Misyon-kırık Uygulamaların Kendi kendini yok etmeyi Geliştirmek

Kendi kendini Yeniden Tanımlama ADC Modülleri

Analog-dijik dönüştürücüler (ADC), sistem algılayıcısı neredeyse her elektronik sistemin fiziksel dünya ile arayüzlerin sona erdiğini göstermektedir.In görev-kritik uygulamalar -avionikler, nükleer reaktör kontrolü, implant edilebilir tıbbi cihazlar ve otonom araç sensörü füzyon -ADC güvenilirlik sistemi doğrudan tespit edilebilirlik hatası, yaşamın kaybı veya çok fazla milyon dolarlık ekipman hasar kaybına neden olabilir.

Geleneksel hata tasarımları, operasyon sırasında meydana gelen hataların üstesinden gelmemektedir, veya ADC modüllerini tespit ederek, bu boşluğu tespit ederek, otonom olarak düzelterek ve mikrosaniyeler içinde - bu yaklaşımlar online olarak kalır.Bu makale, mimarileri araştırır, teknolojiler, tasarım ticaret-offlarını, ve ortaya çıkan trendleri, kendini tespit ederek, güçlü ortamlar için pratik bir gerçeklik haline getirir.

ADC Hatalarının Temelleri ve Başarısızlık Moduları

ADC'yi tasarlamadan önce mühendisler, CMOS anahtarlarında ortaya çıkan hataları anlamalıdır. Transient hataları tek başına (hard) veya geçici (yumuş) Sürekli hataların, sabit olmayanlar, yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte veya aşağı yukarı doğrultıcı hatalardan kaynaklanır.

Kendinimevleri, üç kategoriye hitap etmelidir. Kalıcı hatalar için sistem genellikle rekonatif donanıma veya dijital işlem işlemeye dayanır. Geçici hatalar için, algoritmalı düzeltme (örneğin, çoğunluk oylaması, hata yapma kodları) yeterli. Parametrik hatalar, çipler için uyarlanabilir bir kalibrasyon gerektirir.

Ortak ADC Mimarileri ve Onların Vulnerability Profilleri

Core Enabling Technologies for Self-Remate

ADC'lerde özlege tek bir sihirli devreye değil, bir donanım, yazılım ve bilgisayar tekniklerinin bir katmanına güvenmektedir. Aşağıdaki alt bölümler en olgun ve umut verici yaklaşımlar detaylandırır.

Donanım Birden Çok Seviyede Reddancy

Hata toleransının en basit şekli kırmızıdandır, ancak kendi kendini terk eden bir sistemdeki uygulanması akıllı olmalıdır. Tüm çoğaltmalı ADCs (iki alan ve güç), modern tasarımlar dağıtılmış kırmızıdan:

Dış kaynak:0)NASA Teknik Memorandum Uzay Uygulamaları için Yanlış Uyarıcılara İlişkin ADC Mimarlıklar[Döneticiler için pdf)

Kendi kendine Yapılan Testte İnşa Edilmiş (BIST) ve Hata Tespiti

ADC'nin ilk önce kırıldığını bilmesi gerekir. BIST devreleri bilinen stimuli (örneğin, hassas DC gerilimler veya rampa sinyalleri) ve dijital çıktıyı beklenen değerlere kıyasla karşılaştırır.

Gelişmiş algılama, felaket hatalarına neden olduklarından önce ince sapmalar tespit etmek için makine öğrenme sınıflandırıcıları eğitir.

Hata ve Yeniden Yapılama

Bir hata tespit edildiğinde, sistem hatalı alt bloktan ayırmalıdır ve sinyal yolunu yeniden yapılandırmalıdır. Isolation dijital kontrollü anahtarlar (transmission kapılar, analog birdenxers) hatasını kesebilir: Rekonurasyon olabilir:

Endüstriyel sektörden örnek: Xilinx (şimdi AMD) Zynq UltraScale+ RFSoC, ADCs'leri dinamik kısmi yeniden yapılandırma ile birleştirir.Eğer bir dönüştürücü dilim yüksek gürültü gösterirse, sistem FPGA kumaşını bir şekilde çip olmadan şarj edebilir.

Kalibrasyon ve Performans Kurtarma

Parametrik hatalar için (drift, dengeleme, hata kazanır), basit reddantme israflıdır. Bunun yerine, ADC'lerin sürekli dijital düzeltme katlarını ayarlayan arka plan kalibrasyon döngüsüni çalıştırın.

Dış kaynak:0)IEEE Katı Devlet Devreleri Dergisi - 16-bit Öz-Calibating SAR ADC with 0.6-LSB INL)

Misyon-Critical Uygulamaları için tasarım stratejileri

Katı güvenilirlik gereklilikleri karşılayan bir ADC inşa edin (örneğin, Havacılık veya IEC508 için endüstri güvenliği için DO-254) sistematik bir tasarım metodolojisini talep eder.

Yüksek Lisans Sistemi Mimarisinden Silikon-Süre Sistemine

Başlangıç noktası, tüm olası ADC başarısızlık noktalarını tanımlayan bir başarısızlık modu etkisi ve kritiklik analizidir.Her kritik hatanın ilgili bir onarım mekanizması olması gerekir. Sistem mimarisi daha sonra tüm kaynakları içerir:

SWaP Constraints karşı Reddans

Boyut, ağırlık ve güç (SWaP) hava yoluyla ve uydu sistemlerinde kritiktir. Mühendisler, kaç tane yedek kanalın veya alt blokların dahil edilmesi gerektiğine karar vermelidir. Ortak bir ticaret-off modüler kırmızıdan (TMR) ve çiftten bir kırmızıdanlık ile ilgili olarak, doğru bir hata düzeltme sağlarlar. TMR, analog gücü sağlar. Çift kırmızılık artı kendinden dışlama gücü% 30 oranında azaltır, ancak tespit edilmemiş bir hata sırasında algılama penceresini tanıtır.

Yazılım Kendini Yeniden Tanımladı ve Dijital Twins

Gelişen eğilimler makine öğrenme ve dijital-twin modellerini keserek hata tahmin etmek için kullanır. A dijital ikiz - ADC'nin gerçek zamanlı yazılım modeli - bu tahmin edici yaklaşım, tam donanım kırmızısı için ihtiyacı azaltır ve bu alanda güncellenebilir. Örneğin, ikizler.

Vaka Çalışması: Cube-Remateing ADC in CubeSat Telemetri

CubeSats (küçük, düşük maliyetli uydular) ADC'deki SEU'ların rutin olduğu sert radyasyon ortamlarında faaliyet göstermektedir. Tipik bir CubeSat ADC modülü, dört kanalla 12 bit SAR dönüştürücü kullanır.Kendi kendine yüklenebilir ve hatalı bir CPLD (Complex, Mantıklı bir cihaz) hata yönetimi için bir gelişme göstermiştir. CPLD haftalık bir doğrusallık kontrolüne göre 2022'ye kıyasla 8 × bir artış göstermiştir.

Dış kaynak:0)Küçük Uydu Konferansı 2022 - CubeSat Telemetri için Yanlış ADC Mimarisi[Dönemli)[[Dönemli).

Meydan ve Açık Araştırma Soruları

Önemli ilerlemeye rağmen, ADC'leri özleyemiyor, ancak anlamsız. Birkaç zorluk kalıyor.

Analog Kompleksi ve Testability

Analog redüpsiyon otomatikleştirmek zordur. Yeniden yapılandırılabilir analog routing şu anda IEEE 1149.1 (JTAG) limitleri analog öz test için kapsamlı bir BIST inşa etmek (settling time, comparator hisleri) dijital BIST'den daha karmaşıktır.

Sürekli İzlemenin Gücü

Arka plan kalibrasyon ve BIST devreleri, hiçbir hatanın olmadığı zaman bile gücü tüketmektedir. -küresel görev-kırık sondaj sensörleri (örneğin, düşük delik sondaj sensörleri), enerji bütçesi sürekli izleme izin veremez. Araştırmayı “isten-ce talep edilen” öznesizliğe – sadece bir anomali tarafından – devam etti.

Geçerlilik ve Sertifika

Güvenlik-kırık kullanım için kendini yanlış bir sistem kurmak zordur. Düzenlemeler onarım mekanizmasının kendisi hatasız olması gerekir - ancak geçiş kontrolöründeki tek bir başarısızlık tüm onarım mantığını devre dışı bırakabilir. Probabilistic sertifikasyon yaklaşımları (örneğin, hata kapsamını enjeksiyon kampanyaları aracılığıyla güvence altına almak) henüz tüm endüstriler tarafından kabul edilmez.

Future rotası ve Gelişen Teknolojiler

Bir sonraki nesil ADC'ler, bağımsız öğrenme için kural tabanlı onarımdan hareket eden, daha fazla istihbarat entegre edecektir.

Makine-Temel Tahmini Maliyet Yönetimi

Tarihsel ADC performans verileri üzerinde (paratlı sürüklenme, yaşlanma ve radyasyon etkileri dahil), sistem her bir alt bloktan zaman ayırmayı öngörebilir. Bu, bir krizden önce proaktif olarak değiştirilmesi veya yeniden ayarlama sağlar. erken çalışma, Stanford'un VLSI laboratuvarında 28-nm ADC'de hafif bir 1 katmanlı perceptron'un INL'i% 95'i sadece 500 μW kullanarak bozabileceğini göstermiştir.

InMemory ve 3D Bütünleşik Kendi Yeniden Yapılabilir

3D entegrasyonu (ADC'nin topaklığı) yeni bir tasarruf fırsatı sunuyor. Hatay analog katmanı mikro-aplaklı adres boşlukları ile yeniden ayarlanabilir ve dijital katman sağlıklı bir katmana yeniden adlandırılabilir.In-memory Computing ADCs (using RRAM or MRAM hücreleri for both storage and conversion) izin verir.

Kendi kendini Yeniden Yapan Arabimanın Standartlaştırılması

Open Compute Project ve JEDEC Solid State Technology Association gibi endüstri girişimleri, kendi kendine ait emirlerin standart arayüzlerini keşfediyor (AEAG ağına benzer). Standart bir öz yapma protokolü farklı satıcılardan çipler arasında tak-ve-play hata yönetimine izin verecek.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

ADC modüllerinin özlemi artık bir laboratuvar merakı değildir. Uzay sistemlerinde, aviyonikler ve makine öğrenimi yeteneklerinin her milisaniyesinin, akıllı kalibrasyonun ve giderek daha sofistike algılama algoritmalarının bir araya getirilmesiyle, bu dönüştürücüler daha önce büyük bir sistem seviyesindeki duplikasyon yoluyla dağıtılabilir. Süreç düğümleri doğrudan analog ön sonuna kadar gömülür ve makine öğrenimi yeteneklerine gömülür.

Mühendisler böyle bir tasarıma giriş yapmak için, anahtar çekleri açıktır: Sistem direnci ile başlayın, SWaP kısıtlamalarınızı eşleşen ve onarım mantığının titiz bir şekilde geçerliliğini planlamanız gerekir.Gerçekten otonom, öz-healing data dönüştürücüye giden yol talep edilir, ancak sistem direncinde ödeme yapılabilir.