شبیه سازی محافظت دستگاه های الکترونیک از یونها کامسول

شبیه سازی محافظت دستگاه های الکترونیک از یونها کامسول در فضای بیرونی و سایر محیط‌های پرتوهای خشن، یون‌ها و پروتون‌های پرانرژی مواد را سوراخ می‌کنند و بر سیستم‌های الکترونیکی مجاور تأثیر می‌گذارند. تابش ذرات که به عنوان یک اثر تک رویدادی (SEE) شناخته می شود، می تواند منجر به خطاهای نرم یا سخت در دستگاه ها شود. از آنجایی که فقط یک خطای سخت یک ماموریت فضایی را در معرض خطر قرار می دهد، مهندسان هوافضا باید مطمئن شوند که همه دستگاه های الکترونیکی حیاتی می توانند در برابر SEE مقاومت کنند. برای به دست آوردن درک بهتر از این پدیده، آنها می توانند با استفاده از شبیه سازی، تعامل یون-ماده را به دقت تجزیه و تحلیل کنند.

انجام پروژه کامسول شبیه سازی محافظت دستگاه های الکترونیک از یونها کامسول

اثر تک رویدادی چیست؟
SEE یک اختلال الکتریکی در مدار است که در اثر برخورد ذرات باردار مانند پروتون‌های پرانرژی به یک ماده جامد ایجاد می‌شود. تأثیر این ذرات – که از خورشید، کمربندهای تشعشعی و پرتوهای کیهانی کهکشانی می آیند – حفره هایی ایجاد می کند که الکترون ها را قادر می سازد از طریق ماده حرکت کنند. در حین حرکت، این حامل های شارژ رایگان در نهایت قبل از توقف روی یک گره، دوباره ترکیب می شوند. در آنجا شارژ اضافی باعث تغییر ولتاژ و به نوبه خود خطای نرم یا سخت می شود. این خطاها به‌ویژه برای کاربردهای هوافضا مشکل‌ساز هستند، اگرچه می‌توانند در زمین در مناطقی با سطوح تابش زیاد، مانند نزدیک به سایت‌های آزمایش هسته‌ای نیز رخ دهند. خطاهای نرم در مقابل سخت.
اگر فقط یک خطای سخت در یک سیستم حیاتی در فضا اتفاق بیفتد، می تواند پایان ماموریت باشد. به عنوان مثال، ذرات بسیار پرانرژی تولید شده توسط طوفان خورشیدی هالووین در سال 2003 بر دستگاه های متعددی در فضاپیما تأثیر گذاشت، از جمله آزمایش محیط تابش مریخ MARIE که عملکرد نادرست داشت و هرگز بهبود نیافت. دلیل آن این است که خطاهای سخت می توانند مخرب باشند، گاهی اوقات تا جایی که کل دستگاه یا سیستم نیاز به تعویض دارد. خوشبختانه، با این حال، همه خطاهای ناشی از SEE ها آنقدر مضر نیستند. خطاهای نرم معمولاً مخرب نیستند و می توانند با تنظیم مجدد برق برطرف شوند.

یک مثال از یک خطای نرم، یک اختلال تک رویدادی است که در دو جزء کلیدی دستگاه های الکترونیکی دیجیتال رخ می دهد: حافظه و سیستم های منطقی. این سیستم‌ها جزء ریزپردازنده‌ها هستند، مانند نمونه‌های موجود در مادربردها و ابزارهای علمی در فضاپیماها. یک خطا در ریزپردازنده می‌تواند منجر به رفتار نادرست کل دستگاه شود، فقط با ایجاد یک بیت از 0 به 1 یا برعکس. با این نوع خطای نرم، سیستم معمولاً قادر به ادامه کار است و با معکوس کردن تغییر می توان مشکل را برطرف کرد.

خطاهای سخت، که شامل لچاپ های تک رویدادی، فرسودگی و پارگی دروازه می شود، منجر به اثرات دائمی تر می شود. به عنوان مثال، یک قفل تک رویدادی می تواند منجر به جریان کاری بسیار زیاد شود که باعث می شود دستگاه به درستی کار نکند. داده هایی که از بین می روند؛ و در نهایت، تخریب دستگاه. این لچ‌آپ‌ها اغلب در مدارهای مجتمع ساخته شده با فناوری مکمل فلز-اکسید-نیمه هادی (CMOS) که معمولاً برای میکروکنترلرها و ریزپردازنده‌ها استفاده می‌شود، انجام می‌شود. فرسودگی و پارگی دروازه، به عنوان مثال، در ماسفت های برقی مانند ماهواره های آب و هوا و GPS رخ می دهد. این خطاها منجر به ولتاژ بیش از حد محدودیت ها می شود و باعث از کار افتادن دستگاه می شود. مهندسان هوافضا باید مطمئن شوند که همه دستگاه های الکترونیکی مهم از خطاهای نرم و سخت جلوگیری می کنند. این ماموریت به دلیل تقاضای روزافزون برای فناوری با عملکرد بیشتر، اندازه‌های کوچکتر، سرعت‌های سریع‌تر و ولتاژ کمتر، چالش‌برانگیزتر می‌شود. اگرچه این عوامل از نظر هزینه و عملکرد سودمند هستند، اما این عوامل به این معنی است که شارژ بحرانی (حداقل شارژ مورد نیاز برای برهم زدن یک گره) کمتر می شود. در نتیجه، ذرات کم‌انرژی شانس بیشتری برای ایجاد SEE دارند و دستگاه‌ها را در برابر خطاها آسیب‌پذیرتر می‌کند – حتی در اینجا روی زمین.

انجام پروژه comsol رشته الکترونیک

مهندسان هوافضا با درک اینکه چگونه ذرات باردار بر یک ماده تأثیر می‌گذارند، می‌توانند تجهیزات الکترونیکی را طراحی کنند که در برابر SEE مقاومت کند یا حتی در برابر آن آسیب‌ناپذیر باشد. برای بررسی این تعامل، آن‌ها می‌توانند از نرم‌افزار و ماژول ردیابی ذرات افزودنی استفاده کنند، همانطور که در یک مثال معیار نشان داده شده است. این مطلب شبیه سازی محافظت دستگاه های الکترونیک از یونها کامسول مفید است بخوانید.

انجام پروژه با نرم افزار comsol شبیه سازی محافظت دستگاه های الکترونیک از یونها کامسول

مدلسازی تعامل ذرات-ماده با نرم افزار
در این مثال، پروتون‌های پرانرژی به سمت بلوک سیلیکون جامد حرکت می‌کنند تا مقادیر انرژی اولیه از 1 کو تا 100 مگا ولت باشد. هنگامی که پروتون ها به مواد برخورد می کنند، دچار تلفات یونیزه می شوند که سرعت ذرات را کاهش می دهد، و متوقف می شود که آنها را در جهت های تصادفی منحرف می کند. آموزش کامسول comsol رشته مهندسی نفت را مطالعه کنید.

انجام پروژه با نرم افزار کامسول

برای ثبت آسان رفتار پروتون، می توانید از رابط Charged Particle Tracing استفاده کنید. با استفاده از گره برهمکنش ذره-ماده، می توانید هم اتلاف انرژی و هم نحوه پراکندگی پروتون ها را در نظر بگیرید. علاوه بر این، می توانید با استفاده از یکی از گره های فرعی، تأثیر پروتون را بر روی ماده توصیف کنید. به عنوان مثال، زیرگره افت یونیزاسیون برهمکنش را به عنوان نیرویی پیوسته در نظر می گیرد که در جهت مخالف حرکت ذره حرکت می کند، در حالی که زیرگره توقف هسته ای آن را به عنوان نیرویی مجزا در نظر می گیرد که ذره را کند می کند و آن را در جهت تصادفی منحرف می کند.