מאת: אמיר בר שלום

האחד עשר בינואר 2011 הוא  אבן דרך במאבק האיתנים בין שתי המעצמות של המאה ה- 21, ארצות הברית וסין. בבוקר אותו יום נפגש שר ההגנה האמריקני, רוברט גייטס עם נשיא סין, הו ג’ינטאו, לעוד פגישת “תחזוקה”, ליחסים המתוחים בין שתי המדינות. בעוד אלה יושבים במשרדים המפוארים בביג’ינג, פרסמה סוכנות הידיעות הרשמית של המדינה, כי מטוס החמקן  הסיני, J 20, ביצע באותו בוקר טיסת מבחן ראשונה בבסיס הניסויים של חיל האוויר הסיני בדרום המדינה.  ארצות הברית בלעה את הרוק והבליגה. חמישה ימים אחר כך אמר גייטס כי מארחו הסיני  טען בתוקף כי הופתע גם הוא מהפרסום וכי הטיסה נקבעה מבעוד מועד ללא קשר לביקור וללא רצון להביך את ארצות הברית.
הסיפור הזה מתחילת השנה מסמל אולי יותר מכל את המרוץ שמנהלות שתי המעצמות בהווה: ארצות הברית וסין, וזו לשעבר – רוסיה, על מטוס הקרב החמקן.

F 35  JOINT STRIKE FIGHTER – JSF

הפרויקט החשוף ביותר מבין השלושה, הוא ללא ספק האפ 35, שבונה  לוקהיד מרטין האמריקנית החל משנת 2003. המטוס הזה הוא למעשה פרויקט משותף של ארצות הברית, בריטניה; איטליה, הולנד, קנדה, טורקיה, אוסטרליה, דנמרק ונורבגיה. ישראל הצטרפה אליו בשנים האחרונות כשותפה זוטרה, אם כי הייתה מבין הראשונות שהודיעו כי תרכוש את המטוס. האפ 35 הוא למעשה מטוס הקרב המתקדם ביותר שמפותח היום. מעבר ליכולת החמקנות, המטוס הזה אמור להיות מצויד במערכות מכ”מ, טיסה, נשק ולוחמה אלקטרונית מהמתקדמות בעולם. כך למשל יכול כל מטוס כזה לשמש תחנת התראה קדמית , בכך שהוא משדר את תמונת המכ”מ שלו לכל כלי טיס ותחנת קרקע שיבחר. למטוס מתוכננות שלוש גרסאות ראשוניות:
F-35A  – בעל יכולת המראה ונחיתה רגילה, עבור חיל האוויר האמריקני וחיל האוויר הבריטי.
F-35B – בעל יכולת המראה ונחיתה אנכית, עבור חיל הנחתים האמריקני וחיל האוויר הבריטי.
F-35C – מותאם לפעולה מנושאות מטוסים, עבור חיל הים האמריקני.
F-35I – השם לגרסה שתותאם לישראל .
הפרויקט הזה נתקל בשנים האחרונות במספר בעיות פיתוח, מה שגרם לעיכוב בתאריכי האספקה. כרגע ההערכה היא כי המטוס יסופק לחיל האוויר הישראלי רק לקראת שנת 2016.
“האפ 35 הוא מהפיכה בעולם התעופה”, אומר תת אלוף במילואים אסף אגמון, ראש מכון פישר למחקר אסטרטגי אוויר וחלל. “לא מדובר בעוד מטוס, אלא במערכת שלמה שמורכבת באופן הרמוני ממש על פלטפורמה מעופפת. המערכת הזו כוללת מרכיבי נשק, מכ”מ מתקדם, יכולת לוחמת ל.א ובעיקר יכולת ניתוח ושיתופיות של נתונים. כל הסנסורים שמורכבים על המטוס מדברים ברשת. כולמר כל תחנת קרקע, מטוס מקביל, כלי טיס בלתי מאוייש ואפילו מערכות נשק קרקעיות, יכולות לקבל את הנתונים. לדוגמא, אם ניקח את צה”ל וחיל האוויר. האפ 35 יכול לבנות תמונת מכ”מ של שיגורי טילים בליסטיים, ולהעביר אותה באופן מדוייק למערכות ההגנה האווירית הפרוסות על הקרקע, בין אם זה ה”חץ”, “שרביט קסמים” או “כיפת ברזל”. כאשר מדברים על מהפיכה בשדה הקרב המודרני מתכוונים בדיוק ליכולת הזו”.
שאלה: והיכן נמצאים למשל הסינים בהשוואה לאפ 35, הרי גם סין הולכת לכיוון הזה?
“זה כמו ללמד תלמיד תיכון לבחינת הבגרות. אפשר ללמד אותו לבחינה עצמה, כיצד לעבור אותה, מה הטכניקה שלה. אלה הסינים, האמריקנים בהשוואה להם במשל הזה מלמדים מתמטיקה, ולא איך לעבור בחינה. זה נכון, הסינים הצליחו לבנות חמקן, הם עשו זאת בעזרת  REVERSE ENGENIRNG  כלומר בעזרת ניתוח וחיקוי יכולות מערביות, אבל שלא כמו האמריקנים,  החמקן הסיני הוא פלטפורמה בלבד, לא מערכת”.

J 20 JIAN התשובה הסינית למערב
באופן רשמי מפתחת סין את המטוס הזה משנות ה 90. תחילה דנו השלטונות בבייג’ין עם רוסיה לגבי תכנית פיתוח משותפת, אבל המגעים הללו לא נשאו פרי. מקורות ביון במערב טענו כי סין הבינה שלרוסיה אין כל כך מה לתרום לה בנושא החמקנות ולכן החליטה לצאת לפרויקט הזה לבד. בכלל, המערב ובעיקר ארצות הברית מנהלים למעשה מעקב צמוד אחרי החמקן הסיני כאשר הדעות חלוקות מהיכן השיגה סין את הידע. ראש ועדת שרותי הביטחון בבית הנבחרים האמריקני, הווארד מקון, טען כי המטוס הסיני הוא העתק מדויק של מטוס רוסי. המטוס הסיני, בשונה מהאפ 35, הוא בעל מנוע כפול. נתון שהעלה  בארצות הברית את החשד כי מדובר  בזליגה טכנולוגית.  איש חיל האוויר האמריקני, הגנרל תומאס מקלנרני, טען מיד אחרי טיסת הבכורה בינואר האחרון כי לדעתו מדובר בריגול תעשייתי שעשו הסינים במפעלי לוקהיד מרטין, יצרנית החמקן אפ 22, שגם הוא  בעל מנוע הכפול.
הסבר מעניין נוסף שרווח במערב היה קשור למלחמת הבלקן בסוף שנות ה- 90. מטוס חמקן מסוג אפ 117 הופל מעל סרביה, ולדברי מקורות בבלקן, שבריו הועברו לרוסיה, כדי ללמוד על המרכיבים שלו. טענה שנסתרה אגב על ידי טייס הניסוי הסיני של ה- J 20,  קסיו יונג לינג, שאמר כי האפ 117 הוא מטוס בעל טכנולוגיה מיושנת לעומת החמקן הסיני הנוכחי. הסבר נוסף שניתן במערב לפריצת הדרך הסינית היה פרשיית הריגול שהתגלתה בשנת 2005 בחברת נורתרופ גרומן שפיתחה את המפציץ החמקן, בי 2. נושיר גואדה, מהנדס אמריקני ממוצא הודי, הורשע במכירת חומר מסווג לממשלת סין. מומחים ברוסיה, שגם היא עוקבת אחרי הפרויקט טענו כי מדובר בידע מערבי או סובייטי שזלג, שכן לסין אין  עדיין את היכולת והידע לפתח חומרים מרוכבים כמו ברוסיה וארצות הברית.
עד היום ערך ה- J 20 שלוש טיסות מבחן, כאשר האחרונה בחודש מאי ארכה כמעט שעתיים. ההערכה בסין מדברת על כך שהמטוס יהיה מבצעי כבר בשנת 2017 . כלומר, קצת יותר משנה אחרי מקבילו האמריקני. מומחי תעופה שניתחו את התמונות המעטות ששחררה הממשלה הסינית, תמימי דעים כי הטכנולוגיה הסינית נמצאת בפער אדיר מזו של המערב ובמיוחד של ארצות הברית.  ה- J 20 הוא כאמור מטוס דו מנועי, חד מושבי, בעל יכולת נשיאה של עד 36 טון בהמראה בתצורה חמקנית (כלומר עם פצצות בתוך גוף המטוס ולא על הכנפיים). עדיין לא ברור איזה מנוע שולב במטוס. הסינים טוענים כי מדובר במנוע סיני , אולם במערב סבורים כי המטוס טס דווקא עם מנועי  Saturn 117S  מתוצרת רוסיה. הסיבה, במנועים הסינים התגלו בעיות רבות בשלב ניסויי הקרקע, ולכן הוחלט לעבור למנוע אמין יותר. חיזוק לכך מצאו מומחים בניתוח צינורות הפליטה של המנועים מתמונות טיסת הבכורה. “ללא ספק מדובר במבנה צינור שאינו חמקן”, כתב ביל סוויטמן, מומחה תעופה מהמגזין    Aviation Week. “סין ככל הנראה הזדרזה להטיס את אב הטיפוס, מבלי שסיימה לפתח את יכולת החמקנות”.
בנוסף לכך, אף מקור רשמי סיני לא מסר פרטים על יעוד המטוס:  אוויר – אוויר או אוויר קרקע. למרות שעל פי ניתוח מבנה הכנף, הגוף ומיכלי הדלק , נראה כי סין בונה מפציץ גדול, ארוך טווח . בדיוק מה שאמור להפחיד את ארצות הברית.

סוחוי T 50

בתחילת 2010 הצטרפה גם רוסיה רשמית למועדון החמקנות עם טיסת הבכורה של
ה- T 50 מתוצרת מפעלי סוחוי. במהלך שנות ה- 90 הכריזה רוסיה על תכנית:
(“Prospective Airborne: Complex of Frontline Aviation”) PAK FA
במסגרת התכנית תוכנן אב הטיפוס החמקן, T -50. המטוס הזה שפותח בשיתוף עם הודו הוצג לראשונה בשנת 2009, שש שנים אחרי שמהנדסי סוחוי קיבלו את האור הירוק להתחיל בפיתוח. גם רוסיה כמו סין לא מספקת יותר מדי פרטים על יכולות המטוס, אבל מפרסומים במערב עולה כי המטוס הוא בעל טווח פעולה של 5500 ק”מ, כושר נשיאה של 30 טון בהמראה, ומונע על ידי זוג מנועי S117 טורבופאן, בדיוק כמו מקבילו מסין. מקורות במשרד ההגנה של רוסיה אמרו כי כבר בשנת 2013, יתחיל חיל האוויר הרוסי לאמן טייסים בחמקן החדש, וההערכה האופטימית מדברת על הכרזה מבצעית שנתיים אחר כך. מנהל מפעלי סוחוי, מיכאיל פוגוסיאן, אמר כי על פי התכנית ייוצרו 1000 חמקנים ב- 40 השנים הקרובות כאשר רוסיה והודו ירכשו 200 מטוסים כל אחת, ו-600 האחרים ימכרו למדינות נוספות. במסגרת התכנית מתוכנן גם דגם דו מושבי של המטוס שאמור להימסר לחיל האוויר ההודי, וכן דגם ימי שאמור לשמש את צי נושאות המטוסים של רוסיה. מומחי תעופה רבים ממתינים להצגה הפומבית הראשונה שלו בסוף החודש במסגרת: MAKS Airshow, הסלון האווירי של רוסיה.
“אין ספק שרוסיה נמצאת במקום אחר מבחינת יכולות הבנייה שלה והידע בתעופה”, אומר תא”ל במי”ל אסף אגמון. “לרוסים יש ידע נרחב, אבל גם הם לא פיצחו עד הסוף את היכולות האמריקניות. החמקן הרוסי ממה שידוע עד כה, טוב יותר מהסיני, אבל עדיין לא מתקרב לקונספט האמריקני של מערכת נשק מעופפת. הרוסים, שלמעשה התחילו את הפרויקט, ניצבים במקום לא רע.  הם חברו להודו, מה שמקל מאד על עלות הפיתוח. הרוסים יצאו לפרויקט השאפתני הזה מכמה סיבות.: ראשית, רוסיה למרות מצבה הכלכלי הרעוע, עדיין רואה עצמה מעצמה, לכן לא יכלה להרשות לעצמה להישאר מאחור. שנית, רוסיה הבינה כי למרות הנהירה של העולם לכלי טיס בלתי מאוישים, עדיין העתיד שייך לחמקנים המאוישים. מבחינתה זו הייתה משימה הכרחית לשמר דריסת רגל בשוק התעופה העולמי. אני לא שולל כי נראה את ה- T 50 בעתיד בצבאות סוריה או אירן. רוסיה הוכיחה לא פעם כי בכל הקשור לתזרים מזומנים לקופתה המדולדלת, אין לה עכבות”.
שאלה: ומה זה אומר על ישראל? שחייבים להגדיל את סד”כ החמקנים של חיל האוויר?
“זה אומר קודם כל שחייבים את המטוס הזה כמה שיותר מהר בחיל האוויר. ישראל חייבת לשמר את יתרונה הטכנולוגי האיכותי באזור. ככל שהחמקנים יגיעו יותר מהר, כך יהיה קל לשמור על היתרון הזה. מי שראה מה עשו מטוסי האפ 15 והאפ 16 לאזור, מבין את המשמעות. מאז הגעתם כבר לא מדובר ביתרון יחסי של ישראל אלא ביתרון אבסולוטי”.
אגב, זו רוח הדברים שמשמיע  מפקד חיל האוויר בדיונים על האפ 35. טייסת אחת אמנם כבר “בדרך”, אבל עדיין יש הרבה מאד גבות שמורמות על המחיר והחלופות של החמקן. בימים אלה אגב, בונה צה”ל את תכנית החומש הבאה שלו “חלמיש”, אפ 35 הוא מרכיב מרכזי בה. ועל רקע הדברים האלה יש לשים לב לידיעה הבאה שיצאה השבוע מסיאול.
דרום קוריאה, מדינת חסות אמריקנית, הודיעה לפני שבועיים כי החמקן הרוסי יתחרה באפ 35 האמריקני, ובמטוס ה”טייפון”, האירופי, במכרז בשווי 7 מיליארד דולר. הודעה שמציבה איום משמעותי לפתחה של ארצות הברית לא רק מהבחינה הצבאית, אלא  גם מהבחינה הכלכלית. ועוד לא אמרנו דבר על טורקיה, שותפה מרכזית בפרויקט האפ 35. בשבועיים האחרונים התפטרה הצמרת הביטחונית של המדינה שכוללת את הרמטכ”ל ומפקדי זרועות הים, האוויר והיבשה. הסיבה, המתח וכרסום סמכויות הצבא על ידי הממשלה המוסלמית הקיצונית. מה שמעורר הרבה מאד סימני דאגה לא רק בישראל אלא בעולם המערבי ובמיוחד בנאט”ו. אף אחד לא רוצה לחשוב על משטר קיצוני עם החמקנים המתקדמים בעולם.

John McHale, M&A

לאחרונה מתכננים של תחנות בקרה עבור כלים בלתי מאוישים משתמשים בעיקר במוצרים משובצים רכיבי מדף (COTS), אבל מעולם לא הייתה ארכיטקטורה משותפת שפותחה עבור כל תחנות הבקרה הקרקעיות של מטוסים ללא טייס (מל”טים). עם זאת, מתכננים בצבא ארה”ב דוחפים לכיוון ארכיטקטורה משותפת של מקטע בקרה, שדורשת שכל המל”טים יפעלו על בסיס מערך יחיד של תקנים, חומרה ותוכנה, כדי לחסוך בעלויות.
כלים בלתי מאוישים מקבלים חלק נכבד מתקציב מחלקת ההגנה של ארה”ב, ה-(DOD). מל”טים זולים יותר ממטוסים מאוישים במונחי חומרה והדרכה, ויכולים לבצע כמעט את כל המשימות שהאחרונים יכולים לבצע.
דבורים מעופפים אלה מחסלים את לוחמי האויב באמצעות טילים ופצצות, אבל הכלי בעל הערך הרב ביותר הוא המודיעין הטקטי שהם אוספים שמועבר בערוץ יורד לתחנת הבקרה הקרקעית, מנותח ולאחר מכן נשלח למפקדים בשדה. בשלבים הראשונים של תכניות העוסקות במל”טים, התמקדה ההתלהבות במטוס עצמו, אבל כיום היא מתמקדת במטעד ובמידע הקריטי שהוא מספק למפקדים בשדה הקרב, הרבה לפני שכוחות הקרקע נפרסים בפריסה כלשהי.
מתכנני מל”טים ב-DOD מבקשים להגדיל במערכות שלהם את היכולות בעיבוד וידאו, בתמונות אינפרה אדום high-definition, באחסון ובעיבוד תמונה – והם רוצים שהדברים יבוצעו באוויר לפני שהמידע יורד, כך אומר דניס סמית, סמנכ”ל להנדסה בחברת Themis Computer  בפרמונט, קליפורניה. והוא מוסיף, משמעות הדבר היא תוספת יכולת לתחנות הבקרה הקרקעיות.
משימות אוטונומיות הן המטרה, אומר סמית, במשימות מסוג זה המל”ט מקבל תכנית משימה ומבצע אותה, בעוד שתחנת הבקרה הקרקעית מתפקדת במשימה זו בעיקר כמאגר לאיסוף נתונים. לבסוף תחנת הבקרה הקרקעית תתפקד כבקרה של תעבורה אווירית  (air traffic control)
מאחר שכמה מל”טים יפעלו ללא נקודת בקרה אחת מרכזית. ביסודו של דבר, תחנות הבקרה הקרקעיות השונות יהיו מרושתות ביניהן כדי לטפל באוסף הנתונים שנוצר על ידי כמה מל”טים.
על תחנות הבקרה הקרקעיות השונות לפעול הדדית. כדי להשיג יכולת פעולה הדדית, יש צורך בארכיטקטורה משותפת ובמערך תקנים טכנולוגיים משותפים שאינם קיימים כיום. לכל מל”ט יש תחנת בקרה קרקעית ייחודית לו שאינה תואמת תחנות בקרה קרקעיות שנבנו על ידי מהנדס מערכות אחר.

מקטע בקרה קרקעית משותף
פקידים במשרד מזכיר ההגנה האמריקאי (OSD) במחלקה ההגנה (DOD) מבקשים לשנות מצב זה ויצרו קבוצת עבודה שמכונה Unmanned Control Systems, Control Segment (מערכות בקרה לא מאוישות, מקטעי בקרה) או בקיצור UCS, כדי ליזום תקנים פתוחים בנושא תחנות הבקרה של מל”טים ובצורה כזו לנהל את העלויות ביעילות גבוהה יותר בטווח הארוך, אומר ג’ורג’ רומנסקי, מנכ”ל Verocel בווסטפורד, מסצ’וסטס, ומוסיף להסביר: זוהי ועדה פתוחה, אבל רק לאזרחי ארה”ב, והיא מתמקדת בתכניות מל”טים שמשקלם 10 ק”ג ויותר.
רומנסקי מוסיף: ה-DOD רוצה גם שנשתמש במונח מקטע בקרה במקום תחנת בקרה קרקעית מאחר שתחנת בקרה קרקעית יכולה להימצא גם על ספינה, על משאית ודומיהם.
“פעילויות קבוצת העבודה UCS מתמקדות בהגדרה של ארכיטקטורה ותקנים לתחנות בקרה קרקעיות של מל”טים ובהצגתם”, אומר מיכאל ליהי, מנהל תכנית CMMS בחברת נורת’רופ גרומן. “מאמץ זה אינו בא לתכנן דגם ספציפי של ארכיטקטורה. לחברת נורת’רופ גרומן יש התקשרות חוזית לתמיכה בפעילויות קבוצת העבודה של UCS .”OSD
“ל-DOD נמאס לשלם עבור מקטעי בקרה ייחודיים, במיוחד בסביבה התקציבית של היום בוושינגטון”, ממשיך רומנסקי. למל”ט כמו Global Hawk, Predator ואחרים יש תחנת בקרה משלהם ותצורת חומרה ותוכנה ייחודית שלעיתים קרובות שונות מפלטפורמה לפלטפורמה. ה-DOD רוצה לפתח תקן אחיד לארכיטקטורת התוכנה שמשמשת את המל”טים, כדי לקצץ בעלויות בטווח הארוך”.
לכן הם “מתייחסים ברצינות למודל עסקי פתוח, שבו ecosystem של ספקים תפתח ותרחיב שירותים שישולבו במקטע בקרה”, אומר רומנסקי. “קבוצת UCS  הגדירה תשתית רחבה של מפרטים ותרחישים, ומתקדמת לקראת הגדרת מודל בלתי תלוי בפלטפורמה, שיבוא לידי שימוש בתכנית רשמית (program of record) שמממשת מודל ספציפי לפלטפורמה או מודל שתלוי בפלטפורמה. השירותים יהיו בקשר רופף, שיאפשר ארגון ובנייה של הארכיטקטורה הבסיסית תוך שימוש בשירותים שתקוותנו שייבחרו ממאגר הולך וגדל”.
קבוצת המשתמשים עבדה בשנה הראשונה לאפיין את הארכיטקטורה המוצעת, “במילים אחרות מה עליה להיות”, אומר רומנסקי.
הארכיטקטורה תסתיים בסוף שנה זו, ולאחריה יסתיימו מודלים תלויי פלטפורמה, הוא ממשיך. “המודלים תלויי הפלטפורמה ייקחו את הארכיטקטורה ויתאימו אותה לפלטפורמה המסוימת. התוצאה תהיה שכל פלטפורמה משתמשת בתקנים המשותפים שהפיצה הועדה “המודל מוגדר על ידי קבוצת העבודה UCS  ופזה 2 צפויה להסתיים בסוף שנה זו”, ממשיך רומנסקי. “משמעות הדבר שהספקים שמספקים כיום את פלטפורמות הטיס לא יפתחו יותר מקטעי בקרה שייחודיים לכלי שאליו הם מקושרים. מקטע בקרה אחד יוכל לבצע בקרה בסוגים רבים של כלים.”
“העבודה מתקדמת היטב”, אומר רומנסקי. “איננו עובדים רק על הארכיטקטורה אלא מתייחסים גם לצרכים של אישורי הבטיחות ושל אישורי האבטחה. “הארכיטקטורה שהוגדרה תהיה בעלת ממשקים שונים המבוססים על התקן NATO STANAG 4585, שתוכנן במיוחד למערכות ממשקים למל”טים”, הוא ממשיך. “כל השירותים יהיו מקושרים בקשרי גומלין וניתן יהיה להרכיב מערכת לפי בחירה על ידי קיבוץ כל השירותים הנדרשים”.
עם זאת, כשמדובר בשדרוג תחנות הבקרה הקרקעיות הנוכחיות לארכיטקטורה החדשה, “ההחלטה לשדרג כל תחנת בקרה קרקעית היא של כל משרד ממשלתי האחראי לתכנית בהתבסס על ניתוח עלות תועלת של המל”ט המסוים”, אומר ליהי.

מגמות בשילוב רכיבי מדף
למרות שארכיטקטורת UCS  נמצאת עדיין בשלבי פיתוח, לחומרות ותוכנות מדף יש אחיזה חזקה בתכנוני מערכות תחנת בקרה קרקעית.
“הן חיל האוויר והן חיל הים משלבים חומרה מסחרית בשרתים ובמסופים של תחנות הבקרה הקרקעיות”, אומר ליהי. “בכל הקשור לתוכנה, המגמה השלטת היא לעבור למערכות לא קנייניות שגודלן נתון לשינוי, מבוססות תקנים (ארכיטקטורה מכוונת שירותים) עם ממשקי שירות מוגדרים היטב שמאפשרים שילוב נוח של שירותי/יישומי צד שלישי. אנו גם חוזים הגירה רציפה של יכולות מתקדמות ממערכות בקרה קרקעיות אל המל”ט”.
“במערכות עתידיות – בדומה למל”ט הסיור הימי בשטח רחב BAMS (Broad Area Maritime ,Surveillance) חומרות התצוגות, ניהול הנתונים וניהול המשימה יהיו מוצרים גנריים/מסחריים וייתכן שיבואו ממספר גדול של ספקים”, אומר ביל ווקר, מנהל פיתוח עסקי של המל”ט Global Hawk בנורת’רופ גרומן, “גם מערכות התקשורת ישודרגו לארכיטקטורה חדשה, וחומרת התקשורת לא נקבעה עדיין”.
בעוד שבעבר האינטגרציה של תחנות בקרה קרקעיות עשתה שימוש ברכיבי מדף קלסיים כגון לוחות VME, השאיפה היא להשתמש בטכנולוגית PC פשוטה מאחר שתחנת בקרה קרקעית היא סביבה ידידותית, אומר אנדרו היפרסון, מנהל פיתוח עסקי לפתרונות וידאו ותצוגות בחברת Curtiss-Wright Controls Embedded Computing בהארטפורשייר, אנגליה. לפעמים נדרשות בתחנות בקרה קרקעיות הפרושות בשדה מערכות קשוחות, אולם הדבר אינו אופייני לתחנות הממוזגות הממוקמות בבונקרים, מוסיף היפרסון.
רכיב המדף של, Curtiss-Wright  כרטיס הביניים, Orion משמש לדחיסת וידאו שמגיע מחיישני המל”ט בערוץ היורד, אומר היפרסון. בתחום זה המגמה היא לכיוון טכנולוגית וידאו high-definition  מסחרית, הוא אומר. אם הווידאו אינו משמש לניהוג בזמן אמיתי ולהנחיה כללית, אין צורך להוריד מיד את התמונות. ההמתנה לתמונות ברמת high-definition הינה כדאית.
“שרתים מכסים את כל הספקטרום, החל מכלים בסיסיים שמפקחים על תעבורת הרשת בין רמות שונות של אבטחה, לפלטפורמות המבצעות חישובים ברמה הגבוהה ביותר האפשרית עם לוחות בעלי ליבת הקסה כפולה עם מעבדים כפולי ליבות טסלה מגה שמעבדים בזמן אמיתי תמונות וידאו מחיישני HD”, אומר טוד פראוטי, מנהל פיתוח עסקי בחברת Crystal Group ב-Hiawatha, איובה. המגמות הטכנולוגיות פונות לעבר ציוד IT עכשווי מאחר שחלקו הגדול “מותח את מעטפת הביצועים בהקשר למהירויות העברת נתונים להעתקה ואחסון של כמויות ענק של נתוני וידאו או של כמויות צנועות של נתוני חיישן מאובטח שדורשים אריזה מותאמת”
Crystal מספקת ליישומים של תחנת בקרה קרקעית צג בודד/מקלדת RD2119 סטנדרטי, צג דואלי RD2217 ושרת RS244 עם ראש, RAID אומר פראוטי.
מהנדסי אינטגרציה של תחנות בקרה קרקעיות “מחפשים בדרך כלל שרתים עם מארז “rack mount” לפרישה קדמית, אחסון נתונים, מיתוג רשתות ומוצרי תצוגה”, אומר פראוטי. הם רוצים “ציוד קרקעי קבוע תואם סביבה, אחרים רוצים ציוד קרקעי נייד מאחר שהם דורשים ביצועים תוך כדי תנועת הרכב הנושא”
באורח מסורתי, מצוידות תחנות הבקרה הקרקעיות עבור יישומיהן בלוחות VME  ו-SPARC  כפי שמספקת Themis למל”טים Fire Scout ו-Shadow, אומר סמית. ומוסיף, VME מצוי עדיין בשימוש, אולם מהנדסי האינטגרציה מבקשים פתרונות מסחריים יותר כגון מעבדי X86.
תחנת הבקרה של המל”ט Fire Scout מתוצרת נורת’רופ גרומן שעל ספינות הצי האמריקאי משתמשת במערכת SPARC RES 32  של Themis, ולתחנת הבקרה הקרקעית של מל”ט ה-Shadow החברה מספקת לוח Xeon, אומר סמית.
כיום יש הגירה מכרטיסי VME  לפתרונות “מהקופסה” או למסדי 19 אינץ’ עם לוחות מסוג Extended ATX  או ATX, אומר סמית. הם מתאימים יותר לפתרונות אלו בהיבט יכולת עיבוד מוגדלת וביצועי מחשב, משימה “שקשה לבצע באמצעות כרטיס VME”, הוא מסביר.
המעבדים האופייניים לתחנות בקרה קרקעיות הם התקני X86 של אינטל והאלטרנטיבה הצפויה היא מעבדי, AMD אומר סמית.
עם זאת, לא כל המטעדים בשימוש המל”טים עושים שימוש בטכנולוגיות מדף. “מאחר שהנתונים שנוצרים במטעדי Global Hawk  מצריכים רוחב פס גדול, ישנן בתחנה הקרקעית מערכות ייחודיות של תקשורת, הצפנה וניהול נתונים”, אומר ווקר מנורת’רופ גרומן.

לינוקס
כשמדובר במערכות הפעלה – משתמשים בלינוקס ואפילו בחלונות, אומר היפרסון.
“אנו מפעילים את לינוקס בכל המערכות שלנו, אבל אנחנו עדיין רואים את SPARC עם מערכת הפעלה Solaris. לינוקס השתלטה על השוק הסיטונאי למעט אם נדרשת פונקציונליות זמן אמיתי, שאז יש לך מערכת הפעלה מסורתית לזמן אמיתי real-time (operating system) RTOS  מתוצרת Wind River, Green Hills Software או LynuxWorks”, אומר סמית. “בראש ובראשונה משתמשים בלינוקס למערכות משובצות”.
הכתבה נלקחה מאתר

http://www.militaryaerospace.com/index.html

יותר גמישות של הממשקים ופונקציות ניהול נוחות

מאת: יניב משה

Kontron הציגה לאחרונה שני חידושים בממשקים: I/O ניתן לתכנות באמצעות FPGA ותוכנת ביניים אחידה לגישת I/O למשאבי חומרה ממשקים. שני החידושים נועדו להקל ולהאיץ משמעותית את המימוש הספציפי ליישום  של לוחות מחשבים משובצים. לא רק שהתכנון של ה-I/O עולה לרמה חדשה של גמישות, אלא גם כל הממשקים נעשים קלים יותר לניהול.

במקביל להשקת הפלטפורמה המשובצת הראשונה בעולם המבוססת על סדרת המעבדים החדשה ™E6x5C Intel® Atom עם ה-FPGA המשולב Altera Aria II במארז רב שבבי אחד, Kontron הכריזה על המחשב עם הלוח האחד  ®MICROSPACE ועל COM Express™ Starterkit המציע לוח בסיסי עם FPGA המאפשר תצורות I/O גמישות. בנוסף, Kontron הודיעה שבעתיד כל הגדלים הפיזיים התקניים יהיו מצוידים ב-Kontron EAPI (ממשק משובץ לתכנון יישומים של Kontron) מאוחד. באמצעות תוכנת הביניים חוצת הפלטפורמות החדשה הזאת Kontron תיקננה והאחידה את הגישה והבקרה של משאבי החומרה בכל פלטפורמות המחשוב המשובצות החדשות שלה.
“גמישות צריכה תקנים”, הגדיר נורברט האוזר במסיבת העיתונאים והסביר את ההצגה המקבילה של תקני API לגישת ה-I/O וההגדלה בו-זמנית בתמיכת I/O בפלטפורמות  x86 באמצעות FPGA. ה-API המאוחד נועד להציע ללקוחות יותר נוחות ביישום רכיבים תקניים כדי לחסוך בעלויות מו”פ, להפחית את זמן ההגעה לשיווק ולהבטיח מעבר קל בין לוחות. כל הגורמים האלה במשולב מובילים גם לצמצום עלות הבעלות הכוללת (TCO). בנוסף, היישום של FPGA נועד לתמוך במגמה של I/O הניתנים לתכנות באופן גמיש המאפשרים לבצע ביעילות הרבה ביותר ממשקים ישנים או דרישות I/O תעשייתיות ספציפיות.
מנקודת מבט טכנית, ה-FPGA מעניין מאוד משום שהוא סולל את הדרך לתחום שלם של אפשרויות. בנוסף, שבב ה-FPGA מיושם על לוח ה- ™PCIe/104 עם המעבד ™Intel® Atom על רכיב רב שבבי של ® Intel כך שהיישום הזה מציע תמיכת ® Intel מלאה באמצעות מפת הדרכים המתאימה. השילוב הזה מתאים מאוד כפתרון מרכזי במגזר ההספק הנמוך.

SBC PCIe/104TM עם סדרת המעבדים Intel® AtomTM E6x5C
המחשב עם הלוח היחיד  Kontron
®MICROSPACE מבוסס על סדרת המעבדים החדישה Intel® Atom™ E6x5C וכולל מעבד ™Intel® Atom ו-FPGA Altera Arria® II המוצמדים באמצעות ™PCI Express במודול רב שבבי. ה-SBC החדש מציע רמה גבוהה מאוד של גמישות בשביל I/O או אלגוריתמים ספציפיים ליישום או ישנים תוך כדי חיסכון במקום. I/O ספציפיים ללקוח מבוצעים דרך ממשק כרטיס הביניים המהיר (HSMC).
תצורות זרמי סיביות (bitstreams), שעברו תיקוף, זמינים ל-I/O תעשייתיים כגון CAN-Bus, ממשקים טוריים (SPI Master/UART) ו- PCI-Express  I2C ו-GPIO. תצורות FPGA תעשייתיות אחרות נמצאות בפיתוח. יצרני ציוד מקורי צריכים רק את זרמי סיביות התצורה המתאימים וכרטיס ביניים מהיר (HSMC) כדי לבצע את הממשק. בשביל I/O ייעודי אף יותר, Kontron יכולה גם ליצור, לתקף ולאמת FPGA-IP כשירות תוכנה.

ייעודיות – הפתיחות החדשה
הגמישות החדשה שמציגה סביבת
ה- x86/FPGA באמצעות זרמי סיביות הקיימים והעתידיים שלה יחד עם ממשק ה-HSMC הופכים את Kontron PCIe/104™ MICROSPACE® MSMST לחלופה מעניינת לפלטפורמות RISC ייעודיות. הלקוחות מקבלים את הגמישות של FPGA עם ביצועים של x86 במודול רב שבבי משולב, וערכת השבבים התקנית כבר לא נחוצה. זה סולל את הדרך ליישומים ייעודיים אפילו יותר קומפקטיים ומשתלמים מבחינת עלויות שאפשר לספק להם תחום חדש של פונקציות פשוט באמצעות שינוי התכנות של ה-FPGA. המשמעות של זה עבור הלקוחות היא שדרוגים מהירים יותר, יותר גמישות בתכנון וזמינות ארוכת טווח של ה-IP. לקוחות עם רמה גבוהה של דרישות פרטניות מקבלים בה בעת את האפשרויות לממש את הדברים הייחודיים האלה בפלטפורמות רב תפקודיות מסחריות מהמדף רק באמצעות התוכנה, כדי להבטיח את השימוש של ה-IP הזה בטווח הארוך. בסך הכל, פלטפורמה כזאת מציעה אפשרויות רבות ליותר גמישות, לדוגמה, ליישומי אתרנט תעשייתיים, I/O ישן או תכנונים קנייניים. חריץ ה-HSMC אידיאלי להערכת אפשרויות תכנון פרטניות. המחשב עם לוח אחד ממוצב בעיקר כלוח הערכה לתכנונים ספציפיים ללקוח שמבצעים יצרנים, ש-Kontron מספקת על בסיס המעבד החדש הניתן להגדרה הזה ™Intel® Atom. אבל הוא גם ישים כפתרון מסחרי מהמדף לסדרות קטנות וגדולות יותר משום שפונקציות ה-I/O הבסיסיות כבר יושמו.

COM Express™ FPGA Starterkit
ההשקה המקבילה של COM Express™ FPGA Starterkits מדגישה שהיישום של FPGA הוא אסטרטגיה חיונית עבור Kontron. בלוח הבסיסי עם ה-FPGA Altera Cyclone IV GX יש שני חריצי HSMC והוא גמיש יותר לביצוע I/O. יתר על כן, הלוח יכול לשלב מחשבים על מודולים (COM) תואמי ™COM Express סוג 1, סוג 10 וסוג 2. המפתחים מקבלים מידה רבה של גמישות בבחירת הביצועים המדרגיים של המעבד ובביצוע ה-I/O הספציפי. Kontron COM Express™ FPGA Starterkit מתאימה כפלטפורמת ההערכה האידיאלית לתכנונים מבוססי FPGA וממוטבי עלויות המסתמכים על I/O ייעודי שהותאם באופן פרטני. התצורה הפרטנית של חיבורי המעבד וההתקנים ההיקפיים מבוצעת תוך דקות מרכיבי המדף המסחריים. אם הפרמטרים הבסיסיים של החומרה עברו תיקוף, הפיתוח של יישומי התוכנה והפיתוח של הלוח הבסיסי המתאים הספציפי ללקוח יכולים להתבצע במקביל. יצרני הציוד חוסכים בזמן פיתוח ועלויות ויכולים לקצר את זמן ההגעה לשוק של פלטפורמת ה-FPGA הייעודית שלהם. הלקוחות מרוויחים מהמימוש המבוסס FPGA של I/O גם את הרמה הגבוהה של פתיחות וגמישות, המאפשרת שדרוגים, שינויים וגם הקפאה של IP.
פלטפורמות היעד עבור I/O מבוסס x86 ו-FPGA הן תכנונים ייעודים מותאמים באופן מלא ללקוח עם לוחות בסיסיים פרטניים עם מחשבים על מודולים מדרגיים. לשתי הפלטפורמות Kontron מציעה שירותי פיתוח וייצור הכוללים ניהול מהדורות והתעדות ספציפיות לענפי תעשייה כגון ITAR או ISO 13485 לציוד רפואי. שוקי היעד של I/O מבוסס FPGA על פלטפורמות מעבדי x86 הם למעשה בלתי מוגבלים, משום ש-FPGA יכולים לכסות כמעט את כל ה-I/O שקיימים. I/O מוגדרי חומרה מפנים את הדרך ל-I/O גמישים מוגדרי תוכנה. רק התצורה של FPGA והצורה המכאנית של הממשק מגדירים את הI/O, ובכך משנים את האופן שבו מפתחים ובונים פלטפורמות  x86.

גמישות מצריכה תקנים
היבט אחר שנובע מיישומים של FPGA, הוא הגישה לפונקציות PC תקניות באמצעות יישומי תוכנה ספציפיים ללקוח. לשם כך Kontron מאחידת עכשיו את הגישה הזאת באמצעות תוכנת הביניים חוצת הפלטפורמות  Kontron EAPI (ממשק משובץ לתכנון יישומים של Kontron) בכל הלוחות התקניים וזה חל גם על יישומי ה-I/O הייעודיים מבוססי ה-FPGA. מפתחי יישומים מרוויחים מממשקים, ספריות ופונקציות API מקיפים ומאוד מפותחים לאחזור מידע מכל פלטפורמות המחשוב המשובצות החדשות של Kontron. עם ערכת פונקציות מורחבת משמעותית, Kontron EAPI תואמת ל-PICMG® EAPI, אבל בלתי תלויה בגדלים פיזיים ובמערכות הפעלה. בנוסף, Kontron EAPI מאפשרת גם פונקציות ניהול ובקרה מרחוק שיכולות להוביל לשירות משופר, תחזוקה פשוטה יותר ועלות בעלות כוללת נמוכה יותר באופן כללי.
המוצרים הראשונים עם Kontron EAPI הם לוח האם המשובץ של Kontron KTQ45, המחשב על מודול Kontron COM Express™ nanoETXexpress-SP ו-Kontron MICROSPACE® MPCX Box PC. כל הפלטפורמות החדשות שיוצגו אחרי ההשקה של Kontron EAPI יתמכו בתוכנת הביניים חוצת הפלטפורמות הזאת. אפשר לקשר את ממשק התוכנה לכל שפת תכנות עילית, לדוגמה C++ או ג’אווה. היעד של Kontron EAPI הוא להפחית עלויות פיתוח. באמצעות Kontron EAPI המשתמשים יכולים לבצע את החלפת הטכנולוגיות הזאת משמעותית יותר מהר וקל. בנוסף, המורכבות של הגישה למשאבי חומרה ו-I/O היא בהתאם לתקנים בכל הפלטפורמות המשובצות.
בתשובה לשאלה האם Kontron EAPI מבדלת את עצמה מגישות פתרון אחרות דירק פינסטל, סמנכ”ל הטכנולוגיות של Kontron AG, הסביר שכבר קיימים כמה תקנים כמו IPMI ו-PICMG® EAPI. אבל מפרטים אלה מוגבלים לגדלים פיזיים מסוימים. במקרה של Kontron EAPI הפונקציות שולבו מתוך התקנים ונכרכו לחבילת תוכנת ביניים תקנית נרחבת שהמשתמשים יכולים להתקין באופן בלתי תלוי בגודל הפיזי ובמערכת ההפעלה. Kontron משוכנעת שלקוחות רבים יקבלו בברכה את הממשק האחיד הזה, כי Kontron EAPI מביאה ערך אמיתי משום שהוצאות המו”פ מופחתות והמעבר יכול להתבצע הרבה יותר בקלות. אפשר גם להתחיל להעריך עם COM ולוח בסיסי ולאחר מכן לבצע את היישום עם לוח אם או מודול VPX. צריך ליצור רק לוח אחד במקביל להשקה של מעבד חדש ובהמשך לכך אפשר להשיק עוד לוחות ולבצע תכנון מותאם ספציפית. הודות לכך הלקוחות מרוויחים מהזמינות של הטכנולוגיות החדישות ביותר לכל הגדלים הפיזיים המתאימים במקביל להתחלת הזמינות של המעבדים. המעבר הרבה יותר פשוט וכתוצאה מכך החיסכון בזמן דרסטי למדי, ויכול להתבטא אחר כך בהשקה המהירה בשוק של הפתרונות החדישים ביותר.

חידוש עולמי: Kontron מציעה את המחשב עם הלוח היחיד (SBC) המשובץ PCIe/104 הראשון המשלב מעבד Intel Atom מסדרת E6x5C עם FPGA (רכיב אלקטרוני מתוכנת) Altera במודול רב שבבי אחד המתאים לשימוש בתחום הטמפרטורות המורחב.

פלטפורמת הפיתוח האידיאלית לתכנוני x86 מבוססי FPGA: Kontron COM Express FPGA Starterkit

חבילת תוכנת הביניים (middleware) חוצת הפלטפורמות Kontron EAPI מפשטת את הגישה לפונקציות של החומרה בכל הגדלים הפיזיים.
הכתבה נמסרה באדיבות חברת קונטרון.

PCIe/104TM SBC עם סדרת המעבדים
 Intel® Atom™ E6x5C החדישה ביותר
Kontron PCIe/104™ MICROSPACE® MSMST עם זיכרון DRAM מובנה של עד 1.3 GHz ו-2 GB כולל מעבדים מסדרת Intel® Atom™ E6x5C, שהם מעבד ™Intel® Atom ו-FPGA Altera Arria® II המוצמדים באמצעות ™PCI Express במודול רב שבבי. השילוב של אפשרויות I/O ספציפיות למשתמש רבות מבוצע “באופן קונבנציונלי” באמצעות אפיק ה- ™PCI-Express של הלוח תואם ה-™PCIe/104 או – וזה חדש – באמצעות ממשק HSMC. הלוח מתוכנן לטווח הטמפרטורות המורחב של -40 °C עד +85 °C ובכך מתאים לתנאי סביבה קשים. מאיץ המדיה הגרפי ממוטב הביצועים של  ®Intel עם עד 128 MByte, 18/24 Bit LVDS וממשק SDVO משולב במעבד. אותות הווידיאו מועברים דרך לוחות מדיה אופציונליים ל-VGA או DVI. SPDIF (יציאה) וסטריאו אנלוגי 2 x בשביל קו יוצא וכניסת מיקרופון זמינים כאופציות לאותות אודיו HD. ניתן לחבר אמצעי אחסון דרך 2x SATA300. 2 x USB 2.0 ו-1 x Gigabit LAN אופציונלית קיימים כממשקים נוספים. ה-TPM (trusted platform module) מבטיח רמה גבוהה של אבטחה ואמינות הודות להצפנת חומרה של כל הנתונים המועברים. לוח ה-Kontron MICROSPACE® MSMST תומך ב- Windows, Linux ו-VxWorks. מערכות הפעלה נוספות זמינות לפי בקשה. דגמים קדם סדרתיים זמינים עכשיו, הייצור הסדרתי יתחיל ברבעון השני של 2011.

ערכת הפונקציות של Kontron COM Express™ FPGA Starterkit
עבור המפתחים ה-Starterkit עם מצב הפיתוח הגדל של ה-IP עבור Altera Cyclone IV GX FPGA תהפוך לפלטפורמה אוניברסלית לתצורות I/O רבות. התצורה הזמינה הראשונה עבור ה-Starterkit החדשנית הזאת להערכת FPGA עבור תכנוני x86 היא לדוגמה שילוב אידיאלי של המודול המאוד קטן ותואם COM Express™ nanoETXexpress-TT. כל הרכיבים שנחוצים להתחלה מיידית מסופקים ב-Starterkit. בלב ה-Starterkit נמצא הלוח הבסיסי עםCOM Express™ FPGA. מספר רב של I/O מבוצעים בשני חריצי ה-HSMC, שלא כולם ממומשים באמצעות רכיבים ייעודיים אלא פשוט באמצעות Altera Cyclone IV GX FPGA. בתצורה הראשונה יש מיטוב של הלוח הבסיסי של Kontron COM Express™ FPGA עם שני כרטיסי HSMC ותצורת FPGA ליישומי אוטומציה ותמונות. אבל אפשר גם להגדיר מחדש את התצורה של FPGA דרך כבל ההורדה USB-Blaster שמסופק. ספק כוח וערכת הרכבה משלימים את ערכת הפונקציות. דגמים קדם סדרתיים ראשונים של Kontron COM Express™ FPGA Starterkit עבור מחשבים על מודולים סוג 1 / 2 / 10 עם Altera FPGA משולב ושני  HSMC זמינים עכשיו. הייצור הסדרתי מתוכנן  לרבעון הראשון של 2011.

הכיוונון של ממשקי התוכנה
תוכנת הביניים חוצת הפלטפורמות Kontron EAPI, ש-Kontron תתמוך בה בכל הלוחות התקניים החדשים תואמת באופן מלא ל-EAPI של ה-®PICMG במפרט העדכני ביותר של ™COM Express, מהדורה 2 COM.0 ומרחיבה את הפונקציונליות שלו. יתר על כן, Kontron EAPI ניתן ליישום ללא קשר לגודל הפיזי החל מ-A עבור ®AdvancedTCA ועד V עבור VPX. גישה מרוחקת זמינה לכל הפונקציות דרך האינטרנט. המפתחים מרוויחים מה-EAPI של Kontron הודות לרמה הגבוהה של האמינות של ממשק תכנות תקני יחד עם הנוחות הרבה שמספקת ערכת הפונקציות המורחבת.

Mark S. Robbins*, Pritesh Mistry,
Paul R. Jorden
e2v technologies Ltd, 106
Waterhouse Lane, Chelmsford,
Essex CM1 2QU, UK

תמצית
e2v technologies  פיתחה התקני “Hi-Rho” המיוצרים על סיליקון בעל התנגדות סגולית (resistivity) גבוהה מאוד. נכללו בהם תכונות תכנון מיוחדות המאפשרות לחבר פוטנציאלים של שער-למצע גבוהים ביותר ללא דליפת זרם משמעותית בין חיבורי המצע הקדמי והגבי. הגישה שאומצה מאפשרת את קיום כללי התכנון הרגילים  עבור מעגלי מגברי מוצא בעלי רעש נמוך. לכן ניתן לייצר התקנים לרעש נמוך רגישים מאוד לאורכי-גל אדום וקרוב- לאדום. מאמר זה מדווח על האפיון המפורט של החיישן בעל המבנה הגדול “Hi-Rho” המיועד ליישומי אסטרונומיה ומרחיב את הנתונים אשר דווחו בעבר כדי לכלול הערכה מפורטת של ה-CTE, רזולוציה מרחבית, אות חשוך (dark signal) ואיכות קוסמטית. גם השפעת החומר הבסיסי נחקרה עם התקנים המיוצרים על סיליקון משני יצרנים שונים. מוצגות גם מדידות של היעילות הקוונטית מהתקנים המשתמשים בתהליך ציפוי מונע השתקפות אשר פותח לאחרונה.
1.מבוא
CCDs מדעיים מיוצרים בד”כ על סיליקון אפיטקסיאלי בעל עובי השכבה האפיטקסיאלית בסדר גודל של 20µm. עבור התקנים בעלי גב מוצר המצע מוצא, ונשאר עובי פעיל בין 10µm ו-20µm. לאחר שהמשטח הגבי מטופל למזעור ההשתקפות, וכדי לעודד איסוף מטען יעיל, ניתן להשיג יעילות קוונטית כמעט אידיאלית. אולם דבר זה מושג רק עבור אורכי-גל פוטוניים מסביב לתחום הנראה. באורכי-גל ארוכים יותר אורך הבליעה בסיליקון גדל, ומגביל את מנת הפוטונים הנספגים.
אם דרושה הדמיה בעלת רגישות גבוהה באורכי-גל ארוכים אלה, ניתן להגדיל את עובי הסיליקון. אם דרוש לשמור על רזולוציה מרחבית טובה יש להפעיל שדה חשמלי אשר יהיה נוכח בסיליקון הפעיל בעומק הגדול ביותר האפשרי. דבר זה מושג לרוב על-ידי שימוש בסיליקון פעיל בעל התנגדות סגולית גבוהה יותר עבור ההתקנים העבים יותר, היוצר אזור דלדול (depletion) גדול יותר. דבר זה אפשר ייצור התקנים בעלי עובי פעיל של עד 50µm תוך שמירה על רזולוציה טובה בשימוש ברמות הממתח והשעון הרגילות. עובי זה הוא המרבי המעשי עבור סיליקון אפיטקסיאלי המשמש לרוב בייצור CCDs איכותיים.
אולם, לעתים דרושה יותר הגדלה בעובי, במיוחד עבור הדמיית פוטונים בעלי אנרגיה קרובה למרווח תחום הסיליקון, שם אורך הבליעה גדל במהירות עם אורך-הגל. השימוש בסיליקון גולמי במקום סיליקון אפיטקסיאלי מאפשר ייצור של התקנים אף עבים יותר. דרוש גם חומר בעל התנגדות סגולית גבוהה יותר, אך האתגר נשאר כיצד ליצור שדה מספיק גדול בכל העובי של ההתקן כדי לשמור על רזולוציה עבור היישומים התובעניים ביותר. e2v technologies פיתחה התקני “Hi-Rho” המיוצרים על סיליקון בעל התנגדות סגולית גבוהה מאוד. תכונות תכנון מיוחדות נכללו אשר מאפשרות לחבר פוטנציאלים שער-למצע גבוהים ללא זליגה משמעותית בין חיבורי המצע בחזית ובגב. אם כן ניתן להשיג דילדול-יתר וזמני סחיפה קצרים של אלקטרוני האות המספקים רזולוציה מרחבית מצוינת. הגישה שננקטה מאפשרת למלא אחר כללי התכנון המקובלים עבור מעגלי מוצא בעלי רעש נמוך, ובכך לייצר התקנים מאוד רגישים לאורכי-גל אדום וקרוב-לאדום. מאמר זה מדווח על אפיון חיישן “Hi-Rho” גדול המיועד ליישומי אסטרונומיה, בשם CCD261, ומרחיב את הנתונים אשר דווחו קודם לכן 1.

איור 2. תמונות חריץ ששימשו להפקת פונקציית ההרחבה קו/נקודה עבור התקנים המיוצרים בחומר 2. ב-a) ממתח מצע הגב מכוון ל- 100- וולט וב-b) הוא 0 וולט.

2. ההתקן CCD261 של e2v.
סדרת חיישני התמונה CCD261 מתוכננת עבור הדמיה באסטרונומיה ובמדעים, הדורשת במיוחד רגישות יוצאת מן הכלל לאורך-הגל האדום. הם מתוכננים לייצור מסיליקון גולמי בעל התנגדות סגולית גבוהה, בעובי פעיל של מעל 100 µm. הם מדוללים בגב ליעילות קוונטית מרבית ומשולבים עם ציפויים נגד-השתקפות בעלי יעילות גבוהה. ניתן לייצר התקנים בגדלים שונים וההתקן הזמין הראשון הוא ה-CCD261-84. ההתקן תוכנן להשלים את חיישן האסטרונומיה התקני CCD44-82 הנפוץ, בעל מבנה של 2048 על 4096, 15µm פיקסל במארז מדויק. ל-CCD261-84 תכנון מבנה ומארז זהה ופעולה דומה מאוד מלבד הדרישה למתח ממתח גבוה גבי (BSS) עבור דלדול מלא. איור 1 מציג את ארכיטקטורת ההתקן.
תכונות עיקריות כוללות מתח ממתח גב המצע עד ל70- וולט כדי לוודא דלדול מלא של הסיליקון העבה; אזורי שעון הדמיה ואחסון נפרדים (לשם העברת מסגרות אם דרוש); שני מוצאים בעלי רעש נמוך ביותר; פעולה עד 1 מגה-הרץ קצב תצוגה; תכנון מארז 4- צדדי לשימוש כמוזאיק; ביצועים גבוהים עבור הדמיה מדעית ותכנון עבור פעולה בטמפרטורות קריאוגניות (-110oC נומינלי). הביצועים דומים לאלה המושגים על-ידי סוגי CCD תקניים (לדוגמה CCD44-82) אך עם תגובה משופרת משמעותית לאדום. מבני התקן אחרים מתוכננים כוללים את ההתקן “Hi-Rho” CCD261-88 4k by4k.
3. התקנה ניסיונית

התקני ה-CCD261, המותקנים במארזים המדויקים שלהם, אופיינו מחוץ למתקן הייצור הראשי בעל האולם הנקי. מערכת בדיקה גמישה המשתמשת בסידור לוח ראש/לוח אם שימשה למטרה זו. דבר זה מאפשר לכל סוג של התקן בכל מארז שהוא לפעול אף ללא מיטוב עבור ביצועי הרעש. ההתקנים מותקנים בתוך תא ריק וניתנים לקירור עד -120oC על-ידי CryoTiger. הממתחים והשעונים מסופקים תוך שימוש באלקטרוניקה מיוחדת אשר פותחה בחברה, המספקת את הגמישות הדרושה. התקני ה-CCD261 עבור מחקר זה הופעלו בקצב פיקסלים של 500 קילו-הרץ דרך מעגל מוצא אחד או שניים. ניתן לכלול מקור קרני X Fe55  בתוך תא הריק לשם ניתוח ה-CTE. ניתן היה להשתמש במבוא אופטי, המאפשר דיאגרמת בדיקה מוקטנת להיות ממוקדת על ההתקן, עם מקורות אור להט ו-LED זמינים. היעילות הקוונטית נמדדה בעזרת מערכת בדיקה נפרדת העושה שימוש במונו-כרומטור בתור מקור אור כאשר ההתקן מופעל כפוטו-דיודה ממותגת.
4. תוצאות הבדיקה
4.1 דלדול ורזולוציה
ההתנגדות הסגולית של המצע קובעת את הממתחים הדרושים לשם דלדול מלא. ההתקנים המאופיינים כאן ייוצרו על חומר מסוג p משני יצרנים שונים. החומרים כונו חומר 1 וחומר 2. דרישות הרכישה עבור חומר 1 היו התנגדות סגולית מעל 3kcm ולחומר 2 הייתה התנגדות סגולית גדולה מ-5kcm. עבור שני סוגי החומרים עובי הדלדול נמדד כ-150±5 µm, בעזרת טכניקות אינטרפרנציה אופטית תקניות.
הרזולוציה המרחבית של החיישנים נקבעה תוך שימוש בטכניקה המשמשת כרגיל בייצור אצל e2v . חריץ צר מוקד על ההתקן והוצב בזווית קטנה לעומת כיוון העמודות. ההיענות של כל שורה מייצגת את הדגימה של פונקציית פיזור הקו. מצב החריץ כפונקציה של מספר השורה הושג על-ידי התאמה של שיטת הריבועים הפחותים. היא שימשה כדי לשלב את היענות מהשורות על-ידי כוונון המצב המרכזי של החריץ עבור כל שורה. כך ניתן להשיג דגימה תת-פיקסלית של פונקציית פיזור הקו. דבר זה שווה-ערך לפונקציית פיזור הנקודה (point spread function – PSF) בתנאי שה-PSF שווה בכיוון השורות והעמודות.
תמונת חריץ המתקבלת מההתקן המיוצר בחומר 2 נתונה באיור 2. כאן החריץ הואר על-ידי אור בעל אורך-גל של 450 nm. אורך הניחות עבור פוטונים באורך-גל זה הפועלים בתוך הסיליקון הוא רק בערך מחצית מיקרון, ומכאן נובע שרוב האות יופק קרוב למשטח המבוא של ההתקן. איור 2b מראה תמונת חריץ מורחבת עבור ההתקן בממתח בפוטנציאל מצע גב אפס בהשוואה לזה של איור 2a שם הממתח של ההתקן היה בפוטנציאל מצע גב של -100 וולט. פונקציות פיזור הנקודה המופקות עבור שני מקרים אלה נתונות באיור 3. אלה הן פונקציות פיזור נקודה כלליות וכוללות את ההיענות בשל הדגימה הדיסקרטית של ההתקן בצירוף ההיענות מההרחבה בשל פיזור המטען הצידי בתוך ההתקן. הוא גם מחובר עם PSF לא-אידיאלי של מערכת המדידה, הכוללת תופעות אופטיות ושל רעידות. מרכיב זה נקבע על-ידי הפקת פונקציית פיזור הנקודה מהתקנים המוארים בחזית. במקרה זה כל האות המופק אופטית נאסף קרוב לערוץ הקבור ולכן ההרחבה בשל הפיזור אמורה להיות מזערית. המדידות על התקנים מוארים מהחזית נותנות PSF מערכת בעל פילוג גאוסי עם סטיית תקן של כ- 4µm. סטיית התקן של ה- PSF הכולל ו-PSF הפיזור מההתקנים שייוצרו משני חומרים שונים מוצגת באיור 4.
ממדידות ה-PSF ניתן לראות שההתקן המיוצר מחומר 1 מדלדל בממתח מצע גבי של כ- -40  וולט (עם שני שלבים מוחזקים ב- +12 וולט). רוחב ה-PSF כפונקציה ל ממתח המצע הגבי כאשר ההתקן איננו מדולדל במלואו יכול לשמש לחישוב ההתנגדות הסגולית של החומר כפי שנדון בסימוכין [2]. כאן הוצג שסטיית התקן של ה-PSF בשל הפיזור בסיליקון הבלתי-מדולדל היא פשוט 0.8616 מוכפל בעומק הסיליקון הבלתי-מדולדל. על-ידי שימוש בקשר זה, ובידע על הפרמטרים של שתילת הערוץ הקבור ומתחי הסף דרך מדידות בטרנזיסטורי-בדיקה, מתאפשר חישוב רוחב ה-PSF עבור התנגדות סגולית של חומר נתון. רוחב ה-PSF הנמדד תואם התנגדות סגולית של 3.1kcm, כמתואר באיור 4.
נראה שההתקן עם חומר2 מדלדל במלואו בממתח מצע גבי מעט מתחת ל-0 וולט. דבר זה מרמז שההתנגדות הסגולית של החומר היא כ-9kcm, משמעותית מעל המינימום של 5kcm המוכתב.

איור 9. ספקטרום קרני-x של Fe55 המופק מ-CCD261 המיוצר מחומר 1 עם ממתח מצע גבי של 70- וולט וטמפרטורה של -1200C

חישובים אלה עשויים להוות קירוב רק כאשר אחד השלבים מוזן ב-0 וולט במהלך השילוב. דבר זה ישפיע על עומק הדלדול הנובע משני השלבים האחרים, תוך הקטנת העומק וגרימת תת-הערכה של ההתנגדות הסגולית של החומר. כמו כן לא הובאו בחשבון אזורי בידוד העמודות להם תהיה השפעה דומה.
ההפחתה ברוחב ה-PSF בממתחי מצע גבי נמוכים (יותר שליליים), כאשר ההתקן אמור להיות ב”דלדול-יתר”, נגרמת על-ידי הפיזור הצידי המוקטן בשל מהירות הסחיפה המוגברת של אלקטרוני האות. עבור שני סוגי החומרים, סטיית התקן של ה-PSF בשל פיזור צידי כאשר מזינים ממתח מצע גבי של -100 וולט הוא כ-5µm.
השפעת הסיליקון הבלתי-מדולדל על ביצועי ההדמיה של ההתקן ניתנת לראות בבירור על-ידי הסתכלות על הפעולות ההדדיות של החלקיקים הקוסמיים. ה-CCD261 הוא התקן בעל שטח גדול ולכן ניתן לגלות פעולות הדדיות של חלקיקים קוסמיים אפילו בזמני שילוב די קצרים. מאחר שההתקנים מיוצרים על סיליקון עבה, רבות מהפעולות ההדדיות משאירות עקבות חלקיקי מטען החוצים פיקסלים אחדים. ניתוח של הפעולות ההדדיות של החלקיקים הקוסמיים יכול לשמש כמדידה נוספת של עובי ההתקן וגם כאומדן של עומק הדלדול ולכן ההתנגדות הסגולית.
המאפיינים של עקבות המטען שונים, אך אלה היוצרים עקבות ישרות הן המעניינות ביותר. עבור שילוב של 5 דקות נצפות כ-250 פעולות הדדיות של חלקיקים קוסמיים כאשר מתוכן 5% הן שימושיות לשם ניתוח-המשך. אחדים מאוכלוסיית הפעולות ההדדיות של חלקיקים קוסמיים נובעים מחלקיקים טעונים בעלי אנרגיה גבוהה, המכונים מייננים מזערית. חלקיקים המייננים מזערית משקיעים אנרגיה ממוצעת של 1.66 MeVg-1cm2 לאורך העקבה שלהם והפעולה ההדדית ניתנת לצפייה כעקבות אותות בעלות צפיפות אות של כ-106 אלקטרונים למיקרון. כאשר התקן מדולדל במלואו, העקבה היא ישרה ומתרחבת קלות בשעה שהעקבה מתמשכת מצד האלקטרודה של ההתקן, כמתואר באיור 5a. ניתן לאמוד את עובי ההתקן מתוך גיאומטריה פשוטה לאחר שידועים הכמות הכוללת של מטען בעקבה ומספר הפיקסלים החצויים על-ידי החלקיק. תוך שימוש בטכניקה זו עובי ההתקן נמדד כ-150 ±20µm, נתון עקבי עם שיטת המדידה התקנית. אם ההתקן איננו מדולדל במלואו חלק העקבה הגולש לתוך הסיליקון הבלתי-מדולדל מתרחב משמעותית. דבר זה מוצג באיור 5b. היחס של המטען בקטע המוגדר היטב של העקבה אל הכמות הכוללת של מטען בעקבה נותן את האחוז של עומק הסיליקון הכולל אשר דולדל. זה, מוכפל בעובי הסיליקון, נותן את עומק הדלדול. גרף של עומק הדלדול היעיל המוערך כנגד ממתח המצע הגבי עבור חומר 1 נתון באיור 6. המדידות בוצעו עם שניים מתוך שלושת שעוני תמונת השלב מוחזקים ב-12 וולט במהלך השילוב, והמחזיק את השלב השלישי ב-0 וולט. כן מוצג באיור עומק הדלדול המחושב עבור פוטנציאל שער של 12 וולט והתנגדות סגולית של החומר של  3.1.
טכניקה זו להערכת עומק הדלדול וההתנגדות הסגולית של החומר היא פשוטה ועומקי הדלדול שנמדדו תואמים את אלה שהתקבלו ממדידות PSF. אולם, עשויות להיווצר אי-ודאויות שיטתיות משמעותיות וסביר שעומק הדלדול מוערך יתר על המידה בשל האות בזנב המפוזר שנאבד בתוך הרעש, ויעילות איסוף המטענים הלא-אידיאלית מהסיליקון הבלתי-מדולדל.
ההתקנים המיוצרים מחומר 2 היו כמעט במלואם מדולדלים בפוטנציאל מצע גבי של 0 וולט ואי-הוודאות הניסיונית בטכניקה זו למדידת עומק הדלדול פירושה שהיא לא ניתנת לשימוש אמין עבור התקנים אלה.
4.2 אות חשוך ואיכות קוסמטית
בניסוי נמדד האות החשוך הממוצע עבור ההתקנים המיוצרים בשני המוצרים השונים. תוצאות טיפוסיות מוצגות באיור 7. לא נצפו הבדלים משמעותיים בין שני סוגי החומרים והאות החשוך נמצא הולם לזה הנמדד בהתקנים המיוצרים בסיליקון בעל התנגדות סגולית תקנית. התלות בטמפרטורה מראה שהאות החשוך נשלט על-ידי ההפקה התרמית ממצבי הממשק (כלומר אות החשוך במשטח מפעולה במוד לא מומר).
יהיה צורך לבחון יותר התקנים בטרם ייקבע מפרט כשלים עבור ההתקנים המיוצרים. אולם, ברור שניתן להשיג בנקל ביצועים באיכות מדעית. בממתח מצע גבי של 70- וולט צפיפות הכשלים, הן כשלי עמודה וכשלי נקודה, היא באותו סדר גודל כמו בהתקנים מקובלים. זוהי תוצאה מצוינת מאחר שהתקני ה-”Hi-Rho” מיוצרים מחומר גולמי ולכן אינם נהנים מהסילוק הטבעי של אי-ניקיונות בתוך המצע של חומר אפיטקסיאלי המשמש להתקנים רגילים. לא נרשמו הבדלים ברורים בין התקנים המיוצרים בשני סוגי החומרים.
האות החשוך הממוצע עולה במעט עם עליית הממתח של המצע הגבי. התלות המורגשת ביותר של הממתח נרשמה בקצב ההפקה של כשלי נקודה בהירה (bright point). תלות הממתח המצע הגבי של כשלי פיקסלים בהירים טיפוסיים עבור התקן המיוצר מחומר 2 מוצגת באיור 8, שם נרשמה ההתנהגות של שישה פיקסלים כושלים. נרשם תחום של תלויות וסביר שהתלות הממתח המעשית מושפעת מהמצב, בתוך נפח הסיליקון, של הכשל הגורם לקצב הפקה גבוה.
4.3 יעילות העברת המטען
שיטה מקובלת לקביעת יעילות העברת המטען (charge transfer efficiency – CTE) של התקן היא באמצעות שימוש בעקבת קו ערום (stacked). בטכניקה זו ה-CCD נחשף למקור קרני x של Fe55 כאשר קרני ה-x העיקריים הם בגין מעבר האלפא Mn K הנותנים אנרגיית קרני x של 5.899 keV. כאשר אלה נבלעים לתוך ה-CCD הם מפיקים אות ממוצע של 1600 אלקטרונים ב–100oC. תוך רישום האות שנאבד מהשיא הספקטראלי כפונקציה של מספר ההעברות, ניתנת לחישוב יעילות העברת המטען בשני הכיוונים, המקבילי והטורי. ל-CCD261 פיקסל במיוחד קטן ביחס לעומק הסיליקון, כך שאירועים מפולגים, בהם שולט האות המופק מכל פעולה הדדית של קרן x  מורחב על-גבי פיקסלים אחדים. במקרה זה, לא קיים שיא ספקטראלי יחיד לשם קביעת ה-CTE. דבר זה מוצג בספקטרום קרני ה-x המופיע באיור 9. ניתן לשחזר בקירוב את המידע הספקטראלי על-ידי צירוף הפיקסלים (binning), כאשר ההשפעות שלו מוצגות באיור. ביצועי הספקטרום משתפרים משמעותית בעזרת תהליך פשוט של שחזור אירועים מפולגים, בו תת-מערך של 3×3 פיקסלים נבדק לאירוע קרן x אפשרי המתרחש במרכזו (כלומר אם הפיקסל המרכזי מכיל את רמת האות הגבוהה ביותר בתוך תת-המערך). אם אירע אירוע, כל הנתונים בתוך תת-המערך מועברים לפיקסל המרכזי. תת-מערך זה נסקר על כל הפיקסלים בתמונה. הספקטרומים הנוצרים מהתמונה המשוחזרת מוצגים גם הם באיור 9. לרוע המזל, תמונות קרני ה-x המקוריות סבלו מאיזה רעש נקלט אקראי באלקטרוניקה של שרשרת הוידאו, ונוצר רעש כולל של 18 אלקטרונים. לכן השיא מהעברת הביטא Mn K איננו נבדל בבירור משיא האלפא העיקרי של Mn K. אולם, עקבת קו ערום ניתנת להפקה מנתונים אלה. עקבת הקו הערום עבור הכיוון המקביל מוצגת באיור 10.
ה-CTE מושג מאיור 10 על-ידי חלוקה של גראדיאנט התאמה קווית למצב השיא כפונקציה של מספר השורות על-ידי האות בשיא הספקטראלי בשורה הראשונה. במקרה זה, ה-CTE המקבילי חושב כ- 0.9999963±0.000003. גרף דומה עבור הכיוון הטורי נותן CTE של 0.9999997±0.0000006. שני הערכים מתייחסים ל-CTE עבור טריפלט השעון המלא. לא נמדדו הבדלים בערכי ה- CTE על התקנים שיוצרו מחומר 2. ייתכן שפעולת שחזור האירועים המפולגים משפיעה על מדידת ה-CTE. כהוכחה על השפעות משמעותיות כל שהן, נערכו מדידות תוך שימוש בנתונים 3×3 משולבים, מהם הושגו ערכי CTE מאוד דומים, במסגרת שגיאות המדידה. ניתוח מפורט יותר חורג ממטרת מחקר זה.
4.4 מאפייני מגבר המוצא
שני מעגלי המוצא הם מגברים דו-שלביים מסוג מדעי עם השלב השני צמוד AC, כמתואר סכמטית באיור 11. השימוש בחיבורי מצע קדמי פירושו שניתן היה להשתמש בכללים עבור מגברי רעש נמוך. המגבר מתוכנן להשיג רצפת רעש בתדר נמוך של כ-2 אלקטרונים אחרי דגימה כפולה מותאמת. בתדר תצוגה של 500 קילו-הרץ הרעש שנמדד נקבע מקודם כ-~3.5 r.m.s. אלקטרונים 1, בהתאם לציפיות. מערכת הבדיקה אשר שימשה עבור עבודה זו לא הייתה ממוטבת עבור רעש, כך שלא נערך ניתוח נוסף.
ההיענות של מגברי המוצא נמדדה בעזרת שיטת העברת הפוטונים. הייתה הקפדה להשתמש באותות נמוכים בלבד מאחר שנרשמה אי-ליניאריות בשונות     (variance)   כנגד העקומות הראשיות עבור אותות גבוהים (מעל כ-50 ke) למרות שה-CTE היה טוב מאוד והמוצא ליניארי, כפי שאושר על-ידי מדידות זרם הקולט המאופס. מדידות טיפוסיות מוצגות באיור 12. סוג זה של התנהגות נרשם קודם לכן בהתקנים רגילים3. עקומות דומות מאוד מושגות עבור התקנים המיוצרים בחומר 2. כאשר הוא מופעל בממתח מצע גבי של 0 וולט, פיזור האות הצידי גרוע משמעותית עבור ההתקנים המיוצרים בחומר 1, כפי שתואר בפרק קודם. הדבר מראה שלפיזור הצידי יש השפעה מועטה על אי-הליניאריות של השונות כנגד העקומות הראשיות, בהתאם גם לממצאים אחרים 3. חקירה נוספת של תופעה מעניינת זו הייתה מעבר למטלות העבודה הנוכחית.
תוצאות אופייניות עבור ההיענות כפונקציה של ממתח המצע הגבי מוצגות באיור 13. הנתונים המוצגים הם עבור התקן המיוצר בחומר 2. ההתקנים המיוצרים בחומר 1 הראו התנהגות דומה מאוד. שינוי ממתח המצע הגבי מ-0 וולט ל-70- וולט מעלה את ההיענות בכ-10%. העלייה נשלטת כנראה על-ידי ההשפעה הקטנה של הממתח הגבי על קיבול צומת המוצא. עלייה בערך דומה נרשמה על-ידי קירור ההתקן מטמפרטורת החדר ל—1200C-. דבר זה נובע מהשינוי בניידות האלקטרונים בערוץ ה-FETs של מעגל המוצא והוא קיים גם בהתקנים מקובלים.
תמונות שנאספו לאחר זמני שילוב ארוכים מראות שאין אות משמעותי שהופק אופטית ממעגלי המוצא. דבר זה צפוי ממעגלי מוצא מדעיים איכותיים מקובלים.
4.5 יעילות קוונטית
ציפוים נגד השתקפות מרובי-שכבות חדשים נמצאים בפיתוח ב-e2v ותוארו בסימוכין [1]. ציפוי המכונה Multi-2 מוצע כציפוי תקני על התקנים מקובלים עבור יישומי אסטרונומיה ויהוו אופציה בסיסית עבור חיישני “Hi-Rho”, מאחר שהוא מספק יעילות קוונטית מצוינת בתחום ספקטראלי רחב. מדידות אשר נערכו עם חיישן “Hi-Rho” בעובי 100µm בטמפרטורת החדר מוצגות באיור 14. טמפרטורת הפעולה המעשית של חיישני ה-”Hi-Rho” אמורה להיות מסביב ל1000C–. טמפרטורה נמוכה יותר זו תשפיע על גידול אורך הניחות של הפוטונים בעל אורך-גל ארוך יותר ותפחית על-ידי כך את היעילות הקוונטית באורכי-גל אדום וקרוב לאדום. אולם, האיכות הקוסמטית הטובה של התקני ה-”Hi-Rho” בעובי 150µm המוצגת כאן הראתה שאיכות קוסמטית של התקנים עבים יותר קבילה וניתנת להזמנה לשם היענות משופרת באורכי-גל ארוכים. לכן היעילות הקוונטית הצפויה עבור התקן בעובי 200µm בטמפרטורת פעולה של -1000C מוצגת גם באיור.
5. מסקנות
אפיון מפורט של התקן ה-CCD261 של e2v הראה שהתקני ה-”Hi-Rho” החדשים מספקים ביצועי הדמיה מצוינים עבור יישומים הדורשים רגישות גבוהה באורכי-גל ארוכים. מגברי המוצא המסורתיים מסוג מדעי פועלים כמצופה וללא פליטת אור. ההבדל בביצועים בין התקנים המיוצרים בשני החומרים השונים הוא רק בממתח הדרוש כדי להשיג דלדול מלא. הבדלים מזעריים באיכות הקוסמטית בין התקנים המיוצרים מחומרים שונים הוצגו בעבודה זו. עבור רגישות מיטבית יש לתקנן את עובי ההתקנים המיוצרים ל-200µm עם ציפוי נגד השתקפות Multi-2  של e2v.
הכתבה נמסרה באדיבות חברת אלקטרונדארט
סימוכין:
[1] Jorden, P. R., Downing, M, Harris, A., Kelt, A., Mistry, P., Patel, P., “Improving the red wavelength sensitivity of CCDs”, Proc. SPIE 7742, 77420J (2010). [2] Holland, S.E., Goldhaber, G., Groom, D. E., Moses, W. W., Pennypacker, C. R., Perlmutter, S., Wang, N. W. , Stover, R. J., and Wei, M., “Development of Back-Illuminated, Fully-Depleted

מאת: אמיר בר שלום

לא בכדי היה אולם ההרצאות, בכנס ניו-טק לפיתוח יכולות צבאיות, מלא מפה לפה במהלך הרצאתו של אל”מ במי”ל פיני יונגמן, ראש תכנית  “שרביט קסמים” בחברת “רפאל”. הופעותיו של יונגמן, נדירות מאד, בעיקר  בשל רגישות הפרוייקט המשותף לישראל ולממשלת ארצות הברית. למעשה זו הפעם הראשונה ששתי הממשלות חושפות באופן שכזה את קצב  התקדמות הפרוייקט.
יונגמן הפתיע כשפתח דווקא בשורה התחתונה: “ערכנו כבר מספר רב של ניסויים, כולל של המיירט עצמו, והם מתקדמים מהר מן המתוכנן. בעוד תקופת מה, שאני לא יכול לדבר עליה, ייערך ניסוי כולל של המערכת, ואני מקווה שהיא תהיה מבצעית בתוך זמן לא רב”.
“שרביט קסמים”, הינה שלב מרכזי  בתכנית ההגנה מפני טילים של ישראל, שזכתה לכנוי “פרוייקט חומה”. “שרביט קסמים” אמורה לתת את  המענה לאיום רקטות וטילים לטווח בינוני. למעשה מדובר בשכבה העקרית של תכנית ההגנה. “כיפת ברזל” , שנכנסה לאחרונה לשימוש מבצעי בעוטף עזה ובאר שבע, אמורה לתת מענה לרקטות מטווח קצר בטווח של עד 40 קילומטרים. “שרביט קסמים” תהיה המענה לרקטות לטווח בינוני שבין 40 ל-400 קילומטרים. מעבר לטווח הזה אמורה לתת את המענה ההגנתי מערכת, “טילי החץ”, שאמורה ליירט טילים בליסטיים בגובה רב, ובעוד מספר שנים תתווסף למערכת הזו שכבה נוספת גבוהה יותר, ה “חץ 3”. מערכת שאמורה ליירט טילים בליסטיים מחוץ לאטמוספירה.
”מערכת “שרביט קסמים” תוכל להתמודד גם מול איומים עתידיים. כאלה שנמצאים כעת על שולחן השרטוטים או נחשבים לאיומים פוטנציאליים”, אמר יונגמן במהלך הכנס. “יותר מכך, המיירט יוכל במהלך הטיסה לעבר המטרה לשנות את המטרה ולפנות לעבר איום אחר, בעקבות השמדת המטרה הראשונה. המטרה, בסופו של דבר, היא שנוכל לתת מענה לכל סוגי הרקטות והטילים לטווח קצר ובינוני. כל זה על פי תכנית מוגדרת מראש שמבצעת מערכת ניהול היירוטים. המערכת הזו תוכל לשתף פעולה וליצור תמונת קרב משותפת עם המערכות המקבילות, “כיפת ברזל” ו”חץ”.  בין שאר יכולות המערכת, השילוביות שתיווצר עם מערכות עקיבה אחרות (למשל מכ”מ לווינים שיונגמן נמנע מלהזכיר בשל רגישות שיתוף הפעולה עם האמריקאים), תאפשר ל”שרביט קסמים” יכולת להתמודד עם טילי שיוט מסוגים שונים שטסים בגובה נמוך, מתחת לתמונת המכ”מ.
האופטימיות הזו של יונגמן הפתיעה רבים מהיושבים באולם. למעשה יונגמן אישר את ההערכות כי רפאל תתבסס על הניסיון המבצעי המוצלח של “כיפת ברזל” כדי להאיץ את פיתוח “שרביט קסמים”. כיום מפותח הפרוייקט  בישראל ובארצות הברית. השותפה אמריקנית של הפרוייקט היא חברת, “Raytheon” שמפתחת חלק מרכיבי הטיל עצמו.
יחד עם “רפאל”  כקבלן ראשי , מפתחות  את המערכת גם חברות “אלתא, ו“אלביט” כקבלניות משנה. “אלתא”, מפתחת את מערכת המכ”מ המתקדמת ו”אלביט”, רכיבים בגוף הטיל עצמו. הטיל המיירט מבוסס על משפחת טילי ה”פיתון” של “רפאל”,  טיל אוויר -אוויר שהוסב והושבח טכנולוגית לפגיעה בטילים ורקטות. אגב, ההערכה באשר למחיר של מיירט בודד ב “שרביט קסמים”, נעה סביב מאה אלף דולרים. יונגמן לא הרחיב באשר לניסויים שנעשו אבל רמז כי ניסויי יירוט מרכזי של כלל המערכת, אל מול טיל מטרה מתקדם, צפוי כבר בקרוב, אחרי סיום שלב ניסויי הטיסה.
במהלך ההרצאה בכנס הציג יונגמן את גוף הטיל, ופירוט החלקים שלו. “ראש הטיל בנוי בצורה קמורה, לא סימטרית כדי לאפשר לשלב בו מספר מקסימלי של חיישנים. היכולת הזו מאפשרת לנו לעקוב אחרי טיל המטרה זמן רב יותר, ואז ליירט אותו בצורה מדוייקת”.
אלא שלא הכל היה זוהר במהלך הפיתוח של “שרביט קסמים”. למעשה כל תכנית ההגנה מפני טילים שיזמה מפא”ת, זכתה לביקורות נוקבות עוד בשלב התכנון הראשוני. בניתוח היתרונות והחסרונות של פרוייקט “שרביט קסמים” ו“כיפת ברזל”, בשנת 2007 כתב יפתח שפיר, חוקר בכיר במכון למחקרי בטחון שליד אוניברסיטת תל אביב:
“ראשית, רקטות קסאם וגראד קטנות קשה לגלותן, וזמן המעוף שלהן קצר – לא יותר מ-20 שניות. בפרק זמן זה, יקשה על המערכת לזהות את המטרות, לנתח את נתוניהן ולשגר טיל שגם יצליח ליירטן.
שנית, יירוט רקטות קסאם וגראד אינו כלכלי. עלות מיירט הינה, כאמור, 40,000$ לפחות, בעוד שעלות ייצורו של קסאם היא שבריר קטן מסכום זה. גם רקטות מסוג “גראד” אינן יקרות. כך יוכלו הפלסטינים או חזבאללה, לגרור את ישראל למעגל הוצאות גדל והולך המתחייב מייצור של עוד ועוד מיירטים יקרים כמענה לרקטות הפשוטות והזולות שבידיהם.
שלישית, יש גבול ליכולותיה של כל מערכת הגנה. במקרה של ירי רקטות, יהיה קל מאוד ליריב להרוות את מערכת ההגנה, על ידי שיגור בו זמני של מספר גדול של רקטות. כך, גם אם מערכת ההגנה תהיה יעילה ותיירט מספר רב של רקטות, עדיין יוכלו חלקן לחדור ולפגוע במטרותיהן. חשוב לזכור, שמשגרי רקטות מרובי קנים נועדו מלכתחילה לירות מטחים מרוכזים ובהם מספר רב של רקטות”.

יש להדגיש כי זו אינה דעתו של שפיר, אלא רק סקירת עמדת המקטרגים, הוא עצמו תמך בפרוייקט.
הצלחתה המבצעית של “כיפת ברזל” בחודש מרס האחרון, שחררה אנחת רווחה אצל רבים במערכת הבטחון שנכנסו לפרוייקט השאפתני הזה. הירוט המסיבי שביצעה “כיפת ברזל” אל מול רקטות הגראד והקאסם,  הוכיח כי המערכת יכולה לא רק לזהות  את הרקטות בטווח כל כך קצר, אלא גם להחליט אם ליירטן או לא, וכל זאת בחישוב מהיר תוך כדי מעוף הרקטה. במקרה של “שרביט קסמים”, טווח המעקב והיירוט גדל באופן משמעותי,  בשל מעוף ארוך יותר של הרקטה.  נתון שמאפשר למערכת אפשרויות יירוט רבות.
במערכת הבטחון, בפנטגון ובקרב היצרנית “רפאל” , נזהרים מאד מלנקוב בתאריך ספציפי להשלמת המערכת. אבל… הרצאה נדירה כפי שנשא יונגמן שכללה הצגת קצב הפיתוח וההישגים עד כה,  מצביעים ללא ספק על אופטימיות (לא זהירה).
כך שלא מן הנמנע שכבר בשנה הבאה, תוכל ישראל להציג הישג משמעותי נוסף בתכנית ההגנה הייחודית שלה ,  מפני טילים.

מאת: אמיר בר שלום. “השנתיים האחרונות התאפיינו אצלנו בהשקעה גדולה מאד בהגדלת קווי הייצור שלנו, בין אם זה בארצות הברית ובין אם זה באירופה ובמזרח הרחוק“, אומר ג’ון קוסטלו, סגן נשיא ומנהל המכירות של  מוצרי ה HIGH REL במיקרוסמי האמריקנית. לMICROSEMI כמו לשאר יצרניות הרכיבים הייתה השנה האחרונה שוברת שיאים. ברבעון האחרון של שנת 2010 דיווחה החברה לבורסה על מכירות של יותר מ 151 מיליון דולר,  עלייה של 37 אחוזים בהשוואה לרבעון המקביל ב 2009, ועלייה של כמעט  12 אחוזים בהשוואה לרבעון הקודם.
“למעשה נכנסנו לתהליך הזה כבר שהתחלנו לזהות את מגמת ההתאוששות. כמו כולם גם אנחנו נכנסנו לתהליך מואץ של ייצור כדי לענות על הביקושים. הייתי אומר אפילו שהשכלנו לראות את המגמה מוקדם יותר מהאחרים, וכך נערכנו מוקדם יותר עם מלאי רכיבים. מעבר לכך אני חושב שדווקא ההרכב של מיקרוסמי עזר לנו מאד. קו המוצרים שלנו מגוון מאד והוא מכוון להמון שווקים. לכן דווקא בגלל החלוקה הזו  הייתה מעין חלוקת סיכונים “.
מהלך נוסף של מיקרוסמי השנה הייתה רכישתה של ACTEL בחודש אוקטובר. הרכישה הזו הייתה ככל הנראה חלק ממדיניות החברה להרחיב את קווי הייצור ולהתבסס טוב יותר בתחום הליבה שלה, בתחום התעופה החלל והשוק הבטחוני צבאי. מנכ”ל מיקרוסמי אמר מיד אחרי הרכישה (430 מיליון דולר במזומן), כי לא מן הנמנע שמיקרוסמי תסגור חלק מקווי הייצור של ACTEL , כדי להתמקד התחרות מול XILINX וALTERA בתחום  הרכיבים המתכנתים – FPGA.
“בסך הכל ביצענו שלוש רכישות משמעותיות”, אומר קוסטלו. “מטרתן הייתה להגיע לשוק עם יותר מוצרים. אני רואה את המהלך הזה כמשחק מונופול. אתה רוכש נכסים בשוק נתון, וכך באופן טבעי נתח השוק שלך גדל בהתאם”.

ומה באשר לרכישות נוספות. על פי הנתונים האחרונים שפרסמתם  מסיימים את אחת השנים הטובות ביותר שלכם?
“אני מניח שעד סוף 2010 כבר לא נעשה רכישות נוספות, אני מזכיר שכבר עשינו שלוש כאלה השנה. השורה התחתונה היא  לרכוש לא לשם רכישה, אלא לצורך הגדלת נתח שוק. כרגע אין משהו כזה על הפרק.
לפני שנתיים כשנפגשנו באלקטרוניקה 2008, הערכת שבתוך שנה נתחיל לראות התאוששות מסוימת, שתלך ותתגבר במהלך 2010. צדקת.
“הדברים נבעו מניתוח של צרכי השוק”, אומר קוסטלו. “הרי אנחנו עוקבים אחרי דרישות הלקוחות. הלקוחות שלנו הם בעיקר רצים למרחקים ארוכים משום שמדובר בפרויקטים ארוכים  כמו למשל תעשיית החלל. אלה בדרך כלל תקציבים של מדינות. מעבר לכך אי אפשר לעצור את הקדמה. יש היום הרבה יותר אלקטרוניקה בכל מוצר. המשמעות של יותר אלקטרוניקה. ההאטה המסוימת הייתה דווקא בשוק התעופה האזרחית, אבל גם שם השנה האחרונה היא בסימן עלייה חדה”.
למרות הדברים האלה של קוסטלו, לפחות בחלק מהפרויקטים הגדולים של ממשלת ארצות הברית נערך קיצוץ נרחב. למשל, החלטת שר ההגנה האמריקני, רוברט גייטס לסגור את קו הייצור של מטוסי החמקן אפ 22. המטוס החמקן שמהווה היום את אחד היתרונות המשמעותיים ביותר של חיל האוויר האמריקני. בלוקהיד מרטין, יצרנית המטוס נאבקו ארוכות כדי למנוע את סגירת קו הייצור, אבל המשבר הכלכלי הכריע בסופו של דבר הכף. הפיצוי ליצרנית האמריקנית ניתן בהגדלת מספר מטוסי האפ 35 שירכוש הפנטגון.
“אני חושב שבעניין הזה צריך תמיד לזכור את ההבחנה בין תקציב קשיח לתקציב נוסף”, מסביר קוסטלו. “אמנם נעשה קיצוץ בכמה מהתקציבים הקשיחים על ידי הקונגרס האמריקני, אבל במקביל היו מספר הגדלות בתקציבים הנוספים. אם מחברים את שני הסכומים הללו, מבחינתנו הייתה אפילו עלייה ולא ירידה”.

איך אתה רואה את שנת 2011, אחרי שנה כל כך מוצלחת לתעשייה בכלל ומייקרוסמי בפרט?
“אני חושב שהשוק הבטחוני ימשיך להוביל הוא עדיין מבחינתנו פלח השוק העיקרי והיציב ביותר. אבל לצד זאת אני רואה פוטנציאל גדל והולך בכל הקשור להמרת טכנולוגיות. כלומר, פיתוח ושילוב של טכנולוגיות צבאיות במוצרים חדשים, כמו למשל שוק תעשייתי, תזכור שמכשיר הג’י פי אס היה פעם רק צבאי. היום הוא חלק מכל מכונית או מכשיר נייד. מעבר לכך אני רואה את עתיד בכל הקשור באנרגיה נקייה. זה תחום שבהחלט צובר תאוצה והתעשייה לא מתעלמת ממנו. לדעתי זה שוק שנמצא עדיין בחיתוליו, ולו רק בשל המחיר. עדיין העלויות בו גבוהות מדי, אבל זה עניין של זמן ששני תהליכים יפגשו, פיתוח וירידת מחיר. בנקודת המפגש הזו, תהיה הפריצה“.
* STG הנה הנציגה הבלעדית ומפיצה מורשית של חברת MICROSEMI

מאת: אמיר בר שלום. “בשנתיים האחרונות אנחנו חווים פתיחות יוצאת דופן של הממשל הצרפתי כלפי ישראל בכל הקשור ליצוא הבטחוני“, אומר ניקולה שאנטייר, מנהל שיווק מוצר, מחברת  e2v,  המתכננת והיצרנית המובילה של רכיבים אלקטרוניים ייחודיים.
“בעבר נתקלנו בהרבה מאד מקרים שבהם הייתה בעיה עם זהותו של הלקוח הסופי  -  END USER. כיום, באופן מפורש אנחנו רואים הרבה יותר התעניינות  במוצרים שלנו בישראל”,  פותח שאנטייר את השיחה שלנו בביתן של e2v  במינכן.
e2v, הציגה ב electronica 2010 ממיר מדיגיטלי לאנלוגי 12- ביט 3Gsps בעל רוחב סרט מוצא של עד 5 גיגה-הרץ עבור הפקה של אותות מיקרוגל מוגדרי תוכנה. ה-EV12DS130A מיועד לענות לצורכי מגוון ציוד תקשורת כגון מערכות GPON, מודמי-כבלים, לווייני תצפית SAR Earth, כמו גם ציוד בדיקה אוטומטי. כדי לפשט ולהאיץ את התכנון של מערכות איסוף נתונים, e2v משיקה שתי ערכות הדגמה המקטינות משמעותית עלויות מו”פ וסיכוני פיתוח.
ה-DAC החדש של e2v מספק אזור Nyquist של 1.5 גיגה-הרץ בשל מהירות הדגימה של 3GSPS המתאימה לאותות בעלי רוחב-פס רגעי העולה על 1.2 גיגה-הרץ. התחום הדינמי של 12-ביט מכסה את צורכי התקן DOCSIS 3.0, ובשילוב עם SFDR (spurious free dynamic range)
העולה על 70dB, הוא בעל הרגישות הגבוהה וניגודיות ההדמיה SAR הדרושה עבור ציוד ולוויינים צבאיים. רוחב-הפס של 5 גיגה-הרץ מספק קצב סבב (slew rate) מאוד גבוה בדרגת המוצא של ה-DAC, המאפשר למתכנן ATE להשיג נדנוד (swing) מלא של מתח המוצא בכל תחום ה-12 ביט בפחות מ-50 ps. צריכת ההספק הנמוכה של 1.5 ואט בלבד מאפשרת שימוש בספק כוח מוקטן ומשקל סוללה מוקטן, ובכך להקטין את עלויות שיגור לוויין במסלול.
“מעבר להרחבת קו המוצרים שלנו בשנתיים האחרונות, מאז תערוכת אלקטרוניקה 2008,  הגברנו באופן משמעותי את הקשר עם הלקוחות שלנו”, מספר שאנטייר. “אחת מדרכי הפעולה שלנו הייתה להבטיח ללקוחות שלנו את תכנית ה LCM-LIFE CYCLE MANAGEMENT. תכנית שאמורה להגביר באופן משמעותי את שיתוף הפעולה שלנו עם  היצרנים“.
כדוגמא לתכנית הזו מביא שאנטייר את משגר הלוויינים אריאן 5, של סוכנות החלל האירופאית. האריאן 5  הוא משגר לוויינים כבד, פרי פיתוח של סוכנות החלל האירופית. המשגר משמש בעיקר לשיגור לוויינים למסלולים גיאוסינכרוניים (לוויינים המוצבים בנקודה קבועה בחלל מעל שטח מסוים. בשונה מלווין המקיף את כדור הארץ). השיגורים של אריאן 5 נעשים מבסיס החלל האירופי קורו  בגיאנה הצרפתית . את  לווין התקשורת עמוס 1 של התעשייה האווירית  שיגר לחלל קודמו של אריאן 5, האריאן 4 .

איך זה בא לידי ביטוי בפועל, בקשר שלכם עם הלקוחות?
“בעיקר בכל הקשור להתקשרויות ארוכות טווח“, מסביר שאנטייר. “קח לדוגמא  את תכנית ה“אריאן 5”. זו תכנית ארוכה מאד ויקרה מאד, העסקה בין e2v לסוכנות החלל האירופית שיצרה את המשגר, נחתם לפני חמש עשרה שנים. עד היום e2v ממשיכה לייצר על אותו קו ייצור את הרכיבים של האריאן 5. הסיבה לכך היא שאתה לא יכול להחליף חלקים כל הזמן. החלפת רכיב אחד  מצריכה אותך  להחליף בלוויין או בטיל חלקים נוספים ובמקרים מסוימים את כל מערכת  האלקטרוניקה. תהליך כזה  במקרים רבים לא כלכלי בתעשיית החלל שבה כל פרויקט מתוקצב במיליארדי אירו. בדיוק לצורך הזה של הבטחת אורך חיים הגינו את תכנית ה-LIFE CYCLE MANAGEMENT. היא  מבטיחה ללקוח שקט, ואת רציפות יצור החלקים. גם אם לצורך העניין נחליט להפסיק ייצור של רכיב מסויים, הלקוח יכול מבחינתו להיות בטוח שיש לו את קו הייצור לעוד מספר שנים. מבחינה מסוימת ניתן להביט על כך כאילו  אנחנו  שותפים מצד אחד, ומהצד השני מאריכים את אורך חיי המוצר,  כאמור , בין אם זה לווין,טיל או כל מערכת מוטסת”.
הדור החדש של ערכות הדגמה של e2v דורש מעט מאוד ציוד חיצוני והוא תואם לתקן VITA 57 FMC FPGA Mezzanine Card המאפשר חיבור ישיר של כרטיסים לערכת הפיתוח Xilinx Virtex 6. כך שמתכנני מערכת העובדים כבר עם ערכת הפיתוח Virtex 6 יכולים להשתמש בכרטיסי DK של e2v בתור כלי הערכה ופיתוח הכנס-הפעל של איסוף נתונים. הכרטיסים כוללים פיתרון-שעון מלא, פיתרון ייצוב מתח רב-מוצאים ופתרונות הזנת מבוא ADC רב-ערוציים, הממומשים בדרך הטובה ביותר המומלצת על-ידי e2v אותה יכולים הלקוחות להעתיק כדי לחסוך זמן מו”פ ולמזער סיכוני הפיתוח בתדרי גיגה-הרץ. ממשק משתמש מבוסס PC ואפיק USB מאפשרים שינויי תצורה מהירים בו במקום.
אפשר לומר בהחלט שההתאוששות של השנתיים האחרונות אפשרו לנו להגיע לשווקים חדשים, ובחלק מהם להעמיק את המעורבות שלנו”, אומר שאנטייר. “אחד מהם הוא כניסה מסיבית יותר לתעשיית התעופה האזרחית. כיום  רבע ממחזור המכירות של e2v  מגיע מהתעופה האזרחית. עד 2009 ראינו למעשה איזשהיא ירידה בשוק התעופה האזרחי, זה נבע כנראה משילוב בין המשבר הכלכלי העולמי, וההתאוששות האיטית של ענף התעופה האזרחית אחרי אסון התאומים.אבל, בשנה האחרונה אנחנו רואים בהחלט התאוששות של השוק הזה, שמבחינתנו היה ונשאר שוק אטרקטיבי מאד. בדיוק כמו השוק הצבאי הוא צורך כיום מוצרים של HIGH RELY.”

בתחום הצבאי קיימת דרישה תמידית לעליה בצפיפות ההספק, בביצועים, בנצילות ובאמינות, ומנגד למארזים ולעלויות קטנים יותר. התעשייה בתחום עוברת לטכנולוגיות ירוקות עם צפיפות אנרגיה גבוהה יותר וממערכות בתקן צבאי מלא למערכות מסחריות. מעל לכל, הגודל והמשקל הופכים להיות המניע העיקרי בתחום. (המשך…)

George M. Sponsler, Excalibur Systems

לפני שמתחילים פרויקט, מהנדסי המערכות צריכים לבחור באחד משני מסלולי תכנון: לבנות את המערכת בתוך הארגון או להשתמש ברכיבים ותת מכללים מהמדף. פרויקט המצריך פיתוח של מקליט נתונים מוקשח ליישומי אוויוניקה מדגים כיצד מערכת מסחרית מהמדף (COTS) יכולה לספק את הפונקציונליות העומדת בתקן הצבאי MIL-STD שנחוצה תוך חיסכון בזמן ובעלויות. (המשך…)

Brad Brannon and Tom MacLeod Analog Devices

יצירת מודלים של ממירים
אם לא פסחו על יצירת מודלים של ממירים ולא העלימו ממנה עין כפי שקורה בדרך כלל, היא מתבצעת במודל אידיאלי של ממיר. השימוש המתפשט בטכנולוגיה של אותות מעורבים בצירוף קיצור זמני התכנון, בצד הלחץ להצלחה בסיבוב הראשון, מעלים את החשיבות שהטמונה ביצירת מודל שלם של המערכת. התוכנה ADIsimADC פותחה כדי לענות על הצורך המתרחב זה.
מודלים אידיאליים של ממירים, אשר לעתים קרובות משמשים כמודלים פונקציונליים, אינם מספקים את פרטי הביצועים הדרושים להחלטה אם התקן מסוים מגיע לתוצאות הרצויות. התוכנה ADIsimADC מספקת אמצעי שמאמת את ביצועי הממירים במערכות שלהם וקובע את ישימותם עבור מערכות אלו. על אף שהתוכנה ADIsimADC אינה מבצעת אמולציה של כל מאפייני הממירים, היא מאפשרת יצירה של מודל אמיתי שהוא משמש להדמיות של מערכות.

מודל מדויק לעומת מודל התנהגותי
מודל מדויק, שכמותו אפשר למצוא במערכות ספרתיות, מספק אות מוצא ידוע עבור כל אות מעורר ידוע. התוכנה ADIsimADC אינה מודל מדויק. כתוצאה מרעש, עיוותים ותופעות אחרות של אי–ליניאריות, לעולם אין במערכות אנלוגיות תגובה ידועה עבור אות כניסה נתון. בנוסף, למודל מדויק נדרשים קובצי הדמיית מעגלים, כדוגמת SPICE, אשר מעבדים תגובה לתופעות מעבר, אך אלו גדולים, מורכבים ואיטיים ביותר, ובסופו של דבר, מספקים דיוק מוגבל. מודלים מצומצמים או מודלים שווי–ערך לא יספקו את הפרטים הדקים בביצועים הסטטיים והדינמיים.
מודל התנהגותי מבטל את המורכבות ובה בעת מאפשר יצירת מודל של פרטי הביצועים הדקים. בשילוב עם VisualAnalog, פועלת ADIsimADC ככלי תוכנה עצמאי המשמש להערכת ממירים, בנוסף על יכולתה לשמש עם כלי הדמיה רבים של צד שלישי ביחד.

מודל לעומת חומרה
יצירת מודל של מערכת או ממיר ADC אינם יכולים להיות תחליף לבנייה, לאפיון או לבדיקה של מערכת ממשית. במערכות אנלוגיות או במערכות עם אותות מעורבים, יש צורך לבצע פעולות נכונות של קונפיגורציה והנחת רכיבים, כדי להשיג ביצועים כמו אלו שהושגו בהדמיה. לכן יש להקפיד על כל כללי הנחת הרכיבים וקווי ההנחיה המופיעים בדף נתוני המוצר (עיין באיור 4). לדוגמה, חשוב לתכנן קבלים מתאימים לאספקת המתח. מאחר ובמעגלי אותות מעורבים קיימים גם חלקים ספרתיים, רעש המיתוג הספרתי יוצר לעתים בעיה, שבהיעדר הקבלים שימתנו אותו, היא עלולה לפגוע בביצועים, אף של הטוב בהתקנים. התקנים תומכים נוספים נדרשים לעתים סביב הממיר, כולל קבלים, משרנים ונגדים. דף הנתונים של המוצר ותרשים מעגל ההערכה מספקים את המידע המתייחס לרכיבים הנוספים הנדרשים.

הנתונים החשובים למודל
התוכנה ADIsimADC מיועדת לספק ביצועים מציאותיים של התקנים אמיתיים. הנתונים החשובים למודל תלויים בסוג הניתוח שהמשתמש מעונין לבצע. למשל, ללולאות בקרה יש צורך בפונקצית העברה ובמידע לגבי השהיות, לעומת מערכות רדיו שלהן אולי תידרש הצגה מדויקת של הרעש וההפרעות. התוכנה ADIsimADC יוצרת מודל של רבים מבין נתוני המפרט החשובים של ממירי נתונים כולל היסט, הגבר, קצב דגימה, רוחב פס, ריצוד (jitter), זמן המתנה (latency) וליניאריות לאותות חילופין ולאותות מתח ישר.
הגבר היסט וליניאריות לאותות מתח ישר
הטווח המלא של הממיר נקבע על ידי התכנון שלו. הוא יכול להיות קבוע, ניתן לבחירה או משתנה. שגיאת ההגבר של ממיר היא הסטייה מהערך הנומינלי, המכונה לעתים גם מיפתח הכניסה (span). מאחר שממיר ADC הוא התקן עם כניסת מתח, הטווח המלא מוגדר ביחידות של וולט במתח ישר או בתדירויות נמוכות.
ההיסט מוגדר כסטיית המעבר הממשי של האות הנושא הראשי ממחצית הטווח המלא של הממיר. אפשר למדוד את הערך הזה על ידי קיצור הכניסה למחצית מתח הטווח המלא. להתקנים רבים יש חיבורים פנימיים שממתחים את פיני הכניסה, כדי ליצור מתח כניסה במצב משותף (עיין באיור 1). בהתקנים כאלו, אין נדרשים חיבורים חיצוניים לצורך כך. הכניסה יכולה להיות צפה או במקרה של כניסות הפרשיות, אפשר לקצר אותן יחד. בהתקנים שבהם אין חיבורים פנימיים למצב משותף, יש צורך לבצע את החיבור באופן חיצוני (עיין באיור 2). בדומה למיפתח הכניסה, המתח במצב משותף יכול להיות קבוע או ניתן לכוונון. יש לעיין בדף הנתונים של ההתקן כדי לוודא את הקונפיגורציה שלו.
התוכנה ADIsimADC אינה מאפשרת ביצוע שינויים במיפתח הכניסה ובמצב המשותף. מודלים שונים של ממירים קיימים עבור התקנים עם ריבוי של מיפתחי כניסה. המצב המשותף קבוע עבור כל ההתקנים ואין אפשרות לשנות אותו. אם יש צורך ליצור מודל של מערכת שמשתמשת בטווח אחר של מצב משותף, אפשר לחסר את ההפרש באמצעות היסט חיצוני.
הליניאריות של ממיר ADC לאותות מתח ישר (עיין באיור 3) נקבעת באמצעות שיטת קוונטיזציה ועל ידי פונקצית ההעברה הסטטית של הממיר. קיימים סוגים רבים של ממירים, לכל אחד מהם יש פונקצית העברה ייחודית והוא מפיק תוצאות שונות באותות מתח ישר ובתדירות גבוהה.

קצב דגימה
ביצועי ממיר משתנים עם השינויים בקצב הדגימה ובתדירות בכניסה. מנקודת מבט של קצב דגימה, רוב הממירים הטובים מספקים ביצועים עקביים בין קצבי הדגימה המזעריים לקצבי הדגימה המרביים (עיין באיור 5). חלק מהממירים אינם פועלים באופן תקין בקצבי דגימה נמוכים מהמינימום. ייתכן שהסיבה לכך היא שמטענים שנשמרים בקבלים שעל השבב מתפרקים או נופלים בערכם, וגורמים בכך להמרת נתונים שגויה. לכן יש צורך לעיין בדף הנתונים של הממיר על מנת לקבוע את קצב הדגימה המזערי לשימוש. מעל לקצב הדגימה המרבי עלולות להופיע שתי בעיות. ההתקן עלול לא להעביר אותות ספרתיים על השבב מדרגה אחת לבאה אחריה. הבעיה השנייה היא אי–התייצבות של אותות אנלוגיים חשובים בתוך הזמן המוקצה לתהליך. אחת הדוגמאות לכך היא זמן ההרכשה עבור קבל ההחזקה. כמו במקרה הקודם, יש לעיין בדף הנתונים על מנת לקבוע את קצב הדגימה המרבי. התוכנה ADIsimADC משתמשת בקצב הדגימה המוגדר, כדי לקבוע מה אמורים להיות ביצועי הממיר. עם זאת, מחוץ לטווח המוגדר עבור ההתקן, המודל מפיק ערכים של אפס עבור כל התוצאות.

רוחב פס
ככל שהתדירות האנלוגית בכניסה עולה, ההנחתה בתגובת המשרעת (האמפליטודה) מגדילה כביכול את הטווח המלא של הממיר וגורמת בהדרגה לירידה בתגובת הממיר. התדירות שבה התגובה ירדה ב–3 dB נקראת “רוחב הפס של 3 dB” של הממיר.
ביצועים של ממיר יורדים בהדרגה לפי תגובת התדר שלו ככל שהתדירות בכניסה עולה (עיין באיור 6). מצב זה מופיע במודל של ADIsimADC ומביא לתגובה מופחתת בתוך המודל. על מנת להתגבר על הפסד זה, יש להגדיל את משרעת אות הכניסה מעל למיפתח המוגדר כברירת המחדל עבור המודל, כאשר התוצאה היא כניסה הנראית כאילו היא מעל לטווח המלא של הממיר. במציאות האות מונחת על ידי ערכים פרזיטיים הקיימים במארז ובהתקן וכן על ידי המסנן שנוצר על ידי קבל ההחזקה של מגבר הדגימה וההחזקה (SHA), ולכן האות נמצא בפועל בתוך המיפתח המוגדר.
עיוותים דינמיים ועיוותים סטטיים
כתוצאה מרוחב הפס הסופי של ממיר ADC, קיימת גם מגבלה בסיסית לקצב הסבב (slew rate), או מגבלה דינמית. מגבלה זו היא אחד המקורות לעיוותים הנוצרים בתוך ממיר ADC. ככל שעולה תדירות הכניסה של ממיר נתונים מאות של מתח ישר לתדירות עליונה כלשהי, ביצועי SFDR והביצועים ההרמוניים של הממיר הולכים ויורדים (עיין באיור 7).
מאחר שמגבלות העיוותים נובעות – לפחות בחלקן – מבעיות הכרוכות בקצב הסבב, ניתן להקטין את המשרעת של כניסת האות, תוך כדי הקפדה על כך שהתדירות האנלוגית תהיה קבועה והתוצאה תהיה קצב סבב מוקטן, והרמוניות ועיוותים משופרים ביחס לאות, בטווח המלא של הממיר. כאשר רמות האות מוקטנות נעלמות ההשפעות הדינמיות אבל ההשפעות הסטטיות מחליפות אותן במהירות כגורמים עיקריים לעיוותים.
עיוותים סטטיים נובעים מפונקצית ההעברה של הממיר (עיין באיור 8). לעיוותים אלו יש לא פעם כמה תוצאות מאוד בלתי חזויות. אלו יכולות לכלול אותות מעבר שמשתנים במהירות כפונקציה של הרמה בכניסה ויכולים להתאפיין בשיפוע חיובי או שלילי. באופן כללי אותות מעבר אלו נובעים ממאפייני הארכיטקטורה של הממיר. לממירים שונים יש פונקציות העברה סטטיות שונות והתוצאה המתקבלת תהיה עיוותים שונים מאוד. בנוסף, כתוצאה מהעובדה שמדובר ברכיבים אנלוגיים, לכל חלק באותו תכנון יש תגובות שונות לאות כניסה ולכן יהיו שינויים מסוימים בין הרכיבים.
התוכנה ADIsimADC מנסה ליצור מודל של הביצועים הנומינליים של ממיר הנתונים. על אף שהיא פועלת בצורה מעולה, סביר שיהיו שינויים מסוימים בין הרכיבים השונים. רצוי עיין בדף הנתונים של הממיר כדי לקבוע לאלו שינויי ביצועים צריך לצפות.

ריצוד
בנוסף למגבלות של קצב הסבב בכניסה האנלוגית של הממיר, אחד ההיבטים הקשים ביותר של דגימת אותות אנלוגיים בתדר גבוה הוא הריצוד [jitter]. הריצוד הוא שינוי מדגימה לדגימה, המופיע בתהליך הדגימה במעגל הראשון של כל ממיר נתונים. בתדירויות נמוכות של הכניסה האנלוגית הריצוד יהיה זניח. עם זאת בתדירויות גבוהות בכניסה האנלוגית, השגיאות הנותרות בתהליך הדגימה האנלוגי, אלו הנובעות מהריצוד, עלולות לגרום לתוצאות גרועות באופן משמעותי השגיאות בזמן הדגימה יכולות להיות בסדר גודל של פמטו-שנייה, אך לעומתן המגבלה הנובעת ביחס אות לרעש, עלולה להיות משמעותית. קיימים שני מקורות לריצוד. הראשון פנימי להתקן והוא הזניח מבין השניים. המקור השני הוא ריצוד באות השעון החיצוני. בעת יצירת המודל, שני מקורות אלו משולבים יחד לפני חישוב רעש.
הערכת של ההשפעה של קצב הסבב שמבצע המודל של ADIsimADC נותנת תוצאה מדויקת לגבי ההשפעה, גם כפונקציה של תדירות הכניסה האנלוגית וגם של המשרעת.

זמן המתנה
לסוגים מסוימים של ממירים יש השהיה בין זמן הדגימה לבין הזמן שבו מופיעים נתונים תקפים ביציאות הספרתיות. מצב זה נחשב בעייתי עבור מערכות בקרה ועבור מערכות שבהן יש חשיבות להשהיה. התוכנה ADIsimADC יוצרת מודל של זמן ההמתנה בכפולות שלמות של זמן מחזור אות השעון. כאשר משתמשים במודל, ראוי להקפיד ולקחת בחשבון בצורה נכונה את ההשהיה.

מסקנות
ADIsimADC הוא כלי תוכנה שימושי לביצוע הדמיה של ביצועי ממיר ADC בתנאי פעולה מסויימים. התוכנה מבצעת אמולציה של תנאים ממשיים ומאפשרת יצירת מודל מערכת שלם יותר. אמנם אין לראות בתוכנה ADIsimADC תחליף לחומרה, אך השימוש בכלי מהווה צעד ראשון וטוב להבנת האופן שבו פועל ממיר ADC בתכנון מערכת.