Отечественные производители плат ацп pci
Одновременно с жаркой дискуссией о наличии или отсутствии перспектив у шины ISA на ближайшее десятилетие, ведущейся в отечественных журналах, освещающих проблемы диагностики, измерений и контроля на базе плат и модулей сбора данных, управляемых ПК [1,2], основные производители плат АЦП/ЦАП и цифрового ввода/вывода приступили к насыщению рынка этих изделий продукцией, ориентированной на сопряжение с компьютером по шине PCI. В статье представлены результаты анализа недорогих плат АЦП с частотами оцифровки аналоговых сигналов в полосе сотен килогерц для задач промышленной и лабораторной автоматизации. Рассмотрим продукцию ведущих зарубежных и отечественных производителей, устойчиво работающих на рынке последние 10 лет, базирующихся на собственных наработках в области цифровой обработки аналоговых сигналов.
Несмотря на то, что за рубежом сотни фирм занимаются производством систем измерений, диагностики и контроля штатно управляемых ПК, лидирующие позиции занимают около десятка компаний, среди которых National Instruments, Hewlett-Packard, Keithley Instruments, Computer Boards, Blue Wave Systems, Omega Engineering, Fluke, IOtech, Data Translation, Signalogic, Microstar Laboratories.
В нашей стране основное производство плат АЦП для сторонних потребителей сосредоточено в ЗАО “Л-КАРД”, Центре АЦП “Руднев-Шиляев”, АОЗТ “Инструментальные системы” и ЗАО “Компания Сигнал”.
В последние 2–3 года за рубежом громогласно заявили о своих предложениях в области недорогих универсальных плат АЦП на шину PCI: National Instruments (NI), Computer Boards (CB), Omega Engineering (OE), Microstar Laboratories (ML). В России, для решения задач автоматизации измерений и стендовых испытаний, разработку и серийные поставки развивающегося семейства недорогих универсальных плат АЦП на шину PCI своим заказчикам осуществляет пока только Л-КАРД [1,3]. В табл. 1 сопоставлены технические характеристики самых дешёвых моделей семейств плат АЦП на шину PCI всех этих компаний.
Таблица 1. Основные характеристики плат АЦП на шину PCI от ведущих разработчиков
*) - число дифференциальных каналов/число каналов с общей "землей"
**) - только каналы с общей "землей", упомянута возможность расширения до 512 каналов при помощи внешних коммутаторов.
***) - минимальный диапазон/максимальный диапазон
- заказная СБИС PCI MITE для поддержания режима bus-master;
- заказной кристалл 24-бит счетчика/таймера DAQ-STC с тактовой частотой 20 МГц;
- прецизионный усилитель NI-PGIA с временем установления 2 мкс;
- шина межплатной синхронизации RTSI.
Таблица 2. Характеристики плат АЦП L-xx производства Л-КАРД
- отображение регистров платы на порты ввода/вывода — до 1,2 Мбайт/с;
- отображение регистров платы на память ПК — до 10 Мбайт/с.
- Сорокин С. Шина PCI в специальных приложениях // Современные технологии автоматизации (СТА). — 1998. — № 3. — С. 14–26.
- Рыбаков А.Н. Шина PCI в специальных приложениях: мифы и реальность // Мир компьютерной автоматизации (МКА). — 1999. — № 1. — С. 7–21.
- Буткевич В., Невзоров В. Изделия L-CARD: отечественные платы АЦП/ЦАП с сигнальным процессором // Электроника НТБ. — 1999. — № 3. — С. 32–33.
L-783M - универсальная плата ввода / вывода аналоговых и цифровых сигналов на базе высокопроизводительной шины PCI 2.1 в персональных компьютерах. Благодаря интерфейсу PCI обеспечивается высокая скорость обмена информацией с программой пользователя, исключаются конфликты с другими платами, установленными в PC.
L-783 имеет АЦП 12 бит/ 2,8 МГц с диапазоном измерения входного сигнала до ±5 В, позволяющий реализовать многоканальный режим сбора данных: до 32 каналов сбора однофазных сигналов с общей землёй или шестнадцати канальный дифференциальный режим.
16 Каналов цифрового ввода и вывода, а также наличие двух каналов ЦАП 12 бит в диапазоне до ±5 В даёт возможность использовать плату как универсальное устройство в составе промышленных систем сбора данных.
В связи с ограничением скорости не-DMA передач на современных материнских платах, в новых проектах рекомендуется применять платы АЦП / ЦАП, имеющие DMA, такие как L-502, L-791.
Возможности:
организация работы потокового вывода на ЦАП, используя при этом дополнительно введённое прерывание от платы в РС
автоматическая калибровка нуля, которая существенно упрощает сбор данных
наличие двух входов для внешней синхронизации при вводе сигнала
автоматическое переключение каналов при многоканальном режиме сбора данных, с произвольным порядком выборки канала и коэффициента усиления
генерация прерываний по заполнению части FIFO-буфера
Преимущества
наличие подробного технического описания
Оцифровка сигнала с частотой дискретизации до 2,8 МГц
Широкий диапазон поддерживаемых операционных систем ПК
поставляется с бесплатным программным обеспечением
разработано и серийно выпускается в России
Примечание 1: Данное изделие не поддерживает DMA. Это означает, что реальное значение максимальной частоты сбора данных зависит от архитектуры используемой материнской платы и текущей загрузки процессора.
L-783М | от 37252.80 руб. |
плата L-783 с ADSP2185M, ЦАП отсутствует
OP-783D | от 3166.80 руб. |
АКСЕССУАРЫ, ДОСТУПНЫЕ ДЛЯ ЗАКАЗА
Быстрое коммутирование
внешних сигналов.
Имеются отверстия для механического крепления жгутов.
37 контактная плата клеммников
Переходник DB-37F
Подавление синфазных
импульсных помех.
Повышение помехозащищённости.
Синфазный помехоподавляющий фильтр
LTR-CMF
Универсальный предусилитель милливольтовых сигналов
Универсальный предусилитель милливольтовых сигналов LP-04-M
LP-04-M
Вывод цифровых входов и выходов на заднюю панель компьютера.
Подходит ко всем PCI-платам
АЦП/ЦАП.
Две модификации.
Кабель цифровых сигналов
AC-7XX
Совместим с L‑780М, L‑783M, L‑791, L‑502 и кабелями AC-7XX.
Уменьшает помехи
на цифровых линиях.
Улучшает качество приёма и передачи цифровых сигналов.
Простой способ монтажа.
Переходник цифрового разъема
плат L-xxx
PBD2BH
- Кожух DP-37С (1 шт.)
- Разъем DB-37F (1 шт.)
- CD с документацией и программным обеспечением (по запросу)
Описания
L-783M Плата АЦП/ЦАП с сигнальным процессором высокоскоростная многофункциональная.
Инструкция по первоначальной настройке.
Информационные заметки для PCI плат L-761, L-780 и L-783 в формате Adobe Acrobat 6.0 .:
- Плата L-780M(Rev.С);
- Плата L-783M(Rev.С);
- Шина PCI версии 2.3 и платы серии L-7xx.
Руководство программиста под DOS для PCI плат L-761, L-780 и L-783 в формате Adobe Acrobat .
Руководство пользователя PCI плат L-761, L-780 и L-783 в формате Adobe Acrobat .
Статьи
А. В. Гарманов. Подключение измерительных приборов, решение вопросов электросовместимости и помехозащиты. L-Card, 2003.
Программный комплекс LGraph2
LGraph2 - многофункциональная программа самописец-визуализатор под Windows'XP/7/8.x/10. Версия 2.36.1. Возможность одновременной визуализации и регистрации данных с АЦП L-502, L-780M, L-783, L-791, L-761, E-502, E14-140, E14-140M, E14-440, E-154, E20-10, LTR11, LTR114, LTR27, LTR212, LTR216, LTR22, LTR24, LTR25, LTR51, L-264, L-305, L-1250. Для работы программы требуется предварительно установить подписанные драйвера LComp и службу ltrd c графическим интерфейсом к ней LTR Manager.
История изменений и дополнений в версиях программы LGraph2.
Руководство пользователя программы LGraph2.
Руководство пользователя по разработке плагинов для программы LGraph2.
Программное обеспечение под Windows
Библиотека LCOMP под Windows'XP/Vista/7/8.x/10 (32-bit&64-bit) с драйверами для изделий от "Л Кард". Инсталлятор и драйвера имеют цифровую подпись. Библиотека построена на основе современных WDM-драйверов переписанных на WDF. Включает в себя собственно WDM-драйвера для оборудования "Л Кард", библиотеку DLL с исходными текстами, примеры программирования, электронное описание и т.д. Библиотека LCOMP обеспечивает поддержку почти всей гамме выпускаемых изделий: PCI платы, USB модули. Поддержка ISA плат прекращена.
Cоставной частью входит программа L-Graph I. В L-Graph I есть поддержка следующих устройств:
L-1450, L-761, L-780, L-783, L-791, E14-140, E-154 и E14-440. Файлы, записанные L-Graph I, могут быть также прочитаны и обработаны с помощью демо-версии программы PowerGraph v. 3.X
Библиотека LCOMP под Windows XP/Vista/Win7 32 и 64-бит версии с драйверами (Поддержка 98/Me/2000 в последних версиях не проверялась). Инсталлятор и драйвера имеют цифровую подпись. Библиотека
построена на основе WDM-драйверов. Включает в себя
собственно WDM-драйвера для оборудования "Л Кард", библиотеку DLL с исходными текстами, примеры программирования, электронное описание и т.д. Библиотека LCOMP обеспечивает поддержку почти всей гамме выпускаемых изделий: ISA и PCI платы, USB модули.
Cоставной частью входит программа L-Graph I. В L-Graph I есть поддержка следующих устройств:
L-1450, L-761, L-780, L-783, L-791, E14-140, E-154 и E14-440. Файлы,
записанные L-Graph I, могут быть также прочитаны и обработаны с помощью демо-версии программы PowerGraph v. 3.X
Программа 'L-Graph I' предназначена для демонстрации основных возможностей изделий от фирмы ООО "Л Кард" под Windows 98/Me/2000/XP/Vista/7/8.x/10. При работе используются библиотеки Lusbapi v.3.4 (USB модули) и LComp (ISA и PCI платы).
Программа позволяет работать в одном из следующих режимов:
- 4-х канальный осциллоскоп;
- 4-х канальный спектроскоп;
- многоканальный сбор данных в файл (до 32 каналов);
- визуализация сохранённых в файле данных.
Поддерживаются следующие устройства от фирмы ООО "Л Кард":
Утилита Сonvert представляет собой конвертор двоичных файлов данных от 'L-Graph I' в обычные текстовые файлы (ASCII). Утилита Сonvert поставляется с исходными текстами.
Программное обеспечение под Linux
Версия 1.4 LComp библиотеки и драйверов для Linux (ядро 2.6.29 ). Разрабатывалось в Slackware 13. Должно быть работоспособно в 32 и 64-бит версиях.Поддерживаются только L780, L783, L761, L791, E-154, E14-140(M), E14-440 и E20-10.
Версия 1.57 LComp библиотеки и драйверов для Linux (ядро 4.4.14, также работает начиная с ядра 2.6.37.6 ). Разрабатывалось в Slackware 14.2. Работоспособно в 32 и 64-бит версиях. Также проверено что работает на ARM OrangePI PC с дистрибутивом Armbian. Поддерживаются только L780, L783, L761, L791, E-154, E14-140(M), E14-440 и E20-10.
Сторонние разработки ПО
Пример работы с платами L-Card L-780, L-761, L-783 для OS/2. Разработан Ринатом Садретдиновым.
Программа для конвертации файлов между форматами данных MATLAB и двоичными файлами с 16-ти битными данными (АЦП, ЦАП).
PowerGraph. Самописец-регистратор под Windows.
- pg33demo.zip - демонстрационная версия 3.3.9 для PCI плат L-7xx, внешних модулей E-24, E-270, E20-10, E14-440, E14-140, E-154 и модулей LTR: LTR11, LTR22, LTR27, LTR51, LTR114 и LTR212 (не позволяет сохранять и экспортировать данные). Может читать файлы, записанные при помощи LGraph.
Firmware и BIOS
Архив с исходниками LBIOS для плат L-761, L-780 и L-783.
Программное обеспечение под DOS
Самораспаковывающийся архив с ДOCовской утилитой для конфигурирования плат L-761, L-780 и L-783.
Самораспаковывающийся архив с программным обеспечением под DOS для PCI плат L-761, L-780 и L-783. Включает в себя библиотеку PLX_API, утилиты, примеры программирования, LBIOSы и т.д.
Устаревшее программное обеспечение
BETA 1.1 версия LComp библиотеки и драйверов для Linux (ядро 2.6.21. ). Разрабатывалось в Slackware 12.0. Поддерживаются только L780, L783, L761, L791, E-154, E14-140, E14-440 и E20-10.
Библиотека VXDAPI под Windows 95/98/Me/NT/2000/XP. Она построена на основе драйверов типа vxd и драйверов NT (это устаревающие ветви драйверов для Windows). Данная библиотека не будет иметь дальнейшего развития. Cоставной частью входит программа LGraph. В LGraph есть поддержка L-1450, L-761, L-780(M), L-783, E14-440 и E14-140. Файлы, записанные LGraph, могут быть прочитаны и обработаны с помощью демо-версии PowerGraph v. 3.X
Одновременно с жаркой дискуссией о наличии или отсутствии перспектив у шины ISA на ближайшее десятилетие, ведущейся в отечественных журналах, освещающих проблемы диагностики, измерений и контроля на базе плат и модулей сбора данных, управляемых ПК [1,2], основные производители плат АЦП/ЦАП и цифрового ввода/вывода приступили к насыщению рынка этих изделий продукцией, ориентированной на сопряжение с компьютером по шине PCI. В статье представлены результаты анализа недорогих плат АЦП с частотами оцифровки аналоговых сигналов в полосе сотен килогерц для задач промышленной и лабораторной автоматизации. Рассмотрим продукцию ведущих зарубежных и отечественных производителей, устойчиво работающих на рынке последние 10 лет, базирующихся на собственных наработках в области цифровой обработки аналоговых сигналов.
Несмотря на то, что за рубежом сотни фирм занимаются производством систем измерений, диагностики и контроля штатно управляемых ПК, лидирующие позиции занимают около десятка компаний, среди которых National Instruments, Hewlett-Packard, Keithley Instruments, Computer Boards, Blue Wave Systems, Omega Engineering, Fluke, IOtech, Data Translation, Signalogic, Microstar Laboratories.
В нашей стране основное производство плат АЦП для сторонних потребителей сосредоточено в ЗАО “"Л Кард"”, Центре АЦП “Руднев-Шиляев”, АОЗТ “Инструментальные системы” и ЗАО “Компания Сигнал”.
В последние 2–3 года за рубежом громогласно заявили о своих предложениях в области недорогих универсальных плат АЦП на шину PCI: National Instruments (NI), Computer Boards (CB), Omega Engineering (OE), Microstar Laboratories (ML). В России, для решения задач автоматизации измерений и стендовых испытаний, разработку и серийные поставки развивающегося семейства недорогих универсальных плат АЦП на шину PCI своим заказчикам осуществляет пока только "Л Кард" [1,3]. В табл. 1 сопоставлены технические характеристики самых дешёвых моделей семейств плат АЦП на шину PCI всех этих компаний.
Таблица 1. Основные характеристики плат АЦП на шину PCI от ведущих разработчиков
* - число дифференциальных каналов/число каналов с общей "землей"
** - только каналы с общей "землей", упомянута возможность расширения до 512 каналов при помощи внешних коммутаторов.
*** - минимальный диапазон/максимальный диапазон
Из табл. 1 видно, что зарубежные производители “единодушно” остановились на 12-бит “стандарте” АЦП для своих самых недорогих плат. Разработчики "Л Кард" выбрали 14-бит АЦП для своих новых плат на шину PCI, отойдя от привычного 12-бит, характерного для изделий с маркой L-CARD на шину ISA [3], исходя из запросов потребителей на отечественном рынке. Запросы потребителей, уже использующих платы "Л Кард", способствовали введению милливольтового диапазона измерений, что расширило область технических и научных приложений для использования плат АЦП серии L-7XX на шину PCI.
Переход на интерфейс с ПК по шине PCI интересен пользователям информационно-измерительных систем на базе универсальных плат АЦП прежде всего перспективами работы в режиме реального времени. Поэтому, в дополнение к возможностям новой шины, обеспечивающей более быструю передачу данных (до 132 Мбайт/сек для PCI против 5 Мбайт/сек для ISA), не-которые изготовители плат на шину PCI снабжают их собственными процессорами производства компаний Texas Instruments, Analog Devices и др., что повышает автономность и надёжность плат АЦП и даёт пользователю принципиальную возможность перенесения части операций обработки сигнала на плату.
Действительно, собственный процессор платы и передача ему функций управления сбором данных платой позволяет минимизировать неприятные последствия того, что в недорогих информационно-измерительных системах операционная система типа Windows, обрабатывая собственное прерывание, на некоторое время утратит контроль над работой платы. Альтернативой процессору является создание на плате схемы цифровой обработки сигнала на базе ПЛИС. Однако, опыт разработчиков "Л Кард" показывает, что для устройств сбора и обработки аналоговых сигналов в полосе частот 5–10 МГц применение цифрового сигнального процессора (ЦСП) оказывается технически и экономически более выгодным по сравнению с реализацией функций цифровой обработки сигналов на ПЛИС: стоимость реализации соответствующей схемотехники отличается в несколько раз. Тем не менее, в качестве замечания стоит отметить, что в практике "Л Кард" ПЛИС оказались весьма удобным подспорьем при решении задачи повышения надёжности и уменьшения габаритов платы L-1251 (L-CARD) на шину ISA [3]. Их использование в схеме шинного интерфейса позволило решить задачу, поставленную заказчиком перед разработчиками "Л Кард".
- заказная СБИС PCI MITE для поддержания режима bus-master;
- заказной кристалл 24-бит счетчика/таймера DAQ-STC с тактовой частотой 20 МГц;
- прецизионный усилитель NI-PGIA с временем установления 2 мкс;
- шина межплатной синхронизации RTSI.
PCI MITE позволяет организовать три канала ПДП для обслуживания аналогового ввода/вывода и ввода/вывода сигналов синхронизации. DAQ-STC обеспечивает синхронизацию АЦП и ЦАП, содержит схемы логики формирования прерываний работы плат и синхронизации ввода/вывода между портами ввода/вывода и шиной RTSI. Всего DAQ-STC имеет 10 счётчиков/таймеров: по 4 — на обслуживание аналогового ввода/вывода и 2 — для использования по усмотрению пользователя. Среди дополнительных возможностей — использование внешнего источника тактовой частоты вместо штатного 20-МГц. Аппаратное решение DAQ-STC даёт пользователю возможность оцифровывать сигналы на разных каналах с индивидуальными частотами дискретизации. Шина RTSI обеспечивает синхронную работу нескольких плат, “информируя” их, при необходимости, о сигнале синхронизации, поступившем на одно из устройств.
Следует особо отметить, что использование заказной СБИС PCI MITE, поддерживающей режим bus-master, в Одновременно с жаркой дискуссией о наличии или отсутствии перспектив у шины ISA на ближайшее десятилетие, ведущейся в отечественных журналах, освещающих проблемы диагностики, измерений и контроля на базе плат и модулей сбора данных, управляемых ПК [1,2], основные производители плат АЦП/ЦАП и цифрового ввода/вывода приступили к насыщению рынка этих изделий продукцией, ориентированной на сопряжение с компьютером по шине PCI. В статье представлены результаты анализа недорогих плат АЦП с частотами оцифровки аналоговых сигналов в полосе сотен килогерц для задач промышленной и лабораторной автоматизации. Рассмотрим продукцию ведущих зарубежных и отечественных производителей, устойчиво работающих на рынке последние 10 лет, базирующихся на собственных наработках в области цифровой обработки аналоговых сигналов.
В "Л Кард" разработан ряд плат АЦП/ЦАП на шину PCI L-7xx на базе сигнальных процессоров ADSP-218x компании Analog Devices. Интересно, что удалось создать изделия, сопоставимые по цене с аналогами-предшественниками этих плат на шину ISA, при улучшении технических параметров за счёт применения современной элементной базы и перехода на “быструю” шину.
- отображение регистров платы на порты ввода/вывода — до 1,2 Мбайт/с;
- отображение регистров платы на память ПК — до 10 Мбайт/с.
Базовые технические параметры и некоторые характеристики цифро-аналогового преобразования для плат серии L-7хх представлены в табл. 2.
При необходимости подачи с платы аналоговых сигналов для всех изделий серии L-7хх используется микросхема сдвоенного ЦАП, что позволило вывести на внешний разъём 2 канала с сигналом в диапазоне ±5 В. Время установления — 8 мкс, максимальная частота преобразования — 125 кГц, разрядность — 12 бит. Модели плат L-761/-780/-783 на базе шины PCI имеют 16 цифровых входных и 16 выходных ТТЛ-линий, которые могут быть использованы для управления внешними устройствами.
Представленные данные свидетельствуют о том, что для создания контрольно-измерительных систем в промышленности и лабораторных исследованиях рынок представляет потребителю уже достаточно широкий простор для манёвра при выборе плат АЦП по техническим, экономическим соображениям и авторитету производителя. При этом, однако, следует принимать во внимание ещё один аспект. Внедрение плат АЦП может потребовать детальных технических консультаций как по “железу”, так и по штатному ПО при повышении уровня сложности и ответственности конкретной разработки. В этом случае дополнительным аргументом в пользу отечественной продукции является доступность российских разработчиков для обсуждения и дискуссий, их знание и понимание реалий российского парка контрольно-измерительного оборудования. Уже сейчас на сайте "Л Кард" организована оперативная справочная служба и дискуссионный клуб по вопросам применения плат АЦП/ЦАП с сигнальными процессорами. Вместе с более обширной справочной службой Chipinfo информация на сайте "Л Кард" позволяет быстро решать проблемы применения плат АЦП/ЦАП.
Измерительные системы на базе персонального компьютера для автоматизации измерений, автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП). Платы АЦП / ЦАП на шину PCI / PCI Express могут применяться для цифровой обработки сигналов, промышленной автоматизации, управляемого эксперимента, оцифровки аналоговой информации, в составе промышленных контроллеров.
Возможности:
подключаются к компьютеру через современные интерфейсы PCI и PCI Express
цифровая обработка сигналов в сфере промышленной автоматизации, управляемого эксперимента, оцифровки аналоговой информации
автоматизации систем с небольшим числом входных и выходных каналов
создание портативных измерительных комплексов благодаря компактному размеру
Преимущества
легко встраиваются в состав промышленных контроллеров и уже готовых систем
универсальная архитектура и функционал для широкого круга типичных задач измерения и управления
всесторонняя техническая поддержка
АЦП: 16 бит; 16/32 каналов;
±0,2 В…10 В; 2 МГц
ЦАП: 16 бит; 2 канала; ±5 В; 1 МГц
Цифровые входы/выходы:
18/16 TTL 5 В
Интерфейс: PCI Express
Плата АЦП/ЦАП
16/32 каналов, 16 бит, 2 МГц, PCI Express
L-502
АЦП: 12 бит; 16/32 каналов;
±0,6 В…5 В; 3 МГц
ЦАП: 12 бит; 2 канала; ±5 В; 8 мкс
Цифровые входы/выходы:
16/16 TTL 5 В
Интерфейс: PCI
Плата АЦП/ЦАП
16/32 каналов, 12 бит, 3 МГц, PCI
L-783M
АЦП: 14 бит; 16/32 каналов;
±0,07 В…10 В; 400 кГц
ЦАП: 12 бит; 2 канала; ±5 В; 8 мкс
Цифровые входы/выходы:
16/16 TTL 5 В
Интерфейс: PCI
Плата АЦП/ЦАП
16/32 каналов, 14 бит, 400 кГц, PCI
L-791
АЦП: 14 бит; 16/32 каналов;
±0,08 В…5 В; 400 кГц
ЦАП: 14 бит; 2 канала; ±5 В; 8 мкс
Цифровые входы/выходы:
16/16 TTL 5 В
Интерфейс: PCI
Небольшое отступление-напоминание: микросхемы для работы в космосе должны быть устойчивыми к воздействию радиации. О том, почему это так и как именно радиация влияет на электронные приборы, можно почитать здесь и здесь.
Существуют списки микросхем, подлежащих замещению, но они, к сожалению, засекречены. В открытых источниках можно найти информацию (линк на скачивание pdf) о том, что количество позиций в этих списках – сотни или даже тысячи (и это только микросхемы, не говоря о пассивных элементах типа высокоточных резисторов, которых еще больше). Ситуация осложняется тем, что разработчики аппаратуры в подавляющем большинстве случаев хотят, чтобы им сделали «точно такое же, но российское» (то есть речь идет копировании зарубежных разработок вплоть до пин-совместимости), тогда как список наверняка можно сократить в несколько раз за счет разработки набора систем на кристалле, единых для всех разработчиков и настраиваемых под нужды конкретных пользователей. Сюда же идут унификация интерфейсов передачи данных (которой сейчас нет) и другие достаточно очевидные меры. Работа в этом направлении, насколько я знаю, ведется, но вы же понимаете, что разрабатывать бортовую аппаратуру с нуля может оказаться еще дороже, чем разрабатывать большее количество микросхем, чем необходимый минимум.
Фабрики
Собственно обзор разработчиков и производителей микросхем для космической промышленности (и частично военной, так как они достаточно сильно взаимосвязаны) стоит начать с производств, потому что их в России существенно меньше, чем разработчиков, и именно в этой области отставание от заграницы катастрофическое. Я не буду подробно останавливаться на фабриках с проектными нормами более полумикрона, потому что они безнадежно устарели, и какие-то новые разработки на них ведутся разве что от безысходности. Тем не менее, на них делается очень много всего, в первую очередь – микросхемы малой степени интеграции, силовая электроника, СВЧ и т.д. А вот заводов с более-менее современными проектными нормами всего четыре.
ЗЫ Вот тут, кстати, можно почитать отвлеченный от космоса взгляд двухлетней давности.
Зеленоградский завод «Микрон» (вот пост с красивыми картинками) заявляет на своем сайте наличие технологий:
1) 180 нм объемная технология с EEPROM – уже хорошо известная разработчикам технология, на которой работают практически все, кто имеет такую возможность. По ней же сделаны, например, чипы для билетов московского метро. Наличие EEPROM полезно для таких применений, как встраиваемые микроконтроллеры, нужные не только для космоса, но и для «гражданских» применений. Дизайн-киты доступны разработчикам.
2) 250 нм кремний на изоляторе (КНИ) – по этой технологии уже ведутся отдельные разработки, но о готовых продуктах я еще не слышал. Технология, по-видимому, представляет собой частичный порт 180 нм на пластины кремния на изоляторе. Дизайн-киты доступны разработчикам.
3) 180 нм КНИ – заявлена 2012-м годом, на практике о ней уже достаточно давно ничего нового не слышно. То есть она в разработке, но когда именно будет готова для проектирования – не очень понятно. Во всяком случае, я нигде не нашел такой информации.
4) 90 нм объемная. Совсем недавно «Микрон» лицензировал у Cadence софт для физической верификации для этой технологии. Никаких упоминаний о конкретных разработках по ней пока найти не удалось, только общие слова о том, что они ведутся.
5) Совсем недавно в новостях появились упоминания технологии 65 нм, но там все пока что на уровне тестовых кристаллов. Серийное производство обещают уже в этом году.
Важная вещь, которую стоит отметить – это цитата с микроновского сайта: «Поставщиками оборудования и материалов, партнерами по созданию инфраструктуры выступили более 50 компаний из 12 стран мира». Это то, что частенько упускают, говоря о преодолении запрета импорта на отечественном производстве – огромное количество запчастей и расходных материалов тоже импортируется, и запрет на их импорт может быть эффективнее запрета импорта готовых микросхем. Надеюсь, что этого не случится в ближайшее время, и что найдутся деньги и ресурсы на то, чтобы организовать производство расходников в России.
«Ангстрем» (и «Ангстрем-Т»), Зеленоград
1) 1,2 мкм кремний на сапфире (КНС) – технологии тысячи лет, но она до сих пор востребована (видимо, консервативными военными заказчиками для микросхем с высокой радиационной стойкостью, для которых надежность и проверенность решений важнее их своевременности).
2) 0,6 мкм, объемный кремний, кремний на сапфире, кремний на изоляторе, возможность изготовления EEPROM, BiCMOS, IGBT. Видимо, хороший процесс для силовой электроники.
3) «Создаваемые» технологии с проектными нормами 350-250 нм.
4) «Создаваемые» технологии с проектными нормами 130, 110 и 90 нм.
История «создания» технологий на «Ангстреме» долгая, трудная и пока не разрешившаяся. Процесс и оборудование 130 нм были куплены у AMD, 90 нм – у IBM. Каждый год уже лет пять говорят, что вот-вот все будет, но пока что никак.
По поводу радиационной стойкости на сайте «Ангстрема», кстати, написан отборнейший бред на тему того, что их кремний на сапфире – единственный подходящий техпроцесс в России и что практика показала невозможность изготовления радиационностойких схем на технологиях меньше 250 нм. Посмотрим, что будет, когда они запустят 130 и 90 нм :-) Физику вряд ли выучат, а вот наличие практики производства может положительно сказаться на понимании того, что в штатах чипы для космоса уже проектируют на 45 нм, а в России – на 65 (правда зарубежном).
НИИ системных исследований РАН, Москва
Фабрика НИИСИ РАН находится на территории Курчатовского института в Москве и обладает технологиями с проектными нормами 500, 350 и 250 нанометров на пластинах объемного кремния и КНИ. Изначально не предназначена для крупносерийного производства и позиционируется как «исследовательская фабрика Академии наук». Большинство производимых здесь микросхем разработаны самим НИИСИ, однако фабрика работает и с внешними заказчиками, например, с воронежским НИИЭТ, который производит здесь свои радиационностойкие микроконтроллеры.
Других подробностей нет, а последние открытые публикации о фабрике датируются чуть ли не временем ее открытия.
«Интеграл», Минск
Минский «Интеграл» считается нашими военными и прочими инстанциями отечественным предприятием со всеми вытекающими обстоятельствами. Занятно, не правда ли?
Основные технологии «Интеграла» – старые, с проектными нормами 0,8 мкм и больше, однако в последние несколько лет белорусы самостоятельно спроектировали и запустили технологии 0,5 и 0,35 мкм на объемном кремнии и КНИ. У них всего три металла (что мало для микропроцессора), однако «Интеграл» разрабатывает на них микросхемы SRAM с емкостью 1 Мбит и высокой радиационной стойкостью, а также аналоговые микросхемы.
В докладах с научных конференций фигурируют также технологии 0,18 мкм и 0,5-0,25 мкм BiCMOS, флэш-память (единственная на территории СНГ?) и FRAM.
Подавляющее большинство (если не все) разработок на своих технологиях «Интеграл» ведет самостоятельно.
На этом все. Выглядит немного печально, не находите? Да, радиационностойкой электронике для космоса не всегда требуются такие же проектные нормы, как обычной, и отставание в несколько поколений не очень страшно (марсоход Curiousity на 250 нм прекрасно работает), но все же новые радстойкие процессоры BAE systems разрабатываются по технологии 45 нм, а у нас пока что до промышленного освоения 90 нм дело не дошло. С другой стороны, еще пять лет назад практически ничего этого не было, а сегодня у российских заводов есть вполне реальные возможности обеспечить космонавтику микроэлектроникой собственного производства.
Разработчики
Теперь о разработчиках. Их намного больше, чем производителей, но до недавнего времени было нормальной практикой изготавливать разработанные в России микросхемы где-нибудь за рубежом, например, на Тайване (TSMC), в Германии (XFAB) или в Израиле (Tower). Во времена, когда ничего лучше 0,8 мкм в России не было, на это закрывали глаза даже военные, считая, что «разработано в России» = «российское». Сейчас времена несколько изменились, и российские разработчики все больше изготавливают свои продукты на «Микроне» (то есть там не только чипы для метро делают).
Необходимо также отметить тот факт, что подавляющее большинство российских разработчиков микроэлектроники так или иначе завязаны на бюджетные деньги и крупные заказы, особенно космические или военные, а сугубо коммерческих заказов немного. С другой стороны, существенную долю прибыли нескольких предприятий (например «ВЗПП-Микрона» и «Ангстрема») составляет экспорт. Впрочем, я отвлекаюсь от основной темы обзора, так что ограничусь замечанием, что представленные ниже продукты – это далеко не все, что производится, а для многих компаний космическая тематика не является основной.
Для других микросхем «Миландра» радиационная стойкость не заявлена, однако например в новостях на сайте можно найти такую строчку: «Обновлены параметры стойкости к спецфакторам для микросхемы 1310ПН1У (значительно улучшены)». 1310 – это индуктивный преобразователь питания, для которого радиационная стойкость не заявлена. Если все микросхемы, поставляемые с пятой приемкой, имеют хотя бы какую-то стойкость к радиации, то у «Миландра» есть еще довольно широкий набор микросхем интерфейсов, управления питанием и АЦП/ЦАП.
Перспективная разработка «Миландра» – их первый радиационностойкий и сбоеустойчивый микропроцессор. Он пока что не имеет собственного обозначения и презентуется на различных конференциях под именем «Обработка-13». (ссылка на скачивание pdf) По ссылке – презентация об устройстве процессора и его проектировании в части обеспечения радиационной стойкости. Там есть интересные и спорные решения, но выглядит впечатляюще (за исключением совместной работы ядер, пожалуй).
Процессор – двухъядерный ARM Cortex-M4F с режимами раздельной работы ядер и аппаратным дублированием. Тактовая частота – 100 МГц, SRAM 32 кбайт, ПЗУ 128 кбайт, широкий набор интерфейсов и аналоговой периферии.
Производиться «Обработка-13» будет на немецкой фабрике XFAB.
НПЦ «Элвис», Зеленоград
«Элвис» в настоящее время активно продвигает собственную продукцию в космическую отрасль, активно сотрудничая с заводом «Микрон» в части технологии и с НИИ «Субмикрон» в части производства космической аппаратуры. Также «Элвис» участвует в международной рабочей группе по разработке стандарта передачи данных SpaceWire, на который в ближайшей перспективе переходит Европейское космическое агентство и, возможно, Роскосмос.
Пробная ласточка «Элвиса» в части аэрокосмических применений – микросхема памяти 1657РУ1У (SRAM 4Мбит), изготовленная по зарубежной технологии 250 нм.
Не хотелось бы язвить, но на подробной страничке с информацией о микросхеме (побольше таких бы) в параметрах радиационной стойкости можно найти вот что: «суммарная накопленная доза 330 крад, КТЗ 500 крад», а в параметрах, записанных в факторах согласно ГОСТ (внизу таблицы), цифра другая. Какая именно – не скажу, потому что этот ГОСТ – секретный, в отличие от аналогичных стандартов наших американских заклятых друзей. Кроме того, ходят слухи, что испытания первых микросхем проводились по каким-то специально обученным методикам, так что в том, что все работает действительно хорошо, есть некоторые сомнения.
1892ВМ8Я – двухъядерный процессор с ядром общего назначения (совместимо с MIPS-32) и ядром цифровой обработки сигналов. Тактовая частота 80 МГц, 480 MFLOPs при вычислениях с плавающей точкой, широкий набор интерфейсов – итого достаточно серьезная машина получается. Технология, как и предыдущей схемы памяти, 250 нм КМОП (зарубежная).
Сейчас «Элвис» разрабатывает несколько аналогичных процессоров на микроновских технологиях 180 нм и 250 нм КНИ, но результаты еще не пошли в серию. Разрабатываемый комплект микросхем «Мультиборт» был на днях представлен на выставке «Новая электроника», а на сайте «Элвиса» я нашел вот этот документ (ссылка на скачивание pdf)
В комплекте обозначено более двадцати микросхем с годом начала выпуска вплоть до 2014-го: микропроцессоры, АЦП, контроллеры внешних устройств и коммутаторы, позволяющие полностью организовать сеть передачи данных на борту космического аппарата.
После отработки решений на зарубежных фабриках «Элвис» делает все перспективные микросхемы полностью в России на «Микроне» (проектные нормы 180 и 90 нм).
НТЦ «Модуль», Москва
«Модуль» производит DSP процессоры с собственной оригинальной архитектурой и вычислительные модули на основе своих и чужих процессоров, в том числе для космических применений.
Главная собственная микросхема «Модуля» DSP Neuromatrix (Л1879ВМ1). Тактовая частота 40 МГц, технология 0,5 мкм (Samsung).
Микросборка 2605ВГ1Т – логика и приемопередатчик интерфейса MIL-STD-1553 со встроенной памятью.
1895ВА1Т – логическая часть контроллера канала интерфейса MIL-STD-1553
1879ВА1Т – интерфейсный контроллер для связи вычислительного процессора с интерфейсом MIL-STD-1553
НИИМА «Прогресс», Москва
НИИМА «Прогресс» является одним из головных разработчиков приемников и передатчиков ГЛОНАСС.
5512БП2Ф – система на кристалле с микропроцессорным ядром и базовым матричным кристаллом, программируемым под нужды пользователя. Технология 180 нм («Микрон»), рабочая частота процессора 150 МГц, арифметического сопроцессора 50 МГц. Процессорное ядро – «Кварк» компании КМ211
«СБИС с МП ядром СнК Алмаз-9» – тот же самый набор периферии с другим ядром и на технологии КНИ 240 нм («Микрон») для повышения радиационной стойкости. Завершение ОКР в 2014 году.
Дизайн-центр «Союз», Зеленоград
ДЦ «Союз» разрабатывает аналого-цифровые базовые матричные кристаллы на базе «микроновской» технологии КНИ 0,24 мкм. Завершение ОКР намечено на 2014 и 2015 год
5400БК1Т, 5400БК2У – общего назначения. 110к цифровых вентилей, 50к «аналоговых» транзисторов, 56 ОУ, 56 компараторов, 6 АЦП, 6 ЦАП, источник напряжения и другие блоки
5400ТР014 – прецизионный. 110к цифровых вентилей, 10к «аналоговых» транзисторов, 3- ОУ, 2 АЦП, 2 ЦАП, 2 УВХ, источник напряжения и т.д.
P.S. Базовый матричный кристалл — это микросхема из базовых ячеек без нескольких верхних слоев металлизации, при помощи которых ячейки можно соединить нужным заказчику образом. Этакий допотопный аналог ПЛИС. До сих пор востребованы, что характерно.
НПК «Технологический центр» МИЭТ, Зеленоград
НПК «Технологический центр» МИЭТ работает с «Микроном» и имеет собственную фабрику с проектными нормами 1,5 мкм, на которой они успешно делают радиационностойкие микросхемы малой степени интеграции и базовые матричные кристаллы, а также полузаказные СБИС на основе этих БМК – контроллеры интерфейсов, внешних устройств, приемопередатчики и т.д.
«Мультиклет», Екатеринбург
Уральская компания «Мультиклет», развивающая собственную оригинальную процессорную архитектуру, анонсировала выход в 2015-м году радиационностойкого четырехъядерного микропроцессора. Других подробностей пока нет, производство, насколько я понимаю, планируется за границей. Пост о существующих процессорах — вот.
КТЦ «Электроника», ВЗПП-С, ВЗПП-Микрон, Воронеж
Воронежские предприятия – осколки огромного некогда НПО «Электроника» и Воронежского завода полупроводниковых приборов (ВЗПП). Его отдельные части продолжают работать и сейчас, но разделить, кто чем занимается, довольно сложно, потому что информации очень мало, а данные в даташитах частично пересекаются. Дабы не распыляться, перечислю три предприятия – КТЦ «Электроника» и две инкарнации Воронежского завода полупроводниковых приборов – ВЗПП-С (с – это сборка) и ВЗПП-Микрон.
Основную продукцию всех трех предприятий составляют ПЛИС и микросхемы малой степени интеграции. Со вторыми все более-менее ясно: это производимые, наверное, еще с советских времен (на соответствующих проектных нормах) дискретные элементы силовой электроники и логические микросхемы серий 1504, 1505 и т.д. Удивительно, но факт: основная статья доходов ВЗПП-Микрон, судя по микроновскому сайту – это экспорт, а сайт самого ВЗПП-Микрон вообще англоязычный.
С ПЛИС все интереснее, потому что они очевидно предназначены для импортозамещения продукции компании Altera, с которой они программно совместимы. Разрабатывает их, судя по всему, КТЦ «Электроника».
Емкость двух обозначенных на сайтах ПЛИС составляет 50к и 200к вентилей, производятся они на немецкой фабрике XFAB. Еще несколько ПЛИС, стойких к воздействию радиации сейчас разрабатывается на базе технологий «Микрона».
Выводы
Все не так плохо, как кажется (и как могло бы быть). Работ по созданию отечественной электроники для военных и космических применений идет много, и обойтись без американских чипов в обозримой перспективе вполне можно.
Отстаем все равно сильно, хотя и не так катастрофически, как в «обычной» микроэлектронике. Сейчас, правда, вопрос ставится не о том, чтобы догнать и перегнать, а о том, чтобы не остаться у разбитого корыта. Вопрос, правда, все еще не праздный, потому что если кто-нибудь по ту сторону границы догадается закрыть поставки не готовых чипов, а расходных материалов для завода «Микрон» – вот тогда-то все и накроется медным тазом.
Ситуация осложняется тем, что потребители электроники не хотят переходить на отечественные разработки (и их можно понять, потому что, к сожалению, по качеству и особенно по техподдержке и документации российские разработки рядом не лежали с импортными), а когда переходят – хотят получать копии, что сильно раздувает количество микросхем, которые надо разработать. Для того, чтобы российские разработчики микросхем смогли обеспечить разработчиков бортовых систем всем необходимым, нужно еще очень много работать.
Постскриптум
На этом можно завершить обзор, но у меня есть небольшой постскриптум относительно того, что еще ждет нас в ближайшие годы. Подавляющее большинство работ, представленных в обзоре, финансируются из бюджета, а значит информацию можно найти на сайте госзакупок. Если погуглить его на предмет работы под названием «Обработка-13», то найдется крайне любопытный документ от мая 2012-го года (ссылка на скачивание файла).
В нем очень много всего интересного, например закрытый конкурс департамент промышленности обычных вооружений боеприпасов и спецхимии, где у работ нет формулировок, а есть только названия. Есть там работа «Расширенные экспериментально-морфологические и медицинские исследования композиционных костнопластических материалов для эффективной регенерации костной ткани» и есть несколько десятков работ по радиационностойкой элементной базе, которые должны закончиться в 2014-м и 2015-м годах. И это, напомню, одна госзакупка за май 2012.
Нас интересуют лоты закупок 110/11-ФЦП1-12.04ок, 111/11-ФЦП1-12.04ок, 112/11-ФЦП1-12.04ок, 117/11-ФЦП1-18.04ок.
Читайте также: