COTS元件也能上太空　塑膠/陶瓷封裝增強耐輻射效能(2)

太空乙太網路收發器

(承前文)乙太網路通訊協定支援固線通訊和更高的資料傳輸速率，並可確保衛星與其他太空飛行器之間的互通性，因此在太空飛行器系統中愈發普遍。隨著乙太網路在太空領域的應用範圍不斷擴展，為相關元件提供耐輻射效能也成為無法忽略的問題。Micropchip的VSC8541RT為業內首款太空級乙太網路收發器，可利用COTS解決方案來實現耐輻射設計，能夠為推進火箭、衛星星座和太空站等多種應用帶來可靠的效能表現。

Micropchip的COTS耐輻射元件經過優化，具有更加強大的耐輻射效能。該公司利用品質控制流程來生產這些產品，並為這些產品採用塑膠和陶瓷封裝，以及與工業元件相同的接角分配。如此一來，設計人員可以在改用太空級元件之前利用COTS元件開始實施設計，大幅減少開發時間和相關成本。

VSC8541RT收發器是一款具有GMII、RGMII、MII和RMII介面的單連接埠Gigabit乙太網路銅PHY，其耐輻射效能已經過驗證並記錄於報告中。該產品在溫度為125°C時可呈現出LET_eff=78MeV-cm²/mg的出色抗閂鎖效能，而TID則通過了劑量達100Krad的輻射測試。此外，Mircochip也利用相同的耐輻射晶片和封裝推出VSC8540RT收發器，可實現100Mbps的有限位元速率，且同樣支援塑膠或陶瓷版本的封裝。

Microchip的耐輻射乙太網路收發器元件具有整合線路側端接功能，可有效地節省電路板空間、降低EMI並提升系統效能。此外，整合的RGMII時脈補償還免除了對內建延遲線(Delay Line)的需求。

Microchip的EcoEthernet v2.0技術支援IEEE 802.3az高能效乙太網路(EEE)和節能功能，可根據鏈路狀態和線纜距離降低功耗，而VSC8541RT則對所有鏈路運行速度下的功耗進行優化。一種LAN喚醒(WoL)功耗管理機制，可利用指定的魔法封包(Magic Packet)使PHY脫離低功耗狀態。

面向高可用性網路的快速鏈路故障(Fast Link Failure, FLF)指示功能，通常可在不到1ms的時間內識別出剛剛發生的鏈路故障，反應速度遠遠超過IEEE 802.3標準中所要求的750ms±10ms(鏈路主元件)。使用增強型FLF2狀態機，可以更加靈活地監視潛在的鏈路故障事件；該狀態機可針對有可能在10µs內斷開的鏈路發射相應訊號，其效能優於FLF指示功能。

該元件包含了面向同步乙太網路應用的恢復時鐘輸出以及可程式設計時鐘靜噪控制功能，可禁止不必要的時鐘傳播並有助於防止出現時脈迴路。在1000BASE-T模式下，環復原(Ring Resiliency)功能可支援PHY埠在無鏈路丟失的情況下在主從時脈參考之間切換。

太空MCU

憑藉相同的COTS至耐輻射升級流程，Microchip面向太空應用提供8位元AVR到32位Arm微控制器(MCU)解決方案，其SAMV71Q21RT Arm Cortex-M7和SAM3X8ERT Arm Cortex-M3耐輻射MCU可提供Dhrystone MIPS(DMIPS)效能，並支援包括乙太網路和CAN FD在內的多種通訊介面。

Arm Cortex-M7 SoC架構已透過SAMV71Q21廣泛部署於各種汽車應用當中。隨著SAMV71Q21RT抗閂鎖和30 Krad TID耐輻射版本滿足太空應用的需求，Microchip憑藉Arm Cortex-M7再次向太空市場推出一款可擴展解決方案。藉由將COTS初始設計升級為擁有抗輻射加固級別的特定設計，此SoC架構達到了能夠消除任何單粒子效應(SEE)錯誤，例如單粒子功能中斷(SEFI)或單位元翻轉/多位元翻轉(SBU/MBU)的穩健性水準。

SAMRH71是如今市面上推出的第一款基於Arm Cortex M7的耐輻射微處理器。該產品無須採用非太空元件所需的大量緩解技術，即可為開發人員帶來單核心處理器的簡便特性以及先進架構的強大效能。

將數位類比轉換器、類比數位轉換器與強大的處理器核心整合在一起，是應對全新的太空應用挑戰的關鍵一環。

抗輻射加固元件將使用標準的Arm Cortex-M7架構，以及與汽車和工業處理器相同的周邊。如此一來，開發人員能夠在開發過程中使用COTS元件，並在改用耐輻射元件之前，採用面向消費性元件的標準軟體和硬體工具，以此降低系統開發成本並優化開發進度。

SAMRH71將太空連接介面與超過200DMIPS的高效能架構進行融合。該晶片支援SpaceWire、MIL-STD-1553、CAN FD以及採用IEEE1588廣義精確時間協定(gPTP)介面的乙太網路，專門面向高輻射效能、極端溫度和高可靠性應用。該元件完全符合MIL標準Class V和Class Q高可靠性等級要求，這有助於系統滿足各種嚴苛的合規要求。

除了具有數位訊號處理(DSP)功能且計算能力超過100DMIPS的處理器單元之外，SAMRH707 MCU還支援類比功能，並應用占用空間較小的太空連接介面，專門面向高輻射效能、極端溫度和高可靠性應用。

SAMRH707具有高整合度，其中嵌入靜態隨機存取記憶體(SRAM)和快閃記憶體、高頻寬通訊介面以及類比功能元件，例如12位元ADC和DAC。

為了縮短系統設計流程，開發人員可以使用SAMRH71F20-EK和SAMRH707F18-EK評估板。Microchip的全方位生態系統包括MPLAB Harmony工具套件和面向太空應用的協力廠商軟體服務，可為旗下的SAMRH707和SAMRH71太空處理器提供支援。公司的整合式開發環境(IDE)可為這兩款Microchip元件提供開發、除錯和軟體程式庫方面的支援。這兩款元件受到MPLAB Harmony 3.0版的支援。

SAMRH71陶瓷封裝元件採用CQFP256元件，具有QMLQ(SAMRH71F20C-7GB-MQ)和QMLV(SAMRH71F20C-7GB-SV)等效認證級別，支援批量生產，另可選用CQFP164陶瓷封裝的SAMRH707。對於涉及大批量生產和成本優化結構的應用，SAMRH71和SAMRH707均適用於採用焊球陣列(BGA)塑膠封裝的印刷電路板設計或評估。

將這些符合汽車和工業應用標準的MCU和收發器升級為耐輻射型太空應用元件，能夠使開發人員在改用太空級元件之前就利用COTS元件開始實施設計，進而大幅縮短開發時間並降低相關成本。

(本文作者為Microchip航太和國防事業部技術行銷經理)

COTS元件也能上太空　塑膠/陶瓷封裝增強耐輻射效能(1)

COTS元件也能上太空　塑膠/陶瓷封裝增強耐輻射效能(2)