Uzay Misyonlarında Adcs'in Uzun vadeli doğruluğuna dair Dijital Kalibrasyonun Rolü

Uzay Misyonlarında ADC'lerin Uzun vadeli doğruluğuna dair Dijital Kalibrasyonun Rolü

Uzay misyonları, sensör verilerini gezinmek için sadık bir şekilde satın almaya, bilimsel deneylere ve uzay aracı sağlığını izlemek için. Her ölçüm zincirinin kalbinde bir görevin süresi üzerinde performans bozulmaya tabi tutulur. Aşırı radyasyon, sürekli fiziksel fenomenler – gerilim, sıcaklık, radyasyon flux – dijital işlemcilere dayanan sayısal değerler, kontrol edilemez ve analiz edebilir.Bu nedenle, dijital bir uygulamanın ömrünün sonuna kadar performans bozulmaya tabi olabilir.

Uzay Misyonlarında ADC'leri Anlamak

ADC'nin temel işi, analog bir giriş gerilimine ayrı bir dijital kod atamak.Geçmiş kodu tam olarak belirlemek için giriş gerilimi oranı ve bazıları kararları tanımlar - örneğin, 12-bit ADC 2^{)^{)^{,096 farklı seviyeler. Uzayda, ADC'ler, telemetri, tutum kontrolü (sun sensörleri, yıldız takipçileri), çevresel izleme (kıtlama, basınç, vibrasyon) ve ödeme araçları, magnetometreler, radarlar, performans gereksinimlerine göre değişir.}}}

Devlet ADC-s, yüksek miktarda iyonize doz (TID) ve tek bir kurtarma etkisi (SEE) ile birlikte, bu sertleştirilmiş parçalar parametreyi yavaş yavaş yavaş yavaş ve düşük Dünya yörüngesinde 150 °C'yi düşük alan yörüngede veya daha derin bir boşluk problarında tolere etmek için geri kazanmaktadır.

Uzun vadeli doğruluk meydan okuması

Radyasyonun Indüktör

Ionating radyasyon, vücutlarında sıkışık suçlamalar ve CMOS ADC'lerin sığaması, eşk gerilimler ve parasitik kapasitanslar gibi ortaya çıkıyor (bazen on milivoltaik olmayan dinamik aralıklarda) ve integral olmayan değişikliklerle (DNL, INL) Yüksek çözünürlüklülar için (yüzde 16 bit) Bu süreyi telafi etmeden veya küçük DNL değişiklikleri eksik kodlar veya bu seferleri üretebilir.

Extreme Sıcaklık Variations

Uzaylı hava sıcaklığı hızlanıyor - Dünya yörüngesinin karanlık tarafında +125°C'ye Merkür yakınlarında doğrudan güneş ışığıyla, ADC parametreleri doğal olarak hassastır: bandgap referansları, komparlar ve daha iyi bir şekilde bağlantı kurmayları.

Ağlama ve Bitirme Giyinme

Elektromigration, sıcak-carrier enjeksiyonu ve oksit yavaş yavaş yavaş transistör özelliklerini radyasyon olmadan değiştirir. Uzayda, bu yaşlanma mekanizmaları, vakum, sıcaklık ve vibrasyonun bir araya gelmesiyle dolurüverir. 15 yıllık Jüpiter görevi sırasında, örneğin, basit bir 8-bit ADC'nin hatasını 0.1 LSB'den 1.5 LSB'ye kadar artırabilir.

Dijital Kalibrasyon Nedir?

Dijital kalibrasyon, ADC'nin çıktısını veya dağıtımsız davranış için dijital sinyal işleme kullanarak içsel parametrelerini doğru bir şekilde düzelten herhangi bir algoritma veya yönteme işaret eder - dengeleme, kazan, doğrusal olmayan hatalara uyum sağlar.

Foreground vs. Plan Kalibrasyon

[FONT=0)Foreground kalibrasyon[[Dönetici:0) Bilinen referans sinyalini enjekte etmek için normal dönüşüm kesintiye uğratmaktadır - örneğin, sürekli ölçeklendirme sensörleri için analog zemin uygulayın. Sistem daha sonra kayıtlarda düzeltme katları ve mağazaları hesaplar.Bu yöntem basit ve doğru, ancak sürekli değerlendirme sırasında veri satın almayı durdurur.

[FONT:0)Background kalibrasyon[[Dönetici:0)[Dönetici) normal dönüşümle eş zamanlı olarak çalışır, genellikle bir tekniği kullanarak:

[FONT:0)Pseudo-random enjeksiyonu: Küçük bilinen bir dither sinyali girdiye eklenmiştir ve sonra dönüşümden sonra dijital olarak çıkar.ADC çıktısını dither ile korelasyona sokarak, sistem arka planda dengelenebilir ve hataları kazanabilir.
[FONT:0)Kur'an çifte örnekleme (CDS): ), ADC'nin referans gerilimi düşük frekanslı gürültüyü iptal etmek veya dengelemek için değiştirildi.
[FOC mimarisi: [DÜDÜDÜSÜDÜSÜSÜŞÜNÜ:0) ADC iki paralel kanala bölünmüştür; çıktıdaki herhangi bir fark, dijital filtre tarafından düzeltilebilecek yanlış bir hataları ortaya çıkarır.

Arka plan kalibrasyonu uzay için tercih edilir, çünkü veri sürekliliğini feda etmiyor, ancak dijital mantıka karmaşıklaştırır ve kalibreli motordaki yumuşak hataların karşıtlanması gerekir.

Kendi kendine özgü yöntemler ve referans tabanlı yöntemler

Birçok modern ADC, bilinen referanslar serisine geçiş yapabilir (örneğin, 0, V[FLT 1:0) ve bazı dijital referanslar (Dönetici) ile ilgili olarak, bazı dijital referanslar ile birlikte, diğer referanslar (Dönetici) ile birlikte, diğer bir referans sistemi ile birlikte, diğer bir referans sistemi ile birlikte, diğer bir referans sistemi ile birlikte, diğer bir referans sistemi ile birlikte veya diğer bir şekilde sabitlenir.

Uzayda Dijital Kalibrasyonun Faydaları

[FONT:0) Yaşam süresi boyunca Aydınlanma: Gerçek zamanlı düzeltme, ADC'nin belirtilen değere yakın (ENOB) sayısını, hatta yıllarca süren radyasyon maruziyetine yakın tutarken, ADC genellikle yaşamın sonunda 11 etkili bit teslim edebilir, ancak güvenilmez bir kısım 9 bite düşebilir.
[FONT:0)Redük Bakım ve Misyon Maliyeti:[Dönetici:0) Fiziksel bir yeniden ayarlama, bir uzay aracı başlatılırken, Dijital kalibrasyon, ADC'yi büyük güvenlik marjlarıyla tasarlayabilir.
[FONT=0) Misyon Aşamasına Uygunluk:[Dönetici:[Döneticiler, bir güneş ışığından sonra, bir termal geçiciden sonra veya kırmızı kutular arasında geçiş yaptıktan sonra güncellenebilir.
[FONT=0) Sistem Yaşama Yönelik Bakış:[Dönlendirme: [Dönetici:0)Değişme için, dijital kalibrasyon, ADC'nin operasyonel ve gerçek bir şekilde orijinal tasarım hayatının ötesinde bir işletime devam edebilir. Bu, yedeklerin imkansız olduğu temel görevler için kritiktir.
[FONT=0)Yenilenebilirlik: [Dönetici: [Dönetici:0)) Aynı ADC her ölçüm dizisinden önce kalibre edildiğinde (örneğin, uzun bir boş dönemden sonra, sistem mükemmel bir istikrara ve tekrarlanabilirliğe ulaşır, uzun vadeli trend analizi için gerekli olan.

Uygulama Stratejileri

FPGA-Based Düzeltme vs.

Bazı radyasyonlu ADCs şimdi, dijital kalibrasyon motoru doğrudan ölülerde entegre eder. Bu, en basit yaklaşımdır: kullanıcı kayıt birazını ayarlayarak kalibrasyonunu sağlar ve iç devlet makinesi rutini çalışır, önceden kullanılmamış bir polinom lineerasyonun düzeltilmesini sağlar.

Kalibrasyon Döngüsü

Kalibrasyon frekansı beklenen sürüklenme oranına ve görev aşamasına bağlıdır.Başlangıçtan sonra (outgassing faz), sürüklenme daha hızlı, bu yüzden haftalık kalibrasyonlar kullanılabilir.Bir uzay aracının hassas referanstan bilinen bir gerilimin ölçtüğü zaman, ve bir şekilde sabitlenmiş bir şekilde sabitlenebilir.

Hata düzeltme kodları ve Redplace

Uzaylı ADCs genellikle üç-modular kırmızı yedekli (TMR) veya ikaseli kontroller (CRC) tarafından, kalibrasyon parametrelerinden tek bir şekilde bozulmayı önlemek için inşa edilmiş kodlar (SEU) bellekte depolanır.

Teknolojik Bakışlar

Radyasyon Sertleşmiş Bileşenleri

Kalibrasyon yolundaki her bileşen - ADC kendisi, referans gerilim kaynağı, birden fazla eksen (önemli referans seviyelerini enjekte etmek için kullanılır), ve dijital mantık - radyasyona dayanıklı veya en az radyasyona bağlı olarak V. Referans özellikle kritiktir; afrozasyon işlemi işe yaramaz referansı. Commonly used space-ized reference reference reference reference reference levels) ve ADR4525 (2.5 V, tipik radyasyon performansı verileri ile kullanılabilir).

Kalibrasyon Referans Kaynağı

Bir kalibrasyon rutininin bilinen, istikrarlı bir analog gerilime ihtiyacı vardır. En basit yaklaşım, ADC'nin kendi referans girişini bir kalibrasyon kaynağı olarak kullanmaktır, ancak bu sadece ADC'den daha istikrarlı bir şekilde şarj edilmesi durumundadır. Yüksek öncelikli bir ultra-drasyon için, mutlak bir gerilimin yukarı doğru sürüklenmesi garanti edilir.

Algoritma Kompleksi ve Güç Konsolları

Uzay sanatı sınırlı güç bütçeleri var - tipik bir bilim aracı 5-10 W toplam olarak tahsis edilebilir. Dijital kalibrasyon mantığı, boş zaman boyunca aktif olan düşük frekanslı mantıkla uygulanmalıdır. (çok az sayıda milijouls) ve en verimli yaklaşım sırasında kalibrasyon motoru kapatılabilir.

Future: Adaptif ve Akıllı Kalibrasyon

Bir sonraki uzay ADCs, telemetriye dayanan kalibrasyon parametrelerini tahmin etmek için makine öğrenimine dahil edebilir (sıcak, bir doz, zaman). Bir eğitimli sinir ağı referans sinyalleri enjekte etmek için gerekli olan en iyi düzeltme katlarını tahmin edebilir, doğrulayıcıların gerçek zamanlı olarak, takviye edici görevlerin yükünü azaltılabilir.

Başka bir eğilim, ADC çipinde yerleşik sensörlerin (sıcak diyotlar, radyasyon dosimeters) kullanımıdır ve ESA ve NASA tarafından uzay için uyarılır.

Dış bağlantılar için daha fazla okuma için

[[0)Texas Instruments, “ADC Kalibrasyon Teknikleri Hassasiyet Ölçümü için, Uygulama Raporu SBAA209[Dön ve arka plan kalibrasyon temelleri.
[FONTA Stateof-the-Art of Small Spacecraft Technology, 2021 Edition (elektronik üzerindeki radyasyon etkileri üzerine bölümler) ) – ADCs üzerindeki etkisi üzerine bağlam sağlar.
[0]IEEE, “A Radyasyonun 16-Bit 1-MS/s SAR ADC, Uzay Uygulamaları için Arka Plan Kalibrasyonuyla”, 2018[Dönetici 1 )
[FOC Kalibrasyon: Nasıl, Neden ve Ne Zaman” Uygulama Not 4342[Dönetici:0) - Kalibrasyon ticaret-offlarını anlamak için genel genel bakış kullanışlı.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Dijital kalibrasyon, görev süresi boyunca vazgeçilmez bir teknik haline geldi - genellikle uzay keşifleri için basit bir foremperyalist sürüklenme veya sıcaklık varyasyonları ile yaşlanmak, telemetri ve bilimsel veriler, yalnızca donanıma bağlı olarak çözülebilen bir problem için güvenilirdir. Uzaylı keşifler veya daha akıllı bir yüzeysel olmayan, daha akıllı bir şekilde dekore edilen dijital kalibrasyonlar için uygulanan daha akıllı bir teknik olarak, dijital kalibrasyonlar, pratik ve düşük ücretli bir çözüm sunar.