Un aiuto online per i progettisti nel settore aerospazio/difesa

Non c'è dubbio che la professione di ingegnere nell'ambito IT sia complessa e sempre in costante e rapida evoluzione. Ogni segmento di mercato, che si tratti di quello automobilistico, commerciale, aerospaziale o industriale, presenta dei requisiti di prodotto e standard unici. Allo stesso tempo, vi è una spinta in tutti i segmenti all'efficienza: prestazioni più elevate, minore ingombro e un minore consumo energetico. È difficile stare al passo con gli ultimi sviluppi in un particolare settore. Il risultato certo è che gli ingegneri di professione devono continuamente aggiornare le proprie conoscenze. Con il settore dell'elettronica in costante stato di cambiamento, Texas Instruments ha deciso di continuare a sviluppare una libreria di strumenti e risorse educative per aiutare gli ingegneri ad essere sempre aggiornati. In questo articolo effettueremo un focus sugli strumenti online che TI mette a disposizione degli utenti nei settori della difesa ed aerospaziale.

Introduzione

Texas Instruments (TI) è da sempre all'avanguardia per ciò che riguarda il supporto agli ingegneri che vogliono restare sempre aggiornati sulle ultime novità del mercato oppure rifinire le proprie abilità professionali. Risalgono ormai ad alcuni decenni addietro le leggendarie raccolte di note applicative di aziende come Burr-Brown, Unitrode e National Semiconductor. Tutti e tre sono ora parte di TI, e gran parte di quel materiale è ancora disponibile on-line. Sul sito web di TI è possibile trovare un'ampia selezione di informazioni tecniche. Ci sono informazioni sul prodotto, ovviamente, ma anche:

  • Strumenti di progettazione e software come quelli di WEBENCH Design Center
  • Progetti di riferimento che vanno oltre la scheda tecnica e che mostrano come risolvere problemi di progettazione comuni, ad esempio, come usare un dispositivo in un sottosistema o come un dispositivo opera in una specifica applicazione
  • Formazione video online e tutorial
  • I forum di supporto E2E ed il blog
  • Seminari di progettazione
  • Articoli tecnici, white paper e note applicative
  • Prodotti e servizi dalla TI Design Network

Il materiale copre tutte le linee di prodotti di Texas Instruments comprendenti: amplificatori, audio, clock e temporizzazioni, convertitori dati, interfacce, logiche programmabili, microcontrollori, gestione della potenza, processori, sensori, spazio e difesa, RF & microonde, etc.

Risorse per i settori spaziale, avionico e difesa

Come esempio delle risorse disponibili, prendiamo in considerazione il settore Spaziale, Avionico e Difesa. Questo settore comprende sistemi di aeromobili per il controllo del motore e il controllo del volo, sistemi di comunicazione robusti per difesa e avionica, munizioni intelligenti, e una vasta gamma di applicazioni legate allo spazio. I prodotti in questo segmento devono funzionare per anni, se non per decenni, in un ambiente estremamente difficile. Inoltre, i prodotti spaziali devono sopravvivere all'esposizione a livelli elevati di radiazioni, pertanto devono soddisfare test specializzati e requisiti di qualifica.

TI Space Products comprende la più ampia selezione di prodotti assicurati resistenti alle radiazioni per il volo spaziale. TI vanta un'eredità consolidata di oltre 45 anni nel mercato spaziale, offrendo una soluzione completa per la catena del segnale per i programmi nazionali e internazionali. La gamma di prodotti comprende soluzioni per alimentazione rad-hard point-of-load (POL), dispositivi serializer-deserializer (SerDes) ad alta velocità e alcuni dei più potenti convertitori di dati al mondo. Il portafoglio comprende componenti conformi agli standard MIL-PRF-38535 QML Classe V e Radiation Hardness Assured (RHA). Questi dispositivi sono in genere supportati da rapporti di prova della dose ionizzante totale (TID) e di effetti per singolo evento (SEE) che descrivono in dettaglio il degrado potenziale in un ambiente spaziale. In Figura 1 vengono evidenziati i prodotti del portafoglio TI resistenti alle radiazioni e confezionati ermeticamente.

Figura 1: in rosso i prodotti del portafoglio TI resistenti alle radiazioni e confezionati ermeticamente

Per le applicazioni aerospaziali e di difesa terrestri, il portafoglio di prodotti Enhanced Products (EP) di TI comprende oltre 750 prodotti commercialmente pronti per l'uso (COTS) che soddisfano standard avionici, di difesa e industriali per operare in ambienti dove alta qualità e lunga durata sono i requisiti fondamentali. I prodotti per questo tipo di applicazioni devono rispondere a specifiche di robustezza particolari come ad esempio: operare in ambienti con intervalli di temperatura ampi (da -55 °C a +125°C), resistenza ai solventi o alle fiamme. Sebbene si tratti di prodotti progettati per ambienti difficili, oltre il 90% rientra nella classificazione EAR99 del Dipartimento del Commercio degli Stati Uniti e può essere venduto in tutto il mondo senza restrizioni.

Il sito web TI contiene molte risorse atte ad aiutare il cliente ad educarsi sui prodotti e le loro applicazioni. Se il prodotto scelto va nella direzione dei lanci spaziali, è consigliato controllare la sezione del sito denominata Frontiera finale, nella quale si può iniziare a leggere il blog di Analog Wire intitolato "7 cose da sapere sui sottosistemi di veicoli spaziali prima del tuo prossimo viaggio su Marte". Ad un livello più dettagliato, esistono numerose risorse centrate sulle specifiche di qualità e affidabilità relative ai prodotti legati allo spazio, come la conformità QML e la Test Flow Matrix QML, nonché una serie di video sui processi e sui prodotti di TI Rad Hard. Ci sono molte risorse più vicine alla terra. La serie di addestramento aerospaziale e difesa comprende 17 video della durata di quasi cinque ore che coprono prodotti e applicazioni specifici. La serie contiene sei sezioni e un webinar. Diverse sezioni richiedono l'accesso con il nome utente e la password di MyTI. Se non se ne possiede uno, basta registrarsi gratuitamente su my.TI.com. La home page Spazio, Avionica e Difesa ha molte più risorse su ciascuno dei segmenti di mercato: controllo dei motori degli aeromobili, comunicazioni, sensori, imaging, munizioni intelligenti, radio, sonar, navigazione inerziale e molto altro.

Esempio: conversione dati ad alta velocità

Analizziamo ulteriormente e impieghiamo alcune delle risorse menzionate per aiutare con un compito comune nelle applicazioni di difesa, di test e misurazione: conversione dei dati ad alta velocità. Il front-end analogico (AFE) in tale progettazione richiede convertitori analogico-digitale e digitale-analogico (ADC e DAC) in grado di gestire segnali RF alle frequenze dell'ordine dei gigahertz. Nel settore aerospaziale e della difesa, le applicazioni includono radar, radio tattiche e sistemi di guerra elettronica (EW). I progettisti di test e misure utilizzano AFE ad alta velocità in oscilloscopi di archiviazione digitale (DSO) e sistemi di test wireless 5G.

Lo schema a blocchi della catena del segnale (Figura 2) per l'AFE è simile per ogni applicazione. Sul lato di ingresso, il segnale RF in ingresso viene bufferizzato e quindi passa attraverso un filtro passa basso e un attenuatore RF. Il balun converte il segnale single-ended in un formato differenziale che alimenta un amplificatore differenziale ad alte prestazioni. Infine, un ADC ad alta velocità campiona direttamente il segnale RF e lo invia alla sezione digitale (FPGA o ASIC), che esegue l'elaborazione digitale del segnale sul flusso di dati per estrarre il segnale di interesse. Il lato di uscita è fondamentalmente un'immagine speculare del circuito di ingresso.

Figura 2: schema a blocchi della catena del segnale per il front-end analogico (AFE)

Le risorse disponibili per far luce sui requisiti di questa applicazione sono molte, ma se ad esempio si è nuovi del campo, si può iniziare con "High Speed ​​Signal Chain University". Questa serie di video di addestramento focalizza l'attenzione su convertitori di dati campionati a RF ad alta velocità, amplificatori ad alta velocità, sullo standard JESD204B e altri argomenti correlati. In una sezione del video, Russell Hoppenstein discute le modifiche alla tradizionale architettura del ricevitore supereterodina (Figura 3), richieste da queste applicazioni ad alta velocità. [...]

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