Ännu olösta problem

Sedan återstår komponenter som stora kondensatorer och induktanser för spänningsomvandlare. De problemen är ännu olösta, även om okapslade glimmerkondensatorer förmodligen tål temperaturen, liksom luftlindade spolar i platina.

Men hur är det med strömförsörjning på Venus?

– Man kan tänka sig bränsle­celler, för de fungerar bra vid höga temperaturer. Eller en radioaktiv spänningskälla. Det finns förmodligen inga venusianer som kan bli bestrålade, och kiselkarbid har inga invändningar mot strålning.

Vill ha en processor – utgår från en grind
Eftersom en mikroprocessor är slutmålet för KTH:s digitala kretsutveckling måste man börja med grindfunktioner, och det blev en or-nor-grind. Eftersom kiselkarbid är som det är, fungerar ecl-logik bäst, om än något omdimensionerat från kisel, eftersom basemitter-spännings­fallet är 2,5 volt, jämfört med kislets 0,7.

Ecl, emitter coupled logic, var den första snabba logiktypen, som bland annat användes i Cray 1-datorn. Logiken är icke-bottnad vilket,
då, gav snabbare reaktionstider än bottnad ttl-logik.


or-nor gate

Schemat för or-nor-grinden. Notera att vi talar negativ logik där alla logiknivåer rör sig under noll volt.
Logiknivåerna svingar mellan -3,2 volt för en etta och -5,1 volt för en nolla vid rumstemperatur, respektive -2,8 och -4,8 vid 200 grader Celsius. Matningsspänningen Vee är -15 volt.
Kretsarna är ännu inga fartmonster. De går i ett par megahertz, med stigtider på ~400 ns.


or-nor

I verkligheten ser grindkretsen ut så här. Till vänster ser du en ljusmikroskopbild av kretsen med anslutningarna uppmärkta, där A och B är ingångar och or och nor är rak respektive inverterad utgång.

Bilden till höger är från ett elektronmikroskop, där du ser kretsens topografi bättre. De vertikala grupperna om fyra metallrektanglar är 10 stycken npn-transistorer, medan ”ormarna” är motstånd.

1 gånger 1,1 mm kan verka ganska stort för en så enkel funktion, men räkna med att KTH driver miniatyriseringsarbetet framåt. Annars blir det inga mikroprocessorer. Du kanske fnissar åt en enkel två-ingångars grind, men betänk att datorn i den första Apollo-kapseln var uppbyggd med den mest tillförlitliga ttl-krets som fanns då, SN 7400, innehållande fyra nand-grindar.

En nyttig spin-off

Så det var när finansiärerna fick höra ordet Venus som de beviljade medel. Det låter ju hoppingivande, men vad kan industrin i övrigt ha för nytta av högtemperaturelektroniken?

– Sensorer i borrhuvudet vid olje- och gasborrning ska klara mycket höga temperaturer, liksom sensorer inuti gasturbiner i generatorer och flygmotorer. Det är besvärligt att föra ut svaga signaler ur dessa miljöer, så kunde man mäta upp värdena, a/d-omvandla, signalbehandla och omvandla till en digital dataström på radio med en krets som kan sitta direkt i 400–500 grader, vore väldigt mycket vunnet över dagens teknik. Vi ser det som en nyttig spin-off, säger Carl-Mikael Zetterling.

Världens första op-förstärkare i kiselkarbid

Mikroskåp
Doktoranden Raheleh Hedayati arbetar vid probstationen (stora bilden på artikelns första sida) med att mäta upp parametrarna för sin op-förstärkare, faktiskt den första i kiselkarbid med bipolära transistorer i världen.

Elektroderna som ansluter till kiselkarbidkretsen på värmeplattan måste justeras under mikroskop för att göra bra kontakt. Sedan svänger doktoranden undan mikroskopet, för annars smälter det.

opamp
Här ser du en ljusmikroskopbild av en op-förstärkare i kiselkarbid med fast förstärkning. De stora tomma metalliserade områdena är kondensatorer på upp till 30 pF, grupperna om fyra parallella metallytor är npn-transistorer och de tunna, slingriga sakerna är motstånd. Den stora kompensationskondensatorn i kretsen är för tillfället extern, men doktoranden Raheleh Hedayati kommer att kunna göra ännu bättre simulationer i framtiden för att eliminera den stora kondensatorn. Nästa projekt kommer att bli en a/d-omvandlare med successiv approximation, där den befintliga d/a-omvandlaren kommer att bli ett byggblock. Dessutom behövs en bra op-förstärkare.

opamp

Här är en oscilloskopbild som visar data från mätningen. Op-förstärkaren fungerar lika bra i rumstemperatur som här, vid 500 grader. En sinusvåg på 40 kilohertz med en amplitud på 27 millivolt matas in och kommer som sig bör ut inverterad, med en amplitud på 2,45 volt. Förstärkningen ligger fast på cirka 90 gånger genom återkoppling och är i stort sett konstant över hela temperaturområdet.

doktorand

Doktoranden Gina Lanni visar renrummet. Här håller hon en kassett med kiselkarbid-wafers som ska bli till integrerade kretsar.

Notera: Vi har även diskuterat problematiken med att bygga en fungerande Venuslandare med professor Zetterling och andra. Vi återkommer till det i en framtida artikel – håll utkik!

Fakta

KTH:s projekt:
www.hotsic.se och
www.workingonvenus.se
Nasas kiselkarbidsida:
tinytw.se/sic
Nasas studie för flaggskeppsresor:
vfm.jpl.nasa.gov
Om flaggskeppet till Venus (pdf):
tinytw.se/flaggvenus
Om problemen med kapsling:
tinytw.se/kapsling
Bra artikel om Venus på
Wiredcosmos:
tinytw.se/venuswired