СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 2011-3

П РОБЛЕМЫ РАЗРАБОТКИ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ МИКРОСХЕМ ДЛЯ КОСМИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ В последнее время возникла необхо димость существенного повышения качества, надёжности, радиационной стойкости электронной компонент ной базы (ЭКБ) для космических сис тем [1–4], в том числе, путём создания специализированных ИС различной степени интеграции [5–7]. Обактуальностиуказаннойпроблемы можно судитьповключениюв тематику IV Всероссийской научно технической конференции «Проблемы разработки перспективныхмикро инаноэлектрон ных систем– 2010» нового научного на правления «Проектирование радиаци онно стойких СБИС и элементной базы для космического применения», а также сделаннымнаконференциипленарным и аналитическимдокладам [8]. Анализимеющейсяинформациипоз воляет сделать вывод о том, что одна из главных задач, возникающих при изго товлении космической аппаратуры, за ключается в проектировании и произ водстве интеллектуальных датчиков физических величин, содержащих чувствительный элемент, устройства предварительнойаналоговойиоконча тельнойцифровойобработкисигналов. Так, на летательных космических и авиационных аппаратах число дат чиков обычно составляет от 250 до 2000 в зависимости от типа объекта. Различные диапазоны регистрируе мых параметров и сильно отлича ющиеся условия эксплуатации обу славливают многообразие преобра зователей физических величин в электрические сигналы, хотя доми нирующее положение занимают тен зорезистивные, пьезорезистивные и емкостные датчики [9–11]. Во многих интеллектуальных датчиках допусти ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 56 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2011 Универсальная аналоговая микросхема для датчиков космической аппаратуры Олег Дворников, Владимир Чеховский, Валентин Дятлов (г. Минск, Беларусь) Рассмотрены особенности схемотехники и применения радиационно стойкой микросхемы, осуществляющей первичное преобразование сигналов чувствительных элементов датчиков физических величин. мо унифицировать цифровую обра ботку, но из за различных характе ристик первичных преобразователей для предварительной обработки сиг налов необходимы аналоговые уст ройства, оптимизированные для ра боты с конкретным чувствительным элементом. Проектирование аналоговых уст ройств затрудняет наличие у ЭКБ, при меняемой в условиях космического пространства, следующих особеннос тей [7]: ● крайне малая серийность (от 10–15 до 100 000 шт.) на протяжении всего жизненного цикла изделия; ● высокие требования к надёжности; ● стойкость к воздействию космичес ких излучений; ● расширенный температурный диа пазон (–60…125 ° С). По мнению разработчиков косми ческих систем, ключевой задачей при создании ЭКБ для аппаратуры ракет но космической техники и систем ди станционного зондирования земли яв ляется обеспечение приемлемой стои мости малосерийного производства широкой номенклатуры микросхем, длительного жизненного цикла, на дёжности и стойкости к дестабили зирующим факторам космического пространства [7]. Известно, что создание специализи рованных аналоговых устройств на микросхемах общего назначения при водит к недопустимому для космичес ких применений росту массогабарит ных параметров, снижениюуровня на дёжности и радиационной стойкости аппаратуры. С другой стороны, разра ботка заказных микросхем обычно экономически целесообразна только при значительных (более 100 тыс. шт. в год) объёмах выпуска. В то же время существуют экономи чески рациональные методы проекти рования и производства аналоговых микросхем с малым объёмом выпуска: ● программируемые (потребителем) аналоговые микросхемы (ПАИС) ти па ispPAC и аналоговые подсистемы ПЛИС ispPAC Power Manager фирмы Lattice Semiconductor, ПАИС фирмы Anadigm [12, 13], аналоговые подсис темы систем на кристалле PSoC Cy press [14], аналоговая подсистема се мейства ПЛИС Fusion, Smart Fusion фирмы Actel [15, 16]; ● программируемые (изготовителем) аналоговые микросхемы на базо вых матричных кристаллах (БМК), в том числе радиационно стойких НБСК1501Т [17], QuickChip фирмы Maxim, АБМК_1_3 (ОАО «Интеграл», г. Минск) [18]; ● программируемые аналоговые мик росхемы на базовых кристаллах, в том числе структурные специализи рованные микросхемы (Structured ASIC) [19]. Каждый из указанных способов ре ализации микросхем обладает пре имуществами и недостатками. Так, применение ПАИС позволяет запро граммировать выполнение в микро электронном устройстве требуемых аналоговых функций прямо на рабо чемместе разработчика и с минималь ными затратами. В то же время состав и параметры доступных в ПАИС анало говых блоков обычно не удовлетворя ют требованиям космических приме нений, особенно по радиационной стойкости. Специализацию (программирова ние) БМК осуществляют путём фор мирования межсоединений на ранее изготовленных полупроводниковых пластинах с размещёнными актив ными и пассивными элементами. Межсоединения формируются на предприятии – изготовителе микро схем, а разработка осуществляется на уровне элементов, что увеличивает сроки создания специализирован ной микросхемы и не исключает ве роятность ошибок и невыполнения требований технического задания по уровню параметров и радиационной стойкости. © СТА-ПРЕСС