien matalan kiertoradan LEO-satelliittien markkinat ovat kasvussa, sillä kysyntää on yhä nopeammille internet-yhteyksille sekä suuren resoluution kuvantamis- ja kartoitussovelluksille, joissa tarvitaan nopeita toistojaksoja.

Artikkelin kirjoittaja Dorian Johnson vastaa High-Reliability -tuotteiden markkinoinnista Microchip Technologyssä. 

LEO-satelliiteille sijoitetut hyötysignaali-instrumentit käyvät yhä monimutkaisemmiksi, kun tietoliikenteelle ja kuvantamiselle asetetut vaatimukset lisääntyvät kaiken aikaa. Lisäksi tähän liittyy myös etämittauskanavien määrän kasvattaminen, jotta instrumenttien kuntoa voidaan valvoa ja taata turvallinen, luotettava toiminta satelliitille koko sille suunnitellun eliniän ajaksi. Kun käytetään tavanomaisia analogisia erilliskomponentteja, etämittauselektroniikalla on taipumus viedä paljon korttiasennustilaa ja kuluttaa runsaasti tehoa, jolloin myös muodostuu haittaavasti lämpöä. Lisäksi entistä monimutkaisemmat instrumentit vaativat satelliittiin suuren määrän piirikortteja.

Piirikorttien koon, komponenttien määrän, tehonkulutuksen ja lämmönmuodostuksen asettamat haasteet saadaan onneksi suurelta osin ratkaistuiksi, kun käytetään uudenlaisia säteilynkestäviä sekasignaalisia IC-piirejä ja uutta avoimen RISC-V -arkkitehtuurin mukaista RISC-laskentaa.

Etämittaus valvontaa ja ohjausta varten

Käytännössä etämittauskortit suorittavat monenlaisia toimintoja, jotka liittyvät muuhunkin kuin kunnon monitorointiin ja vianilmaisuun, kuten esimerkiksi käsittelemään yhteyden eristämistä satelliittimaa-asemalta ja palauttamista satelliittimaa-asemalle sekä hallitsemaan tehonkulutusta ja lämpöhäviöitä ohjaamalla autonomisesti hyötysignaali-instrumenttien kuormitusta.

Nykyisissä satelliiteissa tyypillisimmin käytössä olevat piirikortit, joita usein nimitetään I/O-korteiksi, sisältävät suuria määriä analogiamultipleksereitä, analogia-digitaalimuuntimia, virta-ajureita, jännitereferenssejä ja muita erilliskomponentteja, jotka keräävät dataa kuten tärkeitä virta- ja jännitearvoja sekä tietoja lämpötiloista, mekaanisista jännityksistä, paineista ja magneettikentän voimakkuuksista. Kunkin kortin pinta-ala asettuu välille 120-180 neliötuumaa (180 neliötuumaa on noin kaksi A4-paperia) ja monimutkaiset hyötysignaalit voivat vaatia useita kortteja, jotta kaikki kanavan edellyttämät vaatimukset saadaan toteutetuksi. Tähän kuluu paljon satelliitin sisällä olevaa kallisarvoista tilaa ja lisäksi tämä kuluttaa tehoa ja synnyttää haitallista lämpöä sekä lisää materiaalikustannuksia. On myös hankalaa ja kallista suunnitella kortteja uudelleen tai sovittaa niihin uusia ominaisuuksia tai päivittää niiden olemassa olevia ominaisuuksia. 

Uudenlainen ohut ratkaisu

Kehittyneiden teknologisten ratkaisujen toimittamiseen erikoistuneen Microsemin tarjoamassa tuotevalikoimassa on saatavissa tilauspohjaisia integroitavia, säteilynkestäviä sekasignaalipiirejä, joihin voidaan integroidusti koota suuri joukko analogiatoimintoja, kuten multipleksereitä, vahvistimia, suodattimia, analogia-digitaali- ja digitaali-analogiamuuntimia yksittäiselle laitteelle. Näillä IC-piireillä hyötysignaalikorttien suunnittelija voi toteuttaa I/O-kortteja, joissa komponenttien määrä ja korttien kokoa on saatu merkittävästi pienemmäksi. Tällä tavoin saadaan säästöä kustannuksissa ja tilantarpeessa, jotka liittyvät kriittisten satelliittiparametrien ilmaisussa tarvittavan anturidatan lukemisessa ja käsittelyssä. Samalla myös järjestelmän luotettavuus paranee ja säästetään kustannuksia ja aikaa, mitä kuluu yksittäisten komponenttien seulontaan, testaukseen ja kelpoisuuden määrittelyyn.

Esimerkiksi LX7730-etämittausohjain käsittää monipuolisen joukon analogia- ja muunnintoimintoja sekä ohjelmoitavan virtalähteen, tarkkuusjännitelähteen ja 64 konfiguroitavaa differentiaalista tai epäsymmetristä anturituloa integroituna 132-nastaiseen keraamiseen CQFP-koteloon. Sen säteilynkestävyysarvot ovat ionisoivan säteilyn kokonaisannos (TID) 100 krad ja alttius heikkotasoisen säteilyn aiheuttamalle vikaantumiselle (ELDRS) 50 krad, mukaan lukien yksittäistapauksina tapahtuvat ilmiöt, ja se täyttää sekä Class Q:n että Class V:n mukaiset QML-laatuvaatimukset.

LX7730 on suunniteltu toimimaan isäntänä toimivan FPGA-piirin yhteydessä, jolloin tiedonsiirto tapahtuu joko 8-bittisellä rinnakkaisväylällä tai 12,5 Mb/s:n SPI-liitäntäparilla, joka tukee redundanttia tiedonsiirtoa kahdelle eri isännälle.

Avoimen käskykannan arkkitehtuuri

Uudenlaista avointa RISC-V ISA-arkkitehtuuria hyödyntämällä FPGA-piiri pystyy toimimaan edullisesti lähellä etämittauslähdettä. Se mahdollistaa autonomisesti tapahtuvan datan keräämisen, kunnon valvonnan ja kuormituksen ohjauksen hyötysignaalilähteessä, jolloin satelliitin keskusyksikköjärjestelmästä vapautuu resursseja, koska sen ei tarvitse vastata etäällä olevien hyötysignaaliyksikköjen etämittauksen hallinnasta. 

RISC-V-säätiön ylläpitämänä standardina avoimena arkkitehtuurina RISC-V ISA tarjoaa paljon etuja avaruustekniikan suunnittelussa. Yksi etu on ”jäädytetty” käskykanta, minkä ansiosta mikä tahansa RISC-V-ytimelle kirjoitettu ohjelmisto toimii aina millä tahansa RISC-V-laitteella. Tämän ansiosta alkuperäinen koodikanta on uudelleen käytettävissä monissa eri ohjelmistoissa jopa vuosikymmeniä, jolloin vanhempien sovellusten ylläpitäminen helpottuu merkittävästi. Yhteistyökumppanit ja jälleenmyyjät voivat luoda RISC-V-ohjelmistoytimiä, jotka räätälöidään asiakkaan erityisvaatimuksiin ja mahdollistavat tarvittaessa RTL-yhteiskäytön sallimisen turvallisuudeltaan kriittisten sovellusten valvonnassa.

RISC-V-prosessorit on jo testattu säteilynkestävissä FPGA-piireissä avaruuslentosovelluksissa. RISC-V-prosessorin käsittävä FPGA soveltuu käytettäväksi kussakin hyötysignaaliyksikössä lukemaan LX7730-sekasignaalipiirin lähettämää etämittausdataa, prosessoimaan kyseistä dataa ja tekemään päätöksiä sen pohjalta sekä raportoimaan tietoa hyötysignaaliyksikön kunnosta satelliitin keskustietokoneelle käyttäen mitä tahansa yleiskäyttöistä käskyväyläprotokollaa, kuten MIL-STD-1553, SpaceWire, CAN-väylä, tai standardoimattomia erityisprotokollia.

Periaate hyväksi havaittu

Uudenlaisen etämittausdatan keräämisen periaatetta esitelläkseen Microchip on toteuttanut ”Six Sensor Demo” -konseptin, jossa RISC-V-pohjainen RTG4 FPGA on yhdistetty LX7730-etämittausohjaimeen SPI-liitännällä. LX7730 kerää dataa toisiinsa yhdistetystä anturien pienverkostosta ja näyttää mitatut arvot kannettavan tietokoneen näytön käyttöliittymällä. FPGA käskyttää LX7730-ohjainta lähettämään analogia-digitaalimuunnosdataa SPI-kehyksessä ja suorittaa tarvittavat skaalaustoimenpiteet ennen kuin lähettää datan käyttöliittymälle UART:n kautta.

Yhdessä mainitut kaksi edistysaskelta – suurtiheyksinen sekasignaali-integrointi ja avoin RISC-V ISA – mahdollistavat sen, että satelliitin datankeruun elektroniikka voidaan toteuttaa entistä vähemmän tilaa vaativana ja tehoa kuluttavana, entistä kevyempänä, taloudellisempana käytössä, joustavampana ja luotettavampana. Samalla keskustietokoneen kapasiteettia vapautuu, koska sen ei tarvitse enää keskitetysti hallita monien etämittauskorttien toimintaa.

LEO-satelliittien käyttö on näin ollen entistä taloudellisempaa tietoliikenteen, kuvantamisen ja muissa sovelluksissa, mikä lisää niiden kaupallista kiinnostavuutta.

 

IoT-laitteiden tietoturva on retuperällä

Viime syksynä Mirai-haittaohjelma valloitti tuhansia ja tuhansia valvontakameroita palvelunestohyökkäyksiä varten. Barr Groupin tuore kyselytutkimus osoittaa, että sulautettujen laitteiden suunnittelijat eivät vieläkään suhtaudu riittävän vakavasti laitteiden tietoturvaan.

Lue lisää...

Korteilla vauhtia IoT-kehitykseen

Sulautetun laitteen kehitys onnistuu useimmiten helpoiten valmiiden moduulien avulla. Nykyään niitä saa myös tehokkailla Apollo Lake -sarjan prosessoreilla varustettuna.

Lue lisää...
 
 
ETN_fi Windows 10 market share on desktop grows to 48.9 % as users finally abandon Win7. https://t.co/bor0A9nDCL
ETN_fi Elisa pilotoi privaattiverkkoa Ericssonin kanssa – kysyntä Suomessa kasvaa https://t.co/czaaWNGeeK
ETN_fi @ublox have acquired Rigado´s BLE modules. https://t.co/c7SwncnKvA
ETN_fi Efore sells the telecommunications business unit to Shenzhen Kexin. The decision also means that the joint venture… https://t.co/XM8qiDO8YE
ETN_fi Apple acquires Intel´s modem business. Another iPhone chip to be designed in-house. https://t.co/G86rLHV4yu


Sponsors



Advantech is a leader in providing trusted innovative embedded and automation products and solutions. Advantech offers comprehensive system integration, hardware, software, customer-centric design services, and global logistics support; Advantech has always been an innovator in the development and manufacture of high-quality, high-performance computing platforms.




Arm defines the pervasive computing that’s shaping today’s connected world. Realized in 125+ billion silicon chips, our device architectures orchestrate the performance of the technology that’s transforming our lives — from smartphones to supercomputers, from medical instruments to agricultural sensors, and from base stations to servers.




We offer high value-added engineering services, embedded systems and IoT as well as technical documentation solutions. Etteplan’s extensive offering covers all design engineering service needs for machinery, equipment and plants including embedded systems and IoT solutions.



Presentors


We offer custom, cost-effective solutions to help you fulfil your project. With our wealth of technology expertise, we can provide expert technical support and guidance at every stage of your design.




The number one COMPANY FACT about Altium is: Our Strategic Business Focus is Printed Circuit Board Design Software. Designers need tools that help them make the most of modern technologies, successfully manage projects, and deliver connected, intelligent products. We create the ECAD tools designers need.




congatec is a leading supplier of industrial computer modules using the standard form factors COM Express, Qseven and SMARC as well as single board computers and EDM services. congatec’s products can be used in a variety of industries and applications, such as industrial automation, medical, entertainment, transportation, telecommunication, test & measurement and point-of-sale.




DATA MODUL stands behind its claim as a worldwide leading supplier of professional “visual solutions” and is a reliable premier choice partner in the areas of display, touch, embedded and monitor solutions.




Since 1985, Digi International Inc. (Digi) has been a pioneer in wireless communication, forging the future for connected devices and responding to the needs of the people and enterprises that use them. Today, our IoT offering includes sensor-based solutions, a sophisticated platform for remotely monitoring device deployments of any size, anywhere, as well as professional design, implementation and certification teams to help you carry out your vision, no matter how large or small.



Microchip Technology Inc. is a leading provider of microcontroller, analog, FPGA, connectivity and power management semiconductors. Its easy-to-use development tools and comprehensive product portfolio enable customers to create optimal designs which reduce risk while lowering total system cost and time to market. The company’s solutions serve more than 130,000 customers across the industrial, automotive, consumer, aerospace and defense, communications and computing markets. Headquartered in Chandler, Arizona, Microchip offers outstanding technical support along with dependable delivery and quality.




For more than 80 years, Rohde & Schwarz has stood for quality, precision and innovation in all fields of wireless communications. The group relies on its expertise based on 20 years of experience in IT and network security.




Rutronik has developed from a “one-man-company” into one of the worldwide leading broadline distributors, employing more than 1,600. In the electronic components market, Rutronik currently ranks 11th worldwide and is the third largest European distributor. The product range includes semiconductors, passive and electromechanical components as well as embedded boards, storage technologies, displays and wireless products.




The Qt Company is responsible for Qt development, productization and licensing under commercial and open-source licenses. Qt is a C++ based framework of libraries and tools that enables the development of powerful, interactive and cross-platform applications and devices.



Exhibitors



Our focus is on industrial electronics and producing support services. The main product areas of Mespek are embedded modules, industrial computing, test & measurement modules and server management systems (KVM-switches). Besides our domestic customers we have clients also in several countries such as Benelux, China, Estonia, Ireland, Norway, Russia, Sweden and Switzerland.




Tritech offers standard products, design and support services, as well as custom solutions to the embedded and industrial IoT-markets. Partnering with leading technology companies, we deliver intelligent and connected systems that enable our customers’ applications. We turn technology into business.


ECF template