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Intersil: Satellitentelemetrie

Welcher Multiplexer ist der richtige?

21. Juni 2016, 10:34 Uhr | Von Kiran Bernard und Joshua Broline

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Kein Raum für Fehler

Ein weiterer Aspekt, den nicht nur Low-Voltage-Multiplexer betrifft, ist Zuverlässigkeit. Ein Satellitenhersteller will sicherstellen, dass diese Bausteine bei einem langen Weltraumflug ordnungsgemäß funktionieren und ein sehr geringes Betriebsrisiko darstellen. Dazu werden Bausteine ausgewählt, die robust sind. Zudem wird Redundanz auf System- und IC-Ebene hinzugefügt. Redundanz auf IC-Ebene ist kritisch, da ein redundanter Multiplexer die Eingänge eines aktiven Multiplexers laden kann. Bei der korrekten Umsetzung kommt ein redundanter „kalter“ Baustein nur dann zum Einsatz, wenn der primäre Multiplexer nicht mehr funktioniert. Redundante, unbestromte Multiplexer an einem gemeinsamen Datenbus halten das System wie geplant am Laufen. Satelliten kosten meist Hunderte von Millionen Dollar, und Reparaturen im Weltraum sind äußerst schwierig, wenn nicht sogar unmöglich. Also besteht kein Raum für Fehler. Deshalb ist es wichtig, dass die Auswirkungen von TID und SEE berücksichtigt werden, während man gleichzeitig in den Genuss der Vorteile von Low-Voltage-ICs kommen möchte. Eine verlockende Lösung ist, herkömmliche Multiplexer als strahlungstolerante Bausteine aufzuwerten. Hinsichtlich einer schnellen Markteinführung hat diese Option ihre Vorteile, da die ICs bereits zur Verfügung stehen und kostengünstig sind. Dies kann jedoch riskant sein, da es darauf ankommt, ob ein Bauteil die Qualifizierungs- und Strahlungstests besteht. Die Verfügbarkeit dieser Bauteile kann auch ein Problem darstellen, weil die Lebensdauer kommerzieller ICs wesentlich kürzer ist als die von satellitentauglichen Bausteinen.

Die nächste und meist auch kostengünstigste Lösung besteht darin, strahlungstolerante Low-Voltage-Multiplexer zu verwenden, da sie von vornherein auf Zuverlässigkeit ausgelegt sind. Dazu zählen der 5-V-/16-Kanal-Multiplexer ISL71830SEH und der 5-V-/32-Kanal-Multiplexer ISL71831SEH (Bild 3).

Diese ICs bieten höchste Leistungsfähigkeit bei einem geringen Durchlasswiderstand (120 Ω max.), geringen Eingangs-Leckstrom (120 nA max.), schnelle Adressübergabezeiten (50 ns typ.) und SEB-Toleranz mit einem LET von
60 MeV•cm²/mg. Beide Bausteine bieten Redundanzmöglichkeiten und erlauben die Integration von zwei bis drei zusätzlichen unbestromten Multiplexern an eine gemeinsame Dateneingangsleitung. In einsatzkritischen Weltraumflügen, die bis zu 20 Jahre andauern können, ist das ein entscheidendes Kriterium.

Fazit

Da Analog-Multiplexer ein integraler Bestandteil von Satelliten sind, müssen die Bausteine mit der besten Leistungsfähigkeit ausgewählt werden, die aber auch die Signalverarbeitungsleistung in rauen Umgebungen mit Strahlungseinwirkung aufrechterhalten können. Ein nicht funktionierender Multiplexer kann die Funktion des gesamten Satelliten gefährden. Um sicherzustellen, dass keine Mission fehlschlägt, sind redundante Ersatz-Multiplexer zwingend erforderlich. Wenn aus irgendeinem Grund ein Baustein ausfällt, kann das System sofort einen solchen redundanten Multiplexer aktivieren.