פיתוח מודולים של ADC עבור יישומים קריטיים למשימה

אסטרטגיות עיצוב עבור משימות-Critical Implementations

בניית ADC, העומדת בדרישות אמינות מחמירות (למשל, DO-254 לתעופה או IEC 61508 לבטיחות תעשייתית) דורש מתודולוגיית עיצוב שיטתית.

אדריכלות מערכת גבוהה לסיליקון

נקודת המוצא היא אפקטי כשלון וניתוח קריטיות (FMECA) המזההה את כל נקודות הכשלים האפשריות של ADC. לכל פגם קריטי יש מנגנון תיקון מתאים.

• (FLT:0)Power and Area Budget:FLT:1 Redundant בלוקים עלולים לכבוש 30–50% שטח סיליקון נוסף. עבור יישומים מאומנים בחלל (למשל, מכשירים מושתלים), ריצוף בקנה מידה זעיר (חלק טרנזיסיסטים במקום חסמי תת-קרקעי) הוא המועדף.
• תקציב חזק>העוצמה: גילוי והגדרה חייב להשלים בתוך חלק של תקופת הדגימה כדי להימנע מדגימות חסרות.עבור 1-MSPS ADC, כלומר <1 μs. זה לעתים קרובות כוחות זיהוי כדי להיעשות בחומרה אנלוגית ולא קושחה.
• (FLT:0) סיקור אגנוסטי: FLT:1eurs כמו DO-254 דורש > 99% כיסוי של תקלות מאוחרות.

ריצוף נגד SWaP Constraints

גודל, משקל וכוח (SWP) הם קריטיים במערכות אוויריות ולוויינים. מהנדסים חייבים להחליט כמה ערוצים לחסוך או מחסומים תת-קרקעיים לכלול. a משותף-off הוא בין משולש מודולרי אדום (TMR) ו אדמומיות מודולרית כפולה עם בדיקת עצמית.TMR מספק תיקון מיידי אבל משולש את הכוח האנלוגי בתוספת עצמית מופחתת על ידי 30% קליטה כפולה של קוד פתוח (אך) עם עדשות אחוריות רבות יכול להשתמש בדלומי זיכרון היברידית (a-ידי שימוש) אך ורקמות) עם עדשות אוטומטיות של קודמות על בסיס קריטי על גבי מערכת ההפעלה (מערכת הגנה כפולה על בסיס קבוע) אך ורקמות (מערכת הגנה כפולה על גבי חלון כפול (a-ידי צבעים) עם עדשות הגנה כפולה על גבי קדמית) עם עדשות) עם עדשות הגנה כפולה על גבי חלון אדום-ידי צבעים) עם עדשות הגנה כפולה על בסיס קבוע (דנציה כפולה על בסיס קבוע) עם עדשות) עם עדשות הגנה כפולה על בסיס קבוע (מערכת הגנה כפולה על גבי מסגרת הגנה כפולה על בסיס קבוע) עם עדשות הגנה כפולה על בסיס קבוע (מערכת הגנה עצמית (מערכת הגנה עצמית (דנציה כפולה על גבי מכשיר הגנה עצמית (מערכת הגנה עצמית) עם עדשות) עם עדשות) אך משולשת) עם עדשות הגנה עצמית (דנציה כפולה על גבי מכשיר

תוכנה-Defined Self-Repair ו- Digital Twins

מגמות מתפתחות ממינוף של מודלים של למידת מכונה ודיגיטל-טווין כדי לחזות פגמים בלתי אפשריים. A Digital Twin - מודל תוכנה בזמן אמת של ADC - השוואות הצפויות לעומת תפוקה בפועל. Deviations גורם אבחון פרובביליסטי.לדוגמה, אם התאום מציין כי סף ההשוואה נסחפה על ידי 3 mV, הבקר מאמת את הטיה DAC כדי לנבא את הגישה המלאה של ה-Revolution.

מחקר: self-Repairing ADC ב- CubeSat Telemetry

קוביות (לוויינים קטנים וזולים) פועלות בסביבות קרינה קשות שבהן SEUs ב ADCs הם שגרתית.מודול ADC טיפוסי של CubeSat ADC משתמש ממיר 12 סיביות עם ארבעה ערוצים. כדי להשיג self-repair, מהנדסים הוסיפו ערוץ אחד חסך ומערכת קרינה-קשה-CPLD (התקן המורכב מתוכנתי) לניהול תקלות.

מקור:0;0; כנס לווין קטן 2022 - Fault-Tolerant ADC Architecture for CubeSat TelemetriFLT:1

אתגרים ושאלות מחקר פתוחות

למרות התקדמות משמעותית, ה- ADCs עדיין לא כל כך מובנים. אתגרים רבים נשארים.

מורכבות אנליזה ובדיקת

אנליג Redundancy קשה לאוטומטי. Reconfigurable אנלוגי routing מציג קיבולת רוח parasitic ו זרמי דליפות כי ביצועים מדרג בתדרים גבוהים.Build a מקיפה BIST עבור בלוקים אנלוגיים (זמן מתחלף, קופרטור hysteresis) מורכב יותר מאשר BIST דיגיטלי.כרגע אין שווה ערך של 1149.1 (JG) לתקני אנלוגיהת עבור סטנדרט עצמי.

כוח עליון של מעקב מתמשך

מעגלי קירבה ו BIST צורכים כוח גם כאשר אין שום פגם קיים. במערכות קריטיות של המשימה המופעלת על ידי סוללה (למשל, מטהר חיישנים), תקציב האנרגיה עשוי לא לאפשר ניטור רציף.מחקר לתוך "על פי דרישה" עצמית - מוקרן רק על ידי חשוד aomaly - מתמשך.

אימות והסמכת

תיקון מערכת הפעלה עצמית לשימוש ביקורתי בטיחות הוא קשה. הרגולטורים דורשים כי מנגנון התיקון עצמו להיות ללא תקלות - אבל נקודה אחת של כשל בקר מתג יכול להשבית את כל לוגיקה התיקון. גישות הסמכה פרובביליסטי (למשל, ביטחון כיסוי אשמה באמצעות הזרקת תקלות) מפותחים אך עדיין לא מתקבלים על ידי כל התעשיות.

כיוונים עתידיים וטכנולוגיות מתפתחות

הדור הבא של ADCs שישלב יותר אינטליגנציה על שבב, מעבר לתיקון מבוסס הכלל ללמידה אוטונומית.

Machine-Learning- Based חיזוי מבוסס חיזוי וניהול

על ידי אימון רשתות עצביות על נתוני ביצועים היסטוריים של ADC (כולל סחף תרמי, הזדקנות ואפקטי קרינה), המערכת יכולה לחזות את זמן-לכישלון של כל תת-בלוק, זה מאפשר החלפת או החלמה פעילה לפני משבר מתרחש.עבודה מוקדמת במעבדה VLSI של סטנפורד הראה כי קל משקל 1-layer perceptron ב-28nm ADC יכול לחזות בירידה של 95% בלבד של כוח.

מתוך: זכרונות ו-3D Integrated Self-Repair

שילוב 3D (ערעור תעמולה מוטעית של ADC מת) מציע אפשרויות ונדוניות חדשות. שכבת אנלוגיה פגומה ניתן לעקוף באמצעות מיקרו-באמצעות-סיליקון באמצעות (TSVs), והשכבה הדיגיטלית יכולה להחזיר את הפונקציות לשכבה בריאה. in-memory מחשוב ADCs (באמצעות RRAM או M עבור שני תאים לאחסון וממרים) לאפשר החלפת תקלות תאים תאים של תאים על ידי תיקון תאים על ידי תיקון של זיכרון מחדש.

סטנדרט של ממשקי עצמי-Repair Interfaces

יוזמות תעשייתיות כגון פרויקט Open Compute ו- JEDEC Solid State Technology Association חוקרות ממשקים סטנדרטיים עבור פקודות של עצמם (בדומה לרשת IEEE 1687 IJTAG). פרוטוקול סטנדרטי של עצמי-repair יאפשר יישום שגיאות Plug-and-play על פני שבבים ממוכרים שונים.

מסקנה

מודולים של ADC הם כבר לא סקרנות מעבדה. הם פרוסים במערכות חלל, avionics ו רשתות בקרה תעשייתיות שבו כל מילימטר של נושאים במשרה גבוהה. על ידי שילוב חומרה, קלמנט אינטליגנטי, ואלגוריתמים גילוי מתוחכם יותר ויותר, המרירים אלה להשיג רמות של אמינות בעבר להשיג רק באמצעות שכפול מערכת מסיבי.

עבור מהנדסים יוצאים לתכנון כזה, המחסומים המרכזיים ברורים: להתחיל בניתוח אשמה יסודי, לבחור תוכנית ריצוף כי מתאים את מגבלות SWaP שלך, ותכנן אימות קפדני של הלוגיקה תיקון עצמו.הדרך למגירה נתונים אוטונומית, עצמית של שכפול הוא תובעני, אבל התמורה במערכת חוסן הוא בלתי ניתן להכחיש.