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

stefano.russo@na.infn.it

Sommario

• Problematiche dell’elettronica

nello spazio

•Le nuove tecnologie

•Possibili scenari futuri

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

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

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

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

Le FPGA riprogrammabili di XILINX

Xilinx XQR4000XL

Tecnologia

“SRAM FPGA”

TID > 60 Krad

SEU 3x10-8 upset/bit/day

Software per ridondanza (XTMR)

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

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

(TOF 30 ps)

Tecnologia Asic

Elettronica di controllo ACQ

(trigger …)

FPGA riprogrammabili

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.