Uzay aracı aviyoniklerinde gereksiz I2C kullanımı


10

Geçenlerde bu raporu okudum , maliyeti ve gücü azaltmak için ticari silikon kullanarak daha modüler aviyonik platform geliştiren JPL x2000 aviyonik geliştirme projesi hakkında . Uzay aracındaki tüm elektroniği birbirine bağlayan iki yedek protokolün mimarisini seçtiler. Büyük veri için yüksek hızlı 1394 veri yolu kullanılırken, düşük bant genişliği kontrolleri için I2C veri yolu (100khz'de) kullanılır. Bu, her düğümün birbiriyle iletişim kurabileceği çok ana veri yolu olarak yapılandırılmıştır.

I2C'yi tekli sensörlerden daha fazla kullanmadım, ancak anladığım kadarıyla ciddi mesafe sınırlamaları var. Bir uzay aracı içinde, önemli uzunlukta kablo demetleri olabilir.

İki yedekli I2C veriyoluna sahip olmanın yanı sıra, her cihaz, burada  ve burada gösterilen ana çip arasında veri yolu sağlayan özel bir ASIC'ye sahiptir . Bu çip belki de bir çeşit kondisyonlama sağlıyor mu?

Herkes neden büyük bir araç içinde iletişim için bir PCB içinde iletişim için tasarlanmış bir protokol kullanmayı seçmiş olabilir açıklayabilir?

Muhtemelen tek bir kesin cevap olmadığını biliyorum, ama bu tür bir seçimde hangi faktörleri duymakla ilgileniyorum.


3
Senin gibi ben de bu seçim beni şaşırttı. Uzun I2C otobüsleri ile zor zamanlar geçirdim: Aşırı büyümüş bir I2C otobüsünün anıları .
Nick Alexeev

4
Her şey kapasitif yükleme ve saat hızı ile ilgilidir. I2C aralığını genişletmenin birçok yolu vardır, işinize yarayabilecek bir uygulama notu: maximintegrated.com/en/app-notes/index.mvp/id/6208 Nasa çabaları saat hızını 100kHz'e düşürdü ve ben 10kHz kadar düşük başarılı uzun kablo uygulamaları gördüm. Düşük saat frekansı ile ilgili en büyük sorun, gerekirse SMBUS uyumluluğunu korumaktır. Bu da yardımcı olabilir: nxp.com/docs/en/application-note/AN10658.pdf
Jack

2
@Bruce Deneyimlerime göre, I2C otobüsünün önemli uzunluğu 1 metreden başlıyor. Bu, veri yolu kapasitansı ve parazit alımının bir sorun haline gelmeye başlayabileceği yerdir. Kapasitans ve parazit, elbette tamponlar ve ekranlama ile azaltılabilir. Kişi birden fazla azaltmayı düşünmeye başladığında, "Neden I2C'yi kullanım amacının ötesine uzatıyoruz? Neden bizim ürün yelpazemize yönelik bir iletişim veriyolu kullanmıyoruz?" Diye merak etmeye başlar.
Nick Alexeev

2
electronics.stackexchange.com/questions/106265/… "100 kHz'de, iyi bir hata kurtarma protokolü ile temel kablolar kullanılarak 25 metreye kolayca ulaşılabilir. CAT5 kablosuyla bir kez 100 metreye bile ulaşmayı başardık"
Bruce Abbott

2
Havacılık ve uzay donanımları üzerinde çalıştım (çoğunlukla PCB düzeni), I2C'nin hem daha iyi gürültü reddi hem de uzun kablo çalıştırma desteği olan RS-485'in üzerinde seçildiğine şaşırdım. Bence çok-ustalık yönü daha önemli bir konuydu. 485 daha fazla destekleyici bileşene ihtiyaç duyar. I2C bir kraliyet PITA olsa da, önemli şeyleri
bırakmadan

Yanıtlar:


1

Evet, I2C ile bir uzunluk sınırlaması var, ancak bence bunun için istedikleri şey, uzay aracı ve diğer uzay aracı etrafına yerleştirilmiş sensörler ile iletişim kurmak yerine, aynı alt sistemdeki diğer IC'ler veya aynı alt sistemdeki panolarla iletişim kurmaktır. ilgili sistemler. Günümüzde çoğu IC, I2C'yi içerecekken, veri hızları ve mesafe sınırlamalar olarak görülebilirken, diğer IC'lerle yerleşik iletişim için son derece güvenilir bir veri aktarımı ve kontrolü yöntemi sağlar. Güç yönetimi fonksiyonları (PMIC), dahili sıcaklık sensörleri, MEMS tabanlı ivmeölçerler ve jiroskoplar gibi IC'ler sadece birkaçını belirtmek gerekirse, I2C uygulanabilir bir yarışmacıdır.


İlk başta aynı düşüncelerim vardı, ama sonra s.5'teki blok şemaya daha yakından baktım. I2C otobüslerinden biri [bu blok şemasında birden fazla var] 1394 otobüsü ile paralel çalışıyor,
Nick Alexeev

Artıklık var @NickAlexeev
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

-1
  • O edildi tasarlanmamış bir PCB bitiş noktası ama kısa 400pF bağlantı max üzerinde oldukça çok sayıda multidrop noktalarına. Hangi anahtarlar kullanarak tamponlar veya tekrarlayıcılar olmadan muhtemelen 15m'ye kadar olabilir.
  • I2C kısa mesafeli düşük bant genişliği sensörleri (birkaç m) ve daha uzun mesafeli iletişim için IEEE 1394 yüksek hızlı bağlantı içindir

Rapordaki geliştirmeler **

  • Her iki otobüs de çok masterlıdır ve bu nedenle simetrik ölçeklenebilir ve dağıtılmış mimarileri destekler.
  • I2C veriyoluna bir protokol katmanı eklenir. Bu protokol, adresten sonra bir bayt sayısı ve verilerden sonra iki CRC baytı içerir. X2000 tasarımı ayrıca kritik işlevleri kontrol etmek için özel donanım mesajları komutlarını kullanır. Bu iletiler için, bir koruma katmanı daha sağlamak üzere komut gönderilir.

  • Veri yolu güç kesintisi gibi yıkıcı arıza koşullarında, her iki COTS veri yolu kümesi de düğümler arasındaki tüm iletişimin kaybolacağı şekilde başarısız olabilir. İletişimi yeniden kurmak için, her düğüm bir bağlantı etkinleştirme / devre dışı bırakma etkinliği dizisinden oluşan dağıtılmış bir kurtarma yordamı yürütebilir.

  • katastrofik başarısızlığın nedeni aviyonik sistem içinde olmayabilir, dağıtılmış kurtarma prosedürünün başarılı olacağının garantisi yoktur. Bu nedenle, bu yaklaşım uzay aracını kurtarmak için yalnızca son başvuru yoludur.

görüş

  • Son nokta, Bus sürücüsü ve kablo anlamına gelir. Yazarın “Sinyal Bütünlüğü” ile ilgili olarak uzay ve sistem yayımlı EMI kum kablo seçimi veya BER ve göçmenlik seviyeleri gibi konulardan bahsetmediğine şaşırmadım.
  • Sinyal bütünlüğü ve hata oranları hakkındaki bilgilerin bastırılması nedeniyle raporun hatalı olduğunu düşünüyorum
  • tüm rapor tartışıyor OSI 7 katmanlarının fiziksel katmanı 1 üzerindeki dijital katmanlar
  • Bununla birlikte, uzmanlara veya Analog verilere sahip olmadıkları anlamına gelmez, sadece orada rapor edilmedi.
  • I2C'yi maliyete, RAD sertleştirilmiş COTS'un kullanılabilirliğine ve düşük güce dayalı olarak seçtiler, bu nedenle sinyal bütünlüğü sorunlarını iyi yönetirlerse, sağlam arıza tespit / düzeltme / kurtarma yedek tasarımına çok fazla güvenmek zorunda kalmazlar.
  • Açık kollektör sürücülerinin pasif R pull-up yerine akım kaynağı pull-up gibi sinyal payını artırmak için kullanabileceği eşleşmeyen sonlandırma yöntemleri vardır.

anekdot

Bu, 80'lerin ortalarında Burc'ları EMC test yöntemleri için Kurumsal Tasarım Standartlarını ve iletilen gürültüye, yayılan ESD'ye, yayılan patlama RF'ye, yayılan RF için 100kHz manyetik alanlardan yayılan düzlem dalgalarının kabul düzeylerine ilişkin spesifikasyonların güncellenmesinde desteklediğim bir alandır. 1kW rafa monte edilmiş Amplifikatörlü manyetik Bobinler ve 10 ^ 10 bitte 0 bit hatalarını doğrulamak için servo E-alanı düz yanıtı için opto geri beslemeli dodekahedral düz anten kullanarak çok yüksek alan yoğunluklarında x GHz ışınımlı alanlara kadar.

NXP, I2C adı verilen bu iki tel standardının özelliklerini şu şekilde tanımlar;

• Son derece düşük akım tüketimi
• Yüksek gürültü bağışıklığı.
• Geniş besleme gerilimi aralığı.
• Geniş çalışma sıcaklığı aralığı.

Bununla birlikte, kablo kapasitansı ve bu nedenle kablo seçimi ve uzunluğu, yakındaki geçici yüksek akımların seviyesi veya yüksek dönüş hızı voltajı, sürücü tipi aktif 50 ohm CMOS tampon tipi veya akım kaynağı sonlandırma ve birçok varyasyon ile sınırlıdır.

NXP spesifikasyonu, çift empedansına bağlı olarak 100kHz'e kadar 100pHz'e kadar yük için sorun olmadığını ve daha sonra 100Kbps için 100pF ila 400pF maks.

Eğer ben olsaydım, en yüksek empedanslı bükümlü çifti (240 ~ 300 +) seçerdim, sonra mandallama korumalı sabit akım lavabosu kullanırdım.

Her durumda, bir deneyim iletim hattı tasarım mühendisi bu kısa mesafe bağlantıları için sinyal bütünlüğünü tasarlamalı / stres testi yapmalı ve doğrulamalıdır.

ek

Stanford Engineering'den öğrenciler otobüste çoğaltılan kurtarma seçenekleri için Watch Dog Timers (Güç Geri Dönüşümü için Watch Dog Timers) ve bit vurma portlarını içeren geliştirmeler geliştirdi.

görüş

Ana sorunların bit hata oranı üzerinde “sinyal bütünlüğü” değil, bu yüksek enerjinin yüksek V / um alan yoğunlukları nedeniyle büyük litografik CMOS cihazlarında bile mandallamayı tetikleyebilen gama radyasyon uyarıları nedeniyle meydana gelen sert arızalar olduğunu yorumlayacağım. sinyal. Deneyimlerimden elde ettikleri kurtarma yöntemleri, bir MTS test evinde Project IDA'da 25kV ESD ile deneyimlerimden 80'lerin başına kadar doğru bir şekilde uygulandı.

anekdot

Proje IDA, Winnipeg Interdiscom Inc. oldu. PayTV, grafik hava durumu verileri, görüş yoklaması, dijital telefon, köknar / hırsız alarmları, sayaç okuma, yüksek hızlı seri veriler için kablolu klavye ve 2 ile özel bir ISDN geniş bant WAN için katıldığım AR-GE girişimiydi. kuru bir kış vakum tüp TV statik ve parmak bizim set üstü kutu ESD inç kemerler !! Dünyadaki 100 eve kadar RF üzerinden iki yönlü 1. büyük ölçekli SCADA DS1 (1.544 Mbps) başarıyla test edildi ve teslim edildi. Sistem testinden ve çeşitli BER test cihazlarının tasarımı ve üretiminden ve genel olarak 2 yollu ağ durumunun] izlenmesinden sorumluydum ve ekibimiz işe yaradı. Bu 100 evin hepsi TDM DS1 ağaç / otobüs topolojisi için 1 koaksiyel kablo ve 2 RF paylaştı.

Sonunda Philadelphia'da Scientific Atlanta, Intellivision ve diğer birkaç firmaya sahip bir şirkete satıldı.


Oppinion'daki 5. öğenizin NASA'nın I2C'yi bu şekilde kullanmayı teklif etmesinin gerçek nedeni olduğunu tahmin ediyorum. Bu seçim geri kalanımız arasında şüphe uyandırır, çünkü hangi tür iletişim otobüsleri ile hangi tür COTS'lerin mevcut olup olmadığını bilmiyoruz.
Nick Alexeev

@NickAlexeev Honeywell'e çok sayıda aviyonik anakart tedarik ettikten sonra, bunlar büyük bir tedarikçidir, ancak yazarın bol miktarda COTS RAD'ın sertleştiğini doğrulamak zorunda kalmadı, ancak çoğu şey gibi kararlar yeterli güvenilirliğe dayanarak maliyete dayanıyor
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
Sitemizi kullandığınızda şunları okuyup anladığınızı kabul etmiş olursunuz: Çerez Politikası ve Gizlilik Politikası.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.