Do CubeSatu se vejde zhruba jedno rádio. Postavili jsme takové, které umí být libovolné — 2×2 MIMO softwarově definovaný transceiver s laděním 70 MHz až 6 GHz, s procesorem základního pásma na téže desce 90 × 96 mm.
2×2
MIMO kanály
2 RX a 2 TX současně
6
GHz horní hranice
ladicího rozsahu (od 70 MHz)
192K
logických buněk programovatelné
logiky pro waveform
8
měděných vrstev na desce
90 × 96 mm formátu CubeSat
KRIZIK_H00, horní strana — transceiver AD9361 a RF baluny vlevo dole, RF porty na levé hraně, konektory modulu uprostřed.
Datasheet KRIZIK
Komunikace je místo, kde se mise CubeSatů prodražují. Rádio je vždy specifické pro danou misi — jiné pásmo, jiná modulace, jiná datová rychlost — ale letově kvalifikované produkty na trhu jsou krabičky s pevnou funkcí. Změní se zadání, mění se dodavatel.
Softwarově definované rádio to v principu řeší, ale jen tehdy, když zpracování sedí hned vedle transceiveru. Rozdělit analogový front end a procesor základního pásma do dvou desek stojí jednu pozici ve stohu, kterých má družice velmi málo, a protahuje širokopásmové digitální rozhraní konektorem, kam nepatří.
KRIZIK dává celý signálový řetězec na jednu desku ve standardním obrysu 90 × 96 mm. Transceiver AD9361 od Analog Devices poskytuje dva přijímací a dva vysílací kanály kdekoli mezi 70 MHz a 6 GHz, se šířkami pásma kanálu od 200 kHz do 56 MHz. Každý ze čtyř portů vychází přes širokopásmový balun 1:1 na vlastní konektor MMCX 50 Ω na hraně desky.
Digitální část tvoří modul Trenz TE0820 s obvodem AMD Zynq UltraScale+ ZU4EV — čtyřjádrový aplikační procesor Arm Cortex-A53, dvoujádrový real-time procesor Cortex-R5F a 192 150 logických buněk programovatelné logiky na jednom čipu. Transceiver se k logice připojuje přes LVDS, šest datových párů v každém směru. Filtrace, modulace a dopředná korekce chyb běží v logice, protokolový zásobník a misijní software na jádrech A53, deterministická údržba na jádrech R5F.
Technologie
AD9361 Zynq UltraScale+ ZU4EV Trenz TE0820 KiCad 9 8-layer controlled impedance LVDS 1000BASE-T STT-MRAM CAN RS-485 Yocto / PetaLinux Linux IIOOd pozemního SDR nosiče desku odlišují dvě konstrukční rozhodnutí.
Latch-up se přeruší, nepřečkává se. Obě spínané napájecí větve mají proudový komparátor. Když kterýkoli z nich sepne, stáhne uzel enable a podpěťové ochrany vstupní e-pojistky a shodí vstupní větev desky. Latch-up způsobený průletem částice se odstraní vypnutím napájení místo toho, aby se součástka, která ho drží, nechala uvařit.
Stav mise nebydlí ve flash paměti. Konfigurace a stav sedí v 16 Mbit STT-MRAM na nosné desce. MRAM se přepisuje po bajtech, bez mazacího cyklu a bez mechanismu opotřebení, což vyřazuje životnost flash paměti z rozpočtu mise úplně.
K tomu vstup 5–15 V jištěný e-pojistkou s omezením zapínacího proudu a nad- i podpěťovou ochranou, nízkošumové LDO napájející analogové větve transceiveru odděleně od digitálních, dva teplotní senzory na I²C a ochrana TVS na každé vývodní lince včetně RF portů.
Spodní strana — USB most, budiče CAN a RS-485, ochranná pole ESD.
Dvě shodná rozhraní na hraně desky nesou každé UART, čtyřvodičové SPI, I²C, CAN, RS-485 a čtyři obousměrné GPIO s řízením směru po jednotlivých linkách. Užitečná data odcházejí gigabitovým Ethernetem. Port USB-C zpřístupňuje JTAG a sériovou konzoli pro pozemní testování a samostatný rozšiřující konektor řídí a napájí externí RF front end — výkonový zesilovač, LNA, banku filtrů nebo anténní přepínač — přes I²C a osm GPIO.
Dva řadiče CAN a konzolový UART jsou hardwarové periferie procesorové části. Všechno ostatní je vyvedeno na piny programovatelné logiky a instancuje se v ní referenčním návrhem — skladbu rozhraní tedy lze změnit bez zásahu do hardwaru.
| Ladicí rozsah | 70 MHz – 6,0 GHz |
| Kanály | 2 RX, 2 TX (2×2 MIMO), 12bitové převodníky |
| Šířka pásma kanálu | 200 kHz – 56 MHz |
| Procesor | Zynq UltraScale+ ZU4EV, 192 150 logických buněk, 728 DSP bloků |
| Paměť | 2 GB DDR4, 8 GB eMMC, 128 MB QSPI, 16 Mbit STT-MRAM |
| Rozhraní | 1000BASE-T Ethernet, 2× (UART, SPI, I²C, CAN, RS-485, GPIO), USB-C JTAG a konzole |
| Napájení | 5–15 V, jištěné e-pojistkou, přerušovače latch-upu |
| Deska | 90,17 × 95,89 mm, 8 vrstev, FR-4, 1,6 mm |
Stav: KRIZIK je zatím inženýrský model. Radiační (TID / SEE), vibrační a termovakuové zkoušky jsou specifické pro danou misi a cení se samostatně. Naměřené RF parametry, spotřeba a hmotnost se poskytují pod NDA — napište si o ně.
Zajímavé na softwarově definovaném rádiu není to, že se dá přeprogramovat. Zajímavé je, že se přeprogramovává hned vedle antény, na téže desce a uvnitř energetického a teplotního rozpočtu CubeSatu. Dostat se tam je stejně tak úloha návrhu plošného spoje a integrity napájení jako úloha vysokofrekvenční — širokopásmové LVDS a front end do 6 GHz sdílejí osm vrstev se spínanými měniči na ploše velikosti pohlednice.
Navrhujeme SDR payloady, RF front endy a FPGA waveformy, které na nich běží — od studie proveditelnosti po výrobu letového modelu.
Nezávazná konzultacenebo zavolejte přímo: +420 775 026 983
