Μελέτη και προσομοίωση έμμεσης ηλεκτροστατικής εκφόρτισης σε καλώδιο SpaceWire

Κάμτσιος, Παναγιώτης; Kamtsios, Panagiotis

dc.contributor.author	Κάμτσιος, Παναγιώτης	el
dc.contributor.author	Kamtsios, Panagiotis	en
dc.date.accessioned	2024-09-03T06:50:02Z
dc.date.available	2024-09-03T06:50:02Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/60101
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.27797
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	SpaceWire cable	en
dc.subject	Διατομή	el
dc.subject	Χαρακτηριστική εμπέδηση	el
dc.subject	Characteristic impedance	en
dc.subject	Συνεστραμμένο διαφορικό ζεύγος σημάτων	el
dc.subject	Twisted differential signal pair	en
dc.subject	Ηλεκτροστατική εκφόρτιση	el
dc.subject	Electrostatic Discharge	en
dc.subject	Προσομοίωση ESD	el
dc.subject	ESD simulation	en
dc.title	Μελέτη και προσομοίωση έμμεσης ηλεκτροστατικής εκφόρτισης σε καλώδιο SpaceWire	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Μετρήσεις και εφαρμογές υψηλών τάσεων	el
heal.classification	High voltage measurements and applications	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2024-03-22
heal.abstract	Η εξέλιξη της τεχνολογίας των διαστημικών εφαρμογών, ο εμπλουτισμός του διαστημικού εξοπλισμού με νέες μονάδες και συστήματα και οι διαρκείς, σπουδαίες μα και πολύπλοκες διαστημικές αποστολές, έχουν οδηγήσει σε πολύ αυξημένες απαιτήσεις επικοινωνίας, δηλ. λήψης, μετάδοσης και διαχείρησης ψηφιακών δεδομένων, με μεγάλη αξιοπιστία και χαμηλό κόστος. Υπό το πρίσμα των αναγκών αυτών, τα τελευταία χρόνια έχει αναπτυχθεί και σταδιακά τελειοποιηθεί ένα νέο πρωτόκολλο για επικοινωνιακές ζεύξεις σε διαστημικές εφαρμογές, το λεγόμενο SpaceWire. Το πρωτόκολλο αυτό, με τα φυσικά μέσα που διαθέτει και με τον τρόπο με τον οποίο λειτουργεί, εξασφαλίζει την εκπλήρωση των υψηλών αυτών απαιτήσεων ταχύτητας, αξιοπιστίας και κόστους. Στην παρούσα Διπλωματική Εργασία μελετάται εκτενώς το φυσικό διασυνδετικό μέσο της επικοινωνιακής ζεύξης SpaceWire, το Καλώδιο SpaceWire και το φαινόμενο της Έμμεσης Ηλεκτροστατικής Εκφόρτισης σε αυτό. Πραγματοποιείται πολύπλευρη και σε βάθος μελέτη και εξέταση του καλωδίου αυτού και δημιουργείται σταδιακά ένα πλήρες προσομοιωτικό μοντέλο του, με την χρήση του λογισμικού CST Studio Suite® 2021. Το μοντέλο αυτό ακολούθως, χρησιμοποιείται για την προσομοίωση της δοκιμής Έμμεσης Ηλεκτροστατικής Εκφόρτισης σε καλώδιο SpaceWire. Όλες οι ενέργειες της υλοποίησης συντελούνται σε απόλυτη συμμόρφωση προς τα επίσημα σχετκά πρότυπα, που περιγράφουν το πρωτόκολλο SpaceWire, επεξηγώντας και αποσαφηνίζοντας τις διάφορες πτυχές του. Επίσης γίνεται προσπάθεια η υλοποίηση να παραμετροποιηθεί με όσο τον δυνατόν μεγαλύτερη προσοχή, ώστε το δημιουργηθέν μοντέλο να μπορεί να τροποποιείται από μελλοντικούς μελετητές. Αρχικά, το καλώδιο προσεγγίζεται από το επίπεδο της διατομής. Εξηγείται με κάθε λεπτομέρεια ο τρόπος δόμησης του εσωτερικού του καλωδίου και παρουσιάζεται εξίσου λεπτομετρώς η υλοποίησή του στον προσομοιωτή. Συνοδευτικά πραγματοποιούνται και θεωρητικές επαληθεύσεις της ορθότητος του μοντέλου. Στην συνέχεια εξετάζονται οι σύνδεσμοι, στους οποίους τερματίζει το καλώδιο. Διερευνώνται εκτενώς τα γεωμετρικά τους χαρακτηριστικά, με παραδείγματα από εμπορικούς συνδέσμους, όπως επίσης και από τους συνδέσμους ενός φυσικού δείγματος καλωδίου SpaceWire, που υπάρχει στο Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων (Υ. Τ). της Σχολής Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών (Ε.Μ.Π.). Με βάση αυτούς υλοποιείται το σχετικό μοντέλο στο CST. Κατόπιν αναπτύσσεται στον προσομοιωτή μια διάταξη, προορισμένη να χρησιμεύσει σαν χώρος όδευσης του καλωδίου, όπως θα ήταν και σε μια πραγματική εργαστηριακή εφαρμογή. Η συγκεκριμένη διάταξη επιλέχθηκε να είναι αυτή της δοκιμής Έμμεσης Ηλεκτροστατικής Εκφορτίσεως (Indirect ESD) σε ένα καλώδιο. Με την διάταξη αυτή έτοιμη, ακολουθεί η δόμηση του πλήρους πλέον καλωδίου SpaceWire στον 3D χώρο, συνδυάζοντας αυτήν ακριβώς την διάταξη αλλά και την διατομή και τους συνδέσμους, που είχαν ήδη υλοποιηθεί. Τέλος, σαν κατακλείδα της εργασίας αυτής, πραγματοποιείται στο Εργαστήριο Υ. Τ. ένα πείραμα ESD στο φυσικό δείγμα καλωδίου SpaceWire, που βρίσκεται αποθησαυρισμένο στον εργαστηριακό εξοπλισμό. Το πείραμα αυτό εξετάζεται αυτόνομα, σαν πεδιακό πρόβλημα, αλλά επιπλέον αξιοποιείται και σε συνδυασμό με το προσομοιωτικό μοντέλο. Συγκεκριμένα, στο περιβάλλον του CST, το πείραμα επαναλαμβάνεται και στην συνέχεια συγκρίνονται πειραματικά και προσομοιωτικά αποτελέσματα, προκειμένου να καταδειχθεί η αποτελεσματικότητα και η αξιοπιστία του μοντέλου, που αναπτύχθηκε. Συμπερασματικά σχολιάζεται η χρησιμότητα και η αξία ενός τέτοιου προσομοιωτικού μοντέλου, παρουσιάζονται μελλοντικές δυνατότητές αξιοποίησης του και επιλογικά επισημαίνεται η συνεισφορά του στην μελέτη των ζεύξεων SpaceWire και η στήριξη που μπορεί να παράσχει στον πειραματισμό με εφαρμογές, που χρησιμοποιούν αυτό το πρωτόκολλο επικοινωνίας.	el
heal.abstract	The development of space applications’ technology, the enrichment of space equipment with new units and systems and the continuous complex and high-profile space missions have led to greatly increased communication requirements, i.e. receiving, transmitting and handling digital data with great reliability and low cost. In light of these needs, in recent years a new protocol for communication links in space applications, called SpaceWire, has been developed and gradually perfected. This protocol, with the physical means it has and the way it works, ensures the fulfillment of these requirements of high-speed, high-reliabillity and low-cost onboard communication. The present Diploma Thesis deals with the physical interconnection medium of the SpaceWire communication link, the SpaceWire Cable and with the Indirect Electrostatic Discharge phenomenon on it. A multifaceted and in-depth study of this cable is carried out and gradually leads to the creation of a complete simulation model, using the CST Studio Suite® 2021 software. Subsequently, this model is used for the simulation of an Indirect Electrostatic Discharge test on a SpaceWire cable. The whole implementation is done in full compliance with the official related standards, which describe the SpaceWire protocol, explaining and clarifying its various aspects. Moreover, an effort is made to parameterize the implementation with as much care as possible, so that the created model can be modified by future researchers. Initially, the cable is approached from a cross-sectional level. The construction of the cable is explained in detail and its careful implementation in the simulator is presented. Theoretical verifications of the correctness of the model are also carried out. The thesis proceeds with the examination of the connectors, where the cable is terminated. Their geometric characteristics are extensively investigated, with examples from commercial connectors, as well as from the connectors of an actual sample of SpaceWire cable, existing in the High Voltage (H. V.) Laboratory of the School of Electrical and Computer Engineering (N.T.U.A.). Based on the abovementioned study, an accurate connector model is built and implemented in CST. Following the cable and connector modeling, a simulation setup is developed in the simulator environment, intended to much a cable layout setup in the lab. The specific setup was chosen to be that of the Indirect Electrostatic Discharge (Indirect ESD) test on a cable. With this arrangement ready, the construction of the full SpaceWire cable in 3D space takes place, combining the cross-section, the connectors and the cable layout. In the last part of this work, an ESD experiment is carried out on the actual sample of SpaceWire cable, which belongs to the H. V. Laboratory equipment. This experiment is considered independently, as a field problem, but it is also used as a validation of the simulation model. Specifically, in the CST environment, the experiment is repeated and then experimental and simulation results are compared, in order to demonstrate the effectiveness and reliability of the model developed. In conclusion, the usefulness and value of such a simulation model is underlined and future possibilities of its exploitation are presented. Also its contribution to the study of SpaceWire links and the support it can provide to experimentation with applications that use this communication protocol are finally highlighted.	en
heal.advisorName	Γκόνος, Ιωάννης	el
heal.committeeMemberName	Τοπαλής, Φραγκίσκος	el
heal.committeeMemberName	Κορρές, Γεώργιος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών. Τομέας Ηλεκτρικών Βιομηχανικών Διατάξεων και Συστημάτων Αποφάσεων. Εργαστήριο Υψηλών Τάσεων	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	466 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false