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  • 宇宙アプリケーション

宇宙用半導体の革新的技術

•耐放射線プロセッサ、メモリ、およびデータ変換ソリューション
•独自のスクリーニング技術により、対応可能なプロセッサの選択肢を拡大
•マイクロ波帯の信号を直接デジタル化することが可能

主なアプリケーション:
宇宙は半導体にとって、最も過酷な環境です。当然、工学的な課題も大きくなります。Teledyne e2vが開発した宇宙グレードのデジタルおよびミックスドシグナルデバイスは、性能、信頼性、コスト効率のバランスがうまく取れています。

堅牢性とSWaPの検討

人工衛星など宇宙空間に展開されるハードウェアは、打上げ時の過酷な環境に耐える必要があります。使用する各コンポーネントにも、強い衝撃や振動を受けても破損しない、高い物理的堅牢性が求められます。

さらに、サイズ、重量、電力(SWaP)の制約も考慮しなければなりません。そこで、小型・軽量でエネルギー効率の高い半導体ソリューションが必要になります。極端な温度への耐性も要求されます。宇宙空間は真空なので、熱は伝導ではなく放射のメカニズムによって放熱されます。全てのデバイスがこの状況に対応できる仕様であることが重要です。

放射線試験

宇宙での使用にあたっては、宇宙放射線の影響を軽減できる対策が必要です。まず考えなければならないのは、シングルイベントの問題です。ラッチアップ、トランジエント、機能エラーなどの場合は、システムの再起動で解決できることもありますが、それ以外の場合は、回復不可能な結果(ハードウェアの焼損など)になることもあります。次に、トータルドーズ効果(TID)の問題にも注意が必要です。電子回路の長期的な性能に悪影響を及ぼし、動作寿命が短くなります。このため、耐放射線技術や耐放射線強化技術を利用する必要があります。

市販(COTS)のコンポーネントは主要な製造パートナーから入手可能です。これを活用しつつ、宇宙用途として適したものとするために厳しい規制を適用しています。こうして、Teledyne e2vは宇宙分野における高度な半導体技術のリーディング・サプライヤとなったのです。

最初から宇宙で使用できることを条件にすると、選択肢はごくわずかになります。そうではなく、より幅広い用途に対応した、可能性を持つ多くのデバイスを候補に入れているのです。スクリーニングしたTeledyne e2vの宇宙用プロセッサは、最新の高度なArmベースのプロセッサコアを搭載し、高い性能基準を満たします。プロセッサのポートフォリオと共に重要な役割を担うのが、当社のデータコンバータです。マイクロ波周波数での直接デジタル・サンプリングが可能で、周波数を下げるためのサブシステムが不要なため、部品点数を削減でき、貴重な実装面積も節約できます。

Teledyne e2vのプロセッサは、専用の宇宙用ソリューションと比べて、価格を大幅に低く抑えています。データコンバータでは独自のRFサンプリング機能を持つデバイスを、メモリでは優れた耐久性を持つデバイスを利用できます。また、AS/EN 9100の認証を取得しており、常に最高レベルの品質維持を保証しています。

宇宙フロー比較表

Teledyne e2v Semiconductorsは、NASA、ESA、JAXA、CSA、World Space Observatoryといった世界有数の宇宙機関から信頼を得ており、150以上の宇宙ミッションで電子機器やサブシステムの設計と納入を手掛けています。

最適な品質グレードを見つけられるよう、防衛用、産業用、商業用のフローを含めたTeledyne e2v独自の世界で認知された宇宙フローを公開しました。

宇宙フロー比較表はこちらからダウンロードできます。

宇宙品質レベル、定義と用途

この宇宙フロー比較表に関連して、文書NE 60S 220869は、エンジニアリングモデル、エンジニアリング品質モデル、フライトモデルなど、宇宙プロジェクトで一般的に使用されるさまざまなモデルを定義しています。

この文書ではTeledyne e2v部品番号のコード化の仕組みを示す目的で、品質レベル(産業、防衛、宇宙)と当社の部品番号コード化の関連性を整理しています。

情報の独自性を確保するため、当社の文書(データシート、提案書、用途に関するノートなど)では、定義に関してこの文書を参照するように示しています。

宇宙品質レベル、定義と用途の文書は、こちらからダウンロードできます。

製品の特徴

宇宙用マイクロ・コントローラ&高速メモリ

LS1046-Spaceは、極めて低いレイテンシでの通信、画像処理、データ処理などをターゲットとしており、4つの64ビットArm® Cortex® A72コアを内蔵し、動作周波数は最大1.8GHzです。100kradのTIDテストに合格しており、シングルイベントラッチアップ(SEL)とシングルイベントアップセット(SEU)のどちらでも、60MeV.cm²/mgの放射線耐性があります。

DDR4T04G72は、耐放射線性の高密度DDRメモリ・リソースです。LS1046-Spaceと一緒にQLS1046モジュールにパッケージされたものもありますし、または個別のコンポーネントもあります。4GByteの容量を持ち、毎秒2.4Gの転送速度に対応しています。100kradのTIDテストに合格し、60.88MeV.cm²/mg以上のSELとSEUの放射線耐性があります。さらに、NASAレベル1、ECSSクラス1の認定を受けています。

Teledyne e2vのデュアルコアQorIQ® P2020プロセッサは、消費電力は比較的低く保ちながらも高い演算性能(1.33GHzでの動作)を実現しています。地球観測やナビゲーションなどの分野で使用されることを想定し、ECC(エラー訂正コード)機能付きの512kバイトのL2キャッシュを搭載。USB、RapidIO、PCI-Express、10/100/1000 Ethernetの各インタフェースをサポートしています。

PC8548プロセッサは、最大1.2GHzで動作し、ECC機能を備えたPower Architecture® e500コアを搭載しています。2200DMIPSのプロセッサ性能を確保しつつ基板占有面積を最小限に抑え、パワーバジェットも非常に低く抑えられています。TIDは75krad、放射線耐性はSEL/SEUで86MeV.cm²/mgです。RapidIO、PCI-Express、GPIOの各インタフェースをサポートしています。

宇宙用データコンバータ

現在サンプル出荷中のEV12DD700は、2チャンネルのDAコンバータ(DAC)で、ソフトウェア定義マイクロ波(SDM)エア・インターフェイスの実装において非常に重要な製品です。また、Kaバンド(30GHz)までの信号の生成が可能で、直接デジタル変換の利点を最大限活用できます。宇宙軌道上で簡単にシステム・コンフィギュレーションを変更することができます。

EV12AQ600は、宇宙空間での使用に適した耐放射線タイプのADコンバータ(ADC)で、地球観測や実験、通信などに使用できます。12ビット分解能の4チャンネルデバイスで、サンプリングレートは毎秒6.4 Gサンプルです。このサンプリング・スピードを4チャンネルに分配することもできますし、1つのチャンネルに集中させることも可能です。

EV12AD550は耐放射線性の2チャンネルADCで、サンプリングレートは毎秒1.6Gサンプル、4.3GHzの入力周波数帯域をサポートしています。Sバンドで直接デジタル化できるため、できるだけシンプルかつ経済的に宇宙システムを構築するのに最適な製品です。連鎖的に同期できるため、フェーズドアレイの実装に非常に有利です。このADCの主な用途としては、衛星データリンク、地球観測、衛星用進行波管増幅器(TWTA)の補償などがあります。

宇宙および航空電子機器向けにすでに数千台が導入されているTeledyne e2vのEV12DS130xGは、12ビット、毎秒3GサンプルというサンプリングレートのDACです。7GHzのアナログ出力帯域幅を持ち、LバンドとSバンドでの直接デジタル化が可能で、Cバンドに対しても、中間周波数(Sバンド帯)までは直接デジタル化が可能です。このデータコンバータは4:1または2:1の多重化機能を選択できるため、標準的な低電圧差動信号(LVDS)プログラマブルロジック機器との接続が簡単にできます。

EV10AS180Aは、SWaP重視、省スペース設計の要求に応えた、サンプリングレートが毎秒3Gサンプルの10ビットADCです。Lバンドでの直接デジタル化が可能で、衛星通信や地球観測に適しています。動作温度は170℃まで対応しているので、より温度変化の激しい低地球周回軌道(LEO)で使用可能です。110krad TIDの放射線耐性も備えています。

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