Presente e futuro dell’elettronica digitale in ambito spaziale

1. Presente e futuro dell’elettronica digitale in ambito spaziale stefano russo stefano.russo@na.infn.it Dip. Scienze fisiche Università Federico II di Napoli INFN sez. Napoli Frascati 16/2/05

2. Sommario • Problematiche dell’elettronica • nello spazio • Le nuove tecnologie • Possibili scenari futuri

3. Il Passato (l’elettronica di ToF e Trigger di PAMELA) Actel Sx 32 A • 30 configurazioni di trigger • Supervisione all’acquisizione • Conversione carica-tempo & tempo-tempo • Risoluzione di 50 ps • 8 canali • 1W per canale

4. Il problema del Rad-Hard Effetti da singola interazione SEE (Single Event Effect) Effetti a lungo termine TID (Total Ionization Dose) SEU SET SEL Single Event Upset Single Event Transient Single Event Latchup • Circuiti di protezione alimentazione • Tecniche di progetto specifiche Ridondanza Hardware

5. Le FPGA non riprogrammabili TID > 30 Krad SEU 1x10-10 upset/bit/day No SET Actel Sx 32 A Tecnologia “metal-to-metal antifuse” FPGA non riprogrammabili (interconnessioni bruciate)

6. Le FPGA riprogrammabili di Actel Actel Pro ASIC Tecnologia “FLASH FPGA” (nonvolatile reprogrammable gate array) TID > 50 Krad SEU 1x10-10 upset/bit/day No SET

7. Le FPGA riprogrammabili di XILINX Xilinx XQR4000XL Tecnologia “SRAM FPGA” TID > 60 Krad SEU 3x10-8 upset/bit/day Software per ridondanza (XTMR)

8. Confronto tra le tecnologie FPGA non riprogrammabili FPGA riprogrammabili Actel FPGA riprogrammabili Xilinx PRO Grande flessibilità di sviluppo Grande versatilità di impiego PRO Grande flessibilità di sviluppo Grande resistenza alle radiazioni PRO Costi del chip contenuti Resistenza alle radiazioni CONTRO Costo del chip elevato Resistenza alle radiazioni non elevata CONTRO Scarsa versatilità Scarsa flessibilità CONTRO Costi elevati Scarsa versatilità di impiego

9. La tecnologia ASIC Ideale per applicazioni spaziali Resistenza alle radiazioni Estrema flessibilità Costi e tempi di sviluppo e progettazione elevati

10. Un possibile scenario futuro Integrazione delle tecnologie Elettronica di FE (TOF 30 ps) Tecnologia Asic Elettronica di controllo ACQ (trigger …) FPGA riprogrammabili Elettronica di ACQ FPGA non riprogrammabili

12. SEE SEU : una particella di alta energia che interagisce con la parte sensibile di un dispositivo a semiconduttore può ionizzarlo provocando il cambiamento del suo stato logico. SET : la ionizzazione di un semiconduttore può comportare la generazione di un impulso transitorio spurio. Se esso avviene in una zona critica del circuito può tramutarsi in un SEU SEL : l’interazione di una particella carica con un dispositivo CMOS può attivare transistor parassiti inducendo un anomalo assorbimento di corrente che può indurre la rottura del dispositivo.