우주선 항공 전자 장치에서 중복 I2C 사용

최근 에 JPL x2000 항공 전자 공학 개발 프로젝트에 대해이 보고서 를 읽었으며 , 상용 실리콘을 사용하여 모듈 형 항공 전자 플랫폼을 개발하여 비용과 전력을 절감했습니다. 그들은 우주선의 모든 전자 장치를 연결하는 두 개의 중복 프로토콜 아키텍처를 선택했습니다. 고속 1394 버스는 대용량 데이터에 사용되는 반면 I2C 버스 (100khz)는 저 대역폭 제어에 사용됩니다. 이것은 모든 노드가 서로 통신 할 수있는 다중 마스터 버스로 구성됩니다.

하나 이상의 센서에 I2C를 사용하지는 않았지만 거리 제한이 심각하다는 것을 알고 있습니다. 우주선 안에 상당한 길이의 배선 장치가있을 수 있습니다.

두 개의 중복 I2C 버스를 갖는 것 외에도 각 장치에는 여기 와 여기에 묘사 된 버스와 메인 칩을 분리하는 맞춤형 ASIC이 있습니다 . 이 칩은 아마도 일종의 컨디셔닝을 제공합니까?

누구든지 대형 차량 내 통신을 위해 하나의 PCB 내 통신용으로 설계된 프로토콜을 사용하기로 선택한 이유를 설명 할 수 있습니까?

나는 단 하나의 명확한 대답이 아니라는 것을 알고 있지만 그러한 종류의 선택에 어떤 요소가 있는지에 관심이 있습니다.

예, I2C에는 길이 제한이 있지만 이들이 의도 한 것은 우주선과 다른 우주선 주위에 배치 된 센서와 통신하는 것이 아니라 같은 서브 시스템 내에있는 같은 보드의 다른 IC와 통신하는 것입니다. 관련 시스템. 오늘날 대부분의 IC는 I2C를 통합하는 반면, 데이터 속도와 거리는 한계로 볼 수 있으며, 다른 IC와의 온보드 통신을 위해 매우 안정적인 데이터 전송 및 제어 방법을 제공합니다. 전력 관리 기능 (PMIC), 온보드 온도 센서, MEMS 기반 가속도계 및 자이로와 같은 IC는 몇 가지 예를 들어 실행 가능한 경쟁자입니다.

• 단 하나의 PCB 엔드 포인트가 아니라 짧은 400pF 링크 최대의 멀티 드롭 포인트로 설계되었습니다 . 스위치를 사용하는 버퍼 나 리피터없이 최대 15m까지 가능합니다.
• I2C는 근거리 통신을위한 단거리 저 대역폭 센서 (몇 m) 및 IEEE 1394 고속 링크를위한 것입니다.

보고서에서 개선 된 사항 **

• 두 버스는 모두 다중 마스터이므로 대칭 확장 가능 및 분산 아키텍처를 지원합니다.

• 프로토콜 계층이 I2C 버스에 추가됩니다. 이 프로토콜에는 주소 뒤의 바이트 수와 데이터 뒤의 2 개의 CRC 바이트가 포함됩니다. X2000 디자인은 또한 특수한 하드웨어 메시지 명령을 사용하여 중요한 기능을 제어합니다. 이러한 메시지의 경우 하나 이상의 보호 계층을 제공하기 위해 명령이 전송되고 보완됩니다.

• 버스 정전과 같은 치명적인 장애 조건에서는 두 COTS 버스 세트가 모두 실패하여 노드 간의 모든 통신이 유실 될 수 있습니다. 통신을 다시 설정하기 위해 각 노드는 일련의 링크 활성화 / 비활성화 활동으로 구성된 분산 복구 절차를 실행할 수 있습니다.

• 치명적인 오류의 원인이 항공 전자 시스템 내에 있지 않을 수 있으므로 분산 복구 절차가 성공할 것이라는 보장은 없습니다. 따라서이 방법은 우주선을 구하는 마지막 수단 일뿐입니다.

의견

• 마지막 지점은 버스 드라이버 및 케이블을 의미합니다. 저자는 공간 및 시스템 방사 EMI 모래 선택 케이블 또는 BER 대 불완전 성 레벨과 같은“신호 무결성”과 관련된 주제를 언급하지 않았다는 사실에 놀라지 않습니다.
• 신호 무결성 및 오류율에 대한 정보 억제로 인해 보고서에 결함이 있다고 생각합니다.
• 모든 보고서는 OSI 7 계층의 물리 계층 1 위에있는 디지털 계층입니다.
• 그러나 그들이 전문가 나 아날로그 데이터를 가지고 있지 않다는 의미는 아니며 단지보고 된 것이 아닙니다.
• 비용, RAD 강화 COTS의 가용성 및 저전력을 기반으로 I2C를 선택 했으므로 신호 무결성 문제를 잘 관리했다면 강력한 오류 감지 / 수정 / 복구 중복 설계에 크게 의존 할 필요가 없습니다.
• 개방형 콜렉터 드라이버가 수동 R 풀업 대신 전류 소스 풀업과 같은 신호 마진을 향상시키는 데 사용할 수있는 일치하지 않는 종단 방법이 있습니다.

일화

이것은 80 년대 중반에 EMC 테스트 방법에 대한 기업 설계 표준 및 전도 노이즈, 방사 ESD, 방사 버스트 RF, 100kHz 자기장에서 스윕 된 RF에 대한 평면파 방사 허용 수준에 대한 기업 설계 표준 업데이트에서 버로우즈를 지원 한 영역입니다. 1kW 랙 장착형 앰프가있는 자기 코일과 10 ^ 10 비트에서 0 비트 오류를 ​​검증하기위한 서보 E- 필드 플랫 응답을위한 옵토 피드백이있는 십이 면체 플랫 안테나를 사용하여 매우 높은 필드 강도에서 x GHz 방사 필드까지.

NXP는 I2C 라 불리는이 2 선 표준의 속성을 다음과 같이 정의합니다.

• 매우 낮은 전류 소비
• 높은 노이즈 내성.
• 넓은 공급 전압 범위.
• 넓은 작동 온도 범위.

그러나 이는 케이블 커패시턴스와 케이블의 선택 및 길이, 근처의 일시적인 고전류 레벨 또는 높은 슬 루율 전압, 드라이버 유형 활성 50ohm CMOS 버퍼 유형 또는 전류 소스 터미네이션 및 다양한 변형에 의해 제한됩니다.

NXP 사양에 따르면 100kHz에서 100pF까지의 부하에 대한 문제는 없으며, 이는 페어의 임피던스에 따라 일반적으로 20pF / ft 일 수 있으며 100Kbps에서 최대 100pF ~ 400pF를 처리하기위한 각주입니다.

그것이 내가 가장 높은 임피던스 트위스트 페어 (240 ~ 300 +)를 선택한 다음 래치 업 보호 기능이있는 정전류 싱크를 사용합니다.

어쨌든 경험 전송 라인 설계 엔지니어는 이러한 단거리 링크의 신호 무결성을 설계 / 스트레스 테스트하고 검증해야합니다.

추가

Stanford Engineering의 학생들은 버스에서 멀티플렉싱 된 복구 옵션을위한 전력 재순환을위한 와치 독 타이머 및 비트 뱅킹 포트를 포함한 우주 통신 향상을 개발했습니다.

의견

주요 문제는 비트 오류율에서 "신호 무결성"이 아니라 감마 방사선 임펄스로 인한 하드 오류로 인해 이러한 높은 에너지의 높은 V / um 필드 강도로 인해 대형 리소그래피 CMOS 장치에서도 래치 업을 유발할 수 있습니다. 펄스. 내 경험에서 얻은 복구 방법은 80 년대 초 MTS 테스트 홈에서 Project IDA의 25kV ESD에 대한 내 경험에서 올바르게 구현되었습니다.

일화

프로젝트 IDA는 Winnipeg Interdiscom Inc.의 R & D 벤처입니다. 유료 TV, 그래픽 기상 데이터, 의견 조사, 디지털 전화 통신, 디지털 전화 통신, 전나무 / 강도 경보, 미터 판독, 고속 직렬 데이터 용 유선 키보드 및 2 를 갖춘 맞춤형 ISDN 광대역 WAN에 참여했습니다 건조한 겨울에 진공관 TV 정전기와 손가락에서 셋톱 박스까지 ESD의 아크 1 초! 세계에서 100 대 가정에 RF를 통해 양방향으로 테스트 한 첫 번째 규모의 SCADA DS1 (1.544Mbps)이었습니다. 시스템 테스트, 다양한 BER 테스트 장비 및 전체 양방향 네트워크 상태 모니터링의 설계 및 제조를 담당했으며 우리 팀은이를 작동 시켰습니다. 이 100 개의 주택은 모두 TDM DS1 트리 / 버스 토폴로지를 위해 1 개의 동축 케이블과 2 개의 RF를 공유했습니다.

그것은 결국 Scientific Atlanta, Intellivision 및 필라델피아에있는 몇몇 다른 회사를 소유 한 회사에 판매되었습니다.