用于空间应用的以太网收发器

Microchip 基于 COTS 解决方案为太空应用开发了符合太空要求的以太网通信解决方案。

Microchip 首款符合太空要求的以太网收发器提供了卫星和其他航天器之间互操作性的可能性，所有这些都基于商用现货 (COTS) 解决方案。应用范围从运载火箭到卫星星座和空间站。

系统复杂性的增加导致了分布式架构的普及。对于分布式架构，连接总线的选择对于满足性能和可靠性要求至关重要。以太网越来越多地成为航空航天领域的选择，旨在支持更高的数据速率。以太网协议在汽车和工业市场中也广为人知，允许在各种空间应用之间产生一些协同作用。

“以太网连接被选为主要技术，例如连接由 NASA 推动的深空网关计划的模块，”Microchip 航空航天产品营销经理 Nicolas Ganry 说。

“这是一个国际项目，不同的国家、航天工业参与者和机构将致力于开发以太网解决方案，”他说。“此类太空任务需要强大的辐射稳健性；这是选择正确解决方案的主要标准。最重要的是，对于这项任务，需要采用陶瓷封装的千兆流量解决方案才能达到 QMLV 认证级别。使此类陶瓷零件具有与塑料工业零件相同的性能水平，这是另一个挑战。VSC8541RT Microchip 以太网收发器可提供卓越的辐射结果，同时提供具有航天级认证级别的高性能陶瓷封装解决方案。”

航天器的工作条件取决于它的前进方向，因此工程师会仔细测试和选择每辆车的电子部件。辐射是一个持续存在的环境问题。作为波或粒子，辐射可以通过多种方式影响电子设备。

“太空环境暴露在对任何电子设备都有一定影响的辐射效应中，”Ganry 说。

他列出了辐射最常见的后果：

• 单事件闩锁 (SEL)，这是一种可以破坏电子设备的大电流事件
• 总电离剂量 (TID) 效应，其中离子的积累会导致阈值偏移、设备泄漏、时间变化和其他功能降低。
• 单事件扰乱，其中一个或多个功能位被扰乱，这可以改变任何电子活动的结果，最多......
• 单事件功能中断（SEFI），即设备的功能中断

“耐辐射电子设备比商用现成设备更强大，因为必须对其进行修改以支持太空应用，”Ganry 说。“耐辐射设备是闩锁式的，对辐射免疫且无损，支持 30 Krad 到 100 Krad 之间的剂量率。对设备进行了完整的 SEU 效应表征，以便在错误发生时给出错误发生和减轻错误干扰的元素。”

新型 VSC8541RT 收发器是具有 GMII、RGMII、MII 和 RMII 接口的单端口千兆以太网 PHY。VSC8541RT 具有高达 78 MeV 的闩锁免疫能力；TID 已通过高达 100 Krad 的测试。VSC8540RT 具有相同的辐射容差封装，比特率性能有限，只有 100 MB，还提供合格的塑料和陶瓷版本，为目标任务提供性能和成本可扩展性（图 1）。

Microchip 的 EcoEthernet v2.0 技术支持 IEEE 802.3az 节能以太网 (EEE) 和节能功能。VSC8541RT 器件优化了功耗，并具有 LAN 唤醒 (WoL) 电源管理机制，可使用指定的魔术包将 PHY 退出低功耗状态。

图 1：VSC8541RT 收发器框图

除了 Microchip VSC8541RT 耐辐射以太网收发器的新样品外，该公司还获得了新的 SAM3X8ERT 耐辐射微控制器的最终认证。抗辐射 SAM3X8ERT MCU 采用广泛部署的 Arm Cortex-M3 核心处理器实现片上系统 (SoC)，提供 100-DMIPS 的优势，与工业版本相同的生态系统（图 2）。

图 2：SAM3X8ERT 耐辐射微控制器框图

“寻求不那么具体的空间解决方案是降低开发成本和缩短设计交付时间以缩短上市时间的趋势，”Ganry 说。“Microchip 带有嵌入式以太网控制器的 SAM3XE8RT 微控制器与以太网收发器 VSC8541RT 相结合，为空间应用提供了经过充分验证的以太网点对点解决方案。除了这些关键优势之外，以太网——得益于交换机功能——可以支持对越来越多的高数据速率空间应用的高带宽分布式架构需求。Microchip 期待在这个方向上扩展太空以太网抗辐射系统解决方案，以充分利用经过验证的知名技术。”

为了支持设计流程并加快上市时间，开发人员可以将用于 SAM3X8ERT 的商用 Arduino Due 套件与用于 VSC8541RT 的 VSC8541EV 评估板结合使用。基于 COTS 的空间级处理提供了正确的性能和资格级别，以满足不断变化的需求，尤其是在低地球轨道和深空应用中。

审核编辑：刘清