冗余I2C在航天航空电子设备中的使用

我最近阅读了有关JPL x2000航空电子设备开发项目的报告，该项目使用商业硅片开发了更多模块化的航空电子设备平台，以降低成本和功耗。他们选择了两个冗余协议的架构，以将航天器中的所有电子设备连接起来。高速1394总线用于大数据，而I2C总线（100khz）用于低带宽控制。它被配置为多主机总线，每个节点都可以在其中相互通信。

我使用I2C的不仅仅是单个传感器，但据我了解，距离存在严重限制。在航天器中，可能有很长的线束。

除了具有两个冗余I2C总线之外，每个设备还具有定制的ASIC，该ASIC在总线和此处和此处所示的主芯片之间提供隔离。该芯片是否也可以提供某种调节？

谁能解释为什么他们可能选择使用设计用于一个PCB内通信的协议来进行大型车辆内的通信？

我知道可能没有一个确定的答案，但是我有兴趣了解影响选择的因素。

是的，I2C有一个长度限制，但我认为他们可能打算这样做是为了与同一板或位于同一子系统内的板上的其他IC通信，而不是考虑与在航天器和其他航天器周围部署的传感器进行通信相关系统。如今，大多数IC都将集成I2C，而数据速率和距离可以看作是限制，而与其他IC进行板载通信时，它提供了一种非常可靠的数据传输和控制方法。诸如电源管理功能（PMIC），板载温度传感器，基于MEMS的加速度计和陀螺仪等IC，I2C就是一个可行的竞争者。

• 它不是为一个PCB端点设计的，而是为一条短400pF的链路最大上的许多多点设计的。如果不使用缓冲器或中继器，则可能长达15m。
• I2C将用于短距离低带宽传感器（几米），而IEEE 1394高速链路则用于更长距离的通信

报告的增强**

• 两条总线都是多主站，因此支持对称的可扩展和分布式架构。

• 协议层已添加到I2C总线。该协议在地址之后包括一个字节计数，在数据之后包括两个CRC字节。X2000设计还利用特殊的硬件消息命令来控制关键功能。对于这些消息，先发送命令，再发送命令的补充，以提供一层保护。

• 在诸如总线电源故障之类的灾难性故障条件下，两个COTS总线集都可能发生故障，从而导致节点之间的所有通信丢失。为了重新建立通信，每个节点可以执行一个分布式恢复过程，该过程由一系列链接启用/禁用活动组成。

• 由于灾难性故障的原因可能不在航空电子系统内，因此无法保证分布式恢复过程将成功。因此，这种方法只是拯救航天器的最后手段。

意见

• 最后一点是总线驱动器和电缆。对于作者没有提及任何与“信号完整性”相关的话题，我并不感到惊讶，例如电缆的空间和系统辐射EMI沙的选择或BER与抗扰度的比较。
• 我认为该报告存在缺陷，原因是这种对信号完整性和错误率信息的压制
• 报告讨论的全部是OSI 7层物理层1之上的数字层
• 但是，这并不意味着他们没有专家或模拟数据，只是在那儿没有报告。
• 他们基于成本，RAD硬化COTS的可用性和低功耗来选择I2C，因此，如果他们能够很好地管理信号完整性问题，那么他们就不必太依赖可靠的故障检测/纠正/恢复冗余设计。
• 开路集电极驱动器可以使用不匹配的端接方法来增强信号裕量，例如电流源上拉而不是无源R上拉。

轶事

这是我在80年代中期支持Burroughs更新其公司设计标准的EMC测试区域和有关对传导噪声，辐射ESD，辐射猝发RF，辐射平面波的抗扰度的接受水平的规范，以消除100kHz磁场对RF的影响使用具有1kW机架式放大器的电磁线圈和带有光反馈的十二面体扁平天线，在非常高的场强下达到x GHz辐射场，从而实现伺服E场平坦响应，以验证10 ^ 10位中的0位错误。

恩智浦定义了称为I2C的两线标准的属性，如下所示：

•极低的电流消耗
•高抗噪性。
•宽电源电压范围。
•宽的工作温度范围。

但是，它受电缆电容的限制，因此受电缆的选择和长度，附近的瞬态高电流或高转换速率电压的电平，驱动器类型的有源50欧姆CMOS缓冲器类型或电流源端接以及许多变化的限制。

恩智浦的规范说，对于100kHz至100pF的负载，这可能没有问题，具体取决于线对的阻抗，通常为20pF / ft。

如果是我，我会选择阻抗最高的双绞线（240〜300 +），然后使用带有闩锁保护的恒定电流吸收器。

无论如何，经验丰富的传输线设计工程师必须设计/压力测试并验证这些短途链路的信号完整性。

附录

斯坦福大学工程系的学生开发了空间通信方面的增强功能，其中包括用于电源循环的看门狗定时器以及用于总线上复用的恢复选项的位撞击端口。

意见

我要解释的主要问题不是误码率的“信号完整性”，而是由于伽马辐射脉冲引起的硬故障，由于这些高能量的高V / um场强度，即使在大型光刻CMOS器件中，它们也会引起闩锁脉冲。从我的经验中得出的恢复方法已正确实施，从我在MTS测试场所到80年代初期在IDA项目中使用25kV ESD的经验得到了正确实施。

轶事

IDA项目是Winnipeg Interdiscom Inc.的研发项目，我参与了一个定制ISDN宽带WAN，其中包括付费电视，图形天气数据，民意测验，数字电话，冷杉/防盗警报器，抄表，用于高速串行数据的有线键盘和2在干燥的冬天，静电从真空管电视静电和手指到机顶盒的静电放电产生的英寸电弧！！ 这是世界上第一个通过RF向世界上100个家庭成功测试并交付的大型SCADA DS1（1.544 Mbps）。我负责系统测试，以及各种BER测试设备的设计和制造以及整体2路网络状态监控，我们的团队让其工作了。所有这100个家庭都共享1条同轴电缆和2条用于TDM DS1树/总线拓扑的RF。

最终将其出售给一家拥有科学亚特兰大，Intellivision和费城其他公司的公司。