Tweakers maakt gebruik van cookies, onder andere om de website te analyseren, het gebruiksgemak te vergroten en advertenties te tonen. Door gebruik te maken van deze website, of door op 'Ga verder' te klikken, geef je toestemming voor het gebruik van cookies. Je kunt ook een cookievrije versie van de website bezoeken met minder functionaliteit. Wil je meer informatie over cookies en hoe ze worden gebruikt, bekijk dan ons cookiebeleid.

Meer informatie

Door , , reacties: 53, views: 29.441 •

NASA-onderzoekers hebben analoge circuits ontwikkeld die een toepassing zouden kunnen krijgen in satellieten. De analoge schakelingen zouden specifieke taken, zoals spectrumanalyses, sneller kunnen uitvoeren dan digitale tegenhangers.

Een NASA-technoloog heeft prototypes laten bouwen van analoge schakelingen die volgens hem gebruikt zouden kunnen worden voor ruimtevaarttoepassingen. De techniek werd ontwikkeld door Analog Devices Lyric Labs, een bedrijf in Cambridge, met steun van Darpa, het onderzoeksinstituut van het Amerikaanse leger. De schakelingen zouden volgens NASA's Jonathan Pellish specifieke berekeningen moeten uitvoeren, die zuiniger en met minder hardware volbracht kunnen worden.

Het gaat daarbij volgens Pellish vooral om signaalverwerking als zogeheten fast Fourier transforms, waarbij een complex signaal wordt opgedeeld in deelfrequenties. Die techniek wordt onder meer toegepast in communicatie en datacompressie. Ook worden fft's gebruikt om de spiegels van telescopen te coördineren. Met de prototypes van de schakelingen zou de techniek eerst geëvalueerd worden, maar toepassingen in de ruimtevaart zouden zeer goed mogelijk zijn. Zo zouden de eenvoudige analoge schakelingen toegepast kunnen worden in kleine satellieten, waar de ruimte en beschikbare energie beperkt zijn.

NASA prototype analoge schakeling

Reacties (53)

Reactiefilter:-153052+136+210+30
Welkom in de analoge eeuw!

Nee even zonder ongein: Het is grappig om te zien hoe bij sommige toepassingen ouderwetse methodes beter en/of sneller werken. Al helemaal als NASA met zoiets aankomt.
de echte wereld is nog steeds analoog; er zal altijd een stuk analoge elektronica aan te pas komen indien er communicatie (input output) is met de echte wereld
volgens relativiteit is de wereld analoog, volgens QM is de wereld digitaal. Leuk artikel erover met goede uitleg van Vladimir Tamari
Waarschijnlijk hebben ze dan geen van beiden gelijk maar lijkt het soms analoog en soms digitaal.
In wezen werkt alle elektronica op het laagste niveau gewoon analoog, we hebben alleen een naam verzonnen voor analoge elektronica die binaire input en output heeft en dat "digitaal" genoemd.
Analoog 0 en 1, en alles ertussen de 0 en 1
Digitaal 0 of 1

Leuke is dat oude "analoog" circuits vaak ook met veel minder transistor af kunnen, zoals analoog flipflop circuit kan je met ongeveer 6 transistor maken en digitale flipflop komen al gauw 20 transistor aan te pas. Maar ze hebben hun eigenschappen, digitaal is static output en analoog variabel. Je kan digitale flipflop de clock helemaal stilzetten en blijft de output gewoon behouden, bij analoog moet de clock puls actief blijven.


Jerie legt het wel even uit. De dynamic flipflop is oud stukje techniek, ook retro. :)
http://www.youtube.com/wa...skbx8E&feature=g-subs

[Reactie gewijzigd door mad_max234 op 28 november 2012 18:31]

Klopt bijna.

Digitaal hoeft namelijk niet 0 of 1 te zijn. Het Engels woord 'digit' betekend 'cijfer', en daarmee hebben we meteen de betekenis van het woord 'digitaal' te pakken. Een digitaal is een reeks gehele getallen, zoals wikipedia het omschrijft. Een digitale schaal is geen glijdende schaal, hij werkt met stapjes.
Dit in tegenstelling tot analoog. Een analoog signaal is een signaal dat waarden in principe traploos kan weergeven, opnieuw geciteerd van wikipedia.

De reden dat mensen het woord 'digitaal' vaak omschrijven als eentjes en nulletjes is omdat 'digitaal' wordt geassocieerd met digitale data, wat binair wordt opgeslagen aangezien magneten slechts twee polen hebben.

Edit: het woord 'digitaal' is overigens niet afgeleid van het Engelse woord 'digit', maar van het Latijnse woord 'digitus', dat vinger betekend, omdat men vroeger met de vingers telde.

[Reactie gewijzigd door eiPi10 op 28 november 2012 20:40]

Analoog lijkt me ook vooral beter bestand tegen stralingen daarboven.

Maar wat heeft een satelliet aan die visuele nummer displays op het moederbord ? Als je het over zo min mogelijk stroom verbruik heb, dan neem ik aan dat die displays niet meer aan staan na vertrek ...
Beter bestand tegen straling? Analoog heeft geen error checking of error correction. Binnen het hele analoge circuit kan daardoor juist veel ruis aan het signaal worden toegevoegd, bijvoorbeeld onder invloed van die straling. In dat licht zie ik niet hoe analoog beter bestand is tegen straling.
Dat is toch niet moeilijk? Gewoon de waarde ver uitelkaar leggen en geen nul gebruiken. Wordt wel meer gedaan met signalen. Zelfde voor error correctie, hier zijn ook oplossingen voor te bedenken.
@jesper86 ik verwacht niet dat getoonde al naar boven gaat maar puur als proof of concept.
Bij een analoog systeem heb je altijd nog dat je iets van een signaal krijgt met meer of minder ruis. In een digitaal systeem krijg je exact het signaal of, wanneer de error checking en correcting niet voldoende is, volslagen onzin. Je kan dan kiezen voor een analoog systeem als je het belangrijker vind dat je altijd iets van een signaal meet, met dus een afwijking/ruis die je dan accepteerd
Volgens mij kan het heel simpel met differentiele of gebalanceerde signalen. Iets wat in de audio al heel lang gebruikt wordt. Stuut het signaal 2x, alleen 1x in een tegengestelde fase, storing treed op in beide signalen, maar dat is terug te zien aan de ontvangende kant. Zoiets ook als in een twisted pair kabel.

http://en.wikipedia.org/wiki/File:DiffSignaling.png

Maar misschien denk ik te simpel...
Klopt, maar je kunt wel bijvoorbeeld noise reduction implementeren met analoge methodes. Digitale electronica is bovendien veel gevoeliger voor straling en EM-storing, het gaat eerder stuk, vooral naar mate de onderdelen op de chips kleiner worden. Met analoge circuits kun je vaak toe met een eenvoudiger schakeling, die in zo'n omgeving robuuster is.
Digitaal heeft het probleem dat 'een bitje kan omvallen'. En wanneer dat een most-significant bit is, dan kan dat pijnlijke grote invloed hebben. Bij analoog krijg je alleen extra ruis, en dat is dus beter voorspelbaar.
Waarom zou je geen errorchecking of correction in analoge circuits kunnen maken? Anders zouden analoge regelaars toch ook niet kunnen bestaan?
Digitaal bestaat ook uit een analoog signaal, of wel de logische "1" of de logische "0" wat afhankelijk van de logica die hier op werkt op bepaalde spanningshoogten zitten.
(veel voorkomende spannings niveaus voor digitale signalen 12v, 5v en 3,3v. Waarbij 12v niet minder storingsgevoelig is dan 3,3 omdat je te maken krijgt met de signal to noise ratio) Dit lijkt in eerste instantie geen invloed te hebben op de informatie, maar dat heeft het wel aangezien een fysische grootheid altijd eerst omgezet moet worden naar een digitaal signaal.

De ruis is voor een gedeelte meetbaar en dus uit te filteren, voor een ander gedeelte (zie bijv. gaussian noise) voorspelbaar zeker als je werkt met een FFT (wat in de basis een optelling is van elke frequentie en hoe vaak deze voor komen). Zeker voor de toepassing van een FFT is het heel begrijpelijk dat er gekozen wordt voor een analoge systeem.

Een digitaal systeem levert meer limitaties op als je gaat kijken op naar frequentie bereik. Waar een analoge systeem buiten zijn lineare gebied gaat werken houd het bij een digitaal systeem gewoon op. Ook de sample frequentie van een digitaal systeem is hier een beperking zeker als je rekening houd met niquist. En (waarschijnlijk de belangrijkste reden) digitaal een FFT uitvoeren levert je fixed frequenties op. Deze fixed frequenties zijn gebaseerd op je digitale systeem. Waar een analoog systeem alle frequenties opleveren die enigsinds mogelijk zijn over de band en dus een preciezere referentie heeft voor storing.

Een ding wat misschien een beetje vreemd klinkt voor de mensen zonder een elektrotechnische achtergrond is dat digitale signalen lang niet zo high tech zijn als we denken. Digitale signalen maken het ons makkelijk toegegeven. Echter je verliest heel veel informatie door te digitaliseren. Dit komt voor een groot gedeelte omdat je het sampelt. Alle frequenties die groter zijn dan de helft van je sample rate zijn zowiezo niet meet baar en om een digitaal signaal het equivilent te noemen van een analoge signaal moet je de sample frequentie delen door 30. Dat houd dus in dat als je 1Ghz wil meten dat je electronica op 30Ghz moet draaien.

Dus als we serieus gaan kijken naar "high tech" dan was de analoge techniek beter als de digitale, maar dat is een hele andere discussie. :)

[Reactie gewijzigd door _wolf_ op 28 november 2012 22:24]

Het inkomend signaal van de antenne gaat door een bandpass filter en vervolgens wordt het gedownmixed tot een IF signaal dat traditioneel ergens in de MHz'en loopt. Uit dat signaal worden vervolgens symbolen uit gehaald (bv. QPSK, (D)BPSK, Quarter DPSK, QAM-16, QAM-64).

Ik ben momenteel bezig met een paper rond DVB-T, hierbij een goede bron: http://www.carlomozetic.net/userfiles/dvbt.pdf
Maar in de ruimte gebruiken ze juist vaker retro-chips, als in ouwe meuk die niemand eigenlijk meer gebruiken omdat ze te traag zijn vergeleken met wat er nu wordt verkocht.

Komt ook doordat die chips groter zijn en daardoor minder gevoelig zijn voor kosmische straling dan onze nieuwe chips :P .

Deze analoge circuits zijn dan ook eenzijdig kunnen niet meer doen dan waar ze voor gebouwd zijn, dit in contrast met de digitale chips, je kunt die voor multi-purpose gebruiken. Nadeel is wel dat die minder snel en minder efficiŽnt is.
Dit komt ook omdat ze deze reeds jaren gebruiken en het veel te duur is deze systemen opnieuw te ontwerpen en testen voor gebruik te maken van nieuwe hardware
Precies. Een beetje satteliet heeft een ontwikkeltijd van jaren vanaf de tekentafel tot de lancering. Allicht dat de aanwezige hardware daarna niet meer erg up to date is, zeker als je bedenkt dat er op de tekentafel aan gekozen wordt voor hardware waarvan alle ins en outs bekend zijn en die door en door getest zijn. Je wil niet ineens met zoiets als die floating point bug in de oude pentiums zitten als je sat al in de ruimte hangt...
De voornaamste redenen dat ruimtevaartorganisaties 'oude' hardware gebruiken heeft te maken met betrouwbaarheid.

Ten eerste is die hardware al een lange tijd in gebruik en zijn de bugs er uitgehaald of op zn minst bekend. Het is dus bekend wat het real-world gedrag is van het desbetreffend design en het design is over de tijd heen zelfs verbeterd.

Ten tweede is het oudere productieprocess beter beheersd en dat zorgt voor betrouwbaardere implementatie van het design met minder kans op productiefouten en grotere toleranties.

In het kort hebben ze liever chips die welliswaar een stuk minder performen maar die een heel stuk meer betrouwbaar zijn en die iig toleranties hebben die het device bruikbaar maken voor ruimtereizen.
Zo heb je in de ruimte te maken met gigantische warmteverschillen. Als in de ruimte de zon op je schijnt dan wordt het warmer dan op de meeste plekken op aarde, als je in de schaduw bent dan wordt het al snel kouder dan waar dan ook op aarde.
Een splinternieuw huis-thuin-en-keuken-CPU design kan daar helemaal niet tegen.
Na een paar keer uitzetten en krimpen breken de baantjes op de chip en dat soort dingen.

Verder is het ook nog zo dat de moderne kleinere designs gevoelliger zijn voor ruis.
En straling levert veel extra ruis op op de banen in de chip. Het is dus helemaal niet gunstig om met kleinere designs te komen en dus zijn de oudere productieprocessen nog prima te gebruiken.
Er spelen nog wel een paar andere redenenen mee, die te maken hebben met branche-prediction, caching, en de daaropvolgende theoretisch oneindige worst-case execution time, waardoor ze in control-applicaties gewoon niet te gebruiken zijn. Het is enorm duur of praktisch onmogelijk om te bewijzen dat deze chips binnen een bepaalde tijd consistent een resultaat afleveren. En in de ruimte wil je die voorspelbaarheid wťl hebben. Dan maar duur/zwaar/etc, maar wel betrouwbaar.
Met analoge techniek zijn we op de maan gekomen, niets mis mee dus. De hedendaagse digitale techniek is wel een stuk flexibeler.

Ik ben echt benieuwd naar deze ontwikkeling. Wat zijn de verbeteringen die moderne productie technieken naar deze 'ouderwetse' technologie brengen.

Ik wil nog steeds een kijken of ik een replica van de Bode 7702 vocoder in elkaar kan zetten met off the shelf parts. Veel leuker dan eentje programmeren, wat een koud kunstje is als je een beetje kan programmeren.

[Reactie gewijzigd door Omega Supreme op 28 november 2012 14:04]

Zowel de Apollo guidance computer als de speciaal voor NASA aangepaste en geclusterde IBM System/360 mainframes waren (uiteraard) wel degelijk digitaal. Het zwaardere rekenwerk werd op Aarde door de IBM mainframes uitgevoerd, terwijl het navigeren en de eenvoudiger berekeningen aan boord door de 2 guidance computers werden gedaan. De commando module beschikte overigens ook over een guidance computer. Verder zat in iedere Saturn-V raket ook een IBM computer, die de besturing van de raket tijdens de lancering voor zijn rekening nam.


http://www-03.ibm.com/ibm...ons/apollo/breakthroughs/

http://www.abc.net.au/science/moon/computer.htm

http://en.wikipedia.org/wiki/Saturn_V_Instrument_Unit
Er zijn veel redenen te bedenken waarom veel dingen digitaal zijn:
-microchip is goedkoper dan de analoge schakeling
-software kun je aanpassen, hardware wat moeilijker
-de chips is vaak vlot genoeg, ondanks dat er soms overkill is
-goedkoper te produceren en onderhouden
-andere opties kunnen makkelijk ook op een chip worden gezet

Een chip hoeft echter niet altijd beter te zijn. Met analoge schakelingen kun je soms een stabieler resultaat leveren in bepaalde omstandigheden, of in dit geval sneller werken.
Ik kan me voorstellen dat een analoog circuit zichzelf beter houd dan een microchip in de ruimte, met al die straling.

En zoals altijd geld de regel: er zijn meerdere wegen naar Rome ;)

[Reactie gewijzigd door wootah op 28 november 2012 19:13]

Het afgebeelde circuit board is overigens volledig digitaal, maar het biedt de mogelijkheid om hierop (deels) analoge apparatuur aan te sluiten.

Kijk dat lijkt inmiddels meer op wat ouderwetse analoge rommel.

[Reactie gewijzigd door snirpsnirp op 28 november 2012 14:13]

Ik zou nu natuurlijk kunnen zeggen dat een volledig digitaal board niet bestaat, uiteindelijk heb je altijd analoge voedingsspanningen, en zelfs je digitale signalen zijn eigenlijk analoog.

Maar in principe heb je gelijk, Tweakers heeft de verkeerde afbeelding geplaatst.


ontopic:
Ik vraag me af waar ze de analoge oplossing mee vergeleken hebben. Eerder dit jaar hebben ze bij MIT nog een nieuw algoritme bedacht voor Fourier transformaties die stukken sneller (en daarmee ook efficiŽnter) is als de oudere bekende FFT algoritmes.

Overigens, als je in het analoge domein gaat zitten werken dan is het inherent eigenlijk geen FFT meer.

[Reactie gewijzigd door knirfie244 op 28 november 2012 13:55]

Verkeerde afbeelding geplaatst:

http://www.nasa.gov/images/content/708581main_IZO3514.jpg

Het kleine bord rechts is de analoge versie.

De grotere linker is de digitale versie.

Edit:
Inmiddels is de juiste foto door tweakers geplaatst.....

[Reactie gewijzigd door trm0001 op 28 november 2012 14:01]

lijkt in beide gevallen serieus veel overbodige boardspace die niet gebruikt, nogal vreemd dat ze die niet trimmen om fuel te besparen
Verkeerde afbeelding geplaatst:

http://www.nasa.gov/images/content/708581main_IZO3514.jpg

Het kleine bord rechts is de analoge versie.

De grotere linker is de digitale versie.

Edit:
Inmiddels is de juiste foto door tweakers geplaatst.....
Je kan me nog meer vertellen. Het digitale bord heeft 12(!) keer zo veel aansluitingen. Haal die er eens vanaf en de begeleidende electronica ook, en vergelijk dan nog eens.
[qoute]It can accept inputs and calculate outputs that are between zero and one, directly representing probabilities, or levels of certainty.[/qoute]

Dus het voordeel is dus dat in ťťn signaal veel meer informatie opgeslagen kan worden dan in een boolean bit, waardoor er dus veel minder signalen/bits nodig zijn om dus dezelfde hoeveelheid informatie te bevatten.
Maar mij lijkt het ontwerpen van een analoge chip wel veel ingewikkelder, zeker als deze ook fft's moet kunnen maken, dus tijdsafhankelijke signalen.
Analoog is het nieuwe digitaal!
Het gaat daarbij volgens Pellish vooral om signaalverwerking als zogeheten fast Fourier transforms, waarbij eeen complex signaal wordt opgedeeld in deelfrequenties. Die techniek wordt onder meer toegepast in communicatie en datacompressie. Ook worden fft's gebruikt om de spiegels van telescopen te coŲrdineren
Een fast Fourier transformatie is een implementatie van een discrete Fourier transformatie die optimaal is in het aantal berekeningen. De bovenstaande passage gaat dus nergens over, aangezien een FFT totaal niet toepasbaar is met analoge circuits. Het is ook niet zo heel relevant om te spreken over een specifieke implementatie, het doel is het doen van Fourier transformaties in het algemeen (transformatie van tijddomein naar frequentiedomein en andersom) - niet het doen van FFT's.

[Reactie gewijzigd door .oisyn op 28 november 2012 13:43]

Een discrete Fourier transformatie is een gekwantiseerde versie van de traditionelere Fourier transformatie. Kort door de bocht, het aantal frequenties waar naar gekeken kan worden is gelimiteerd. Hoe dit vervolgens geÔmplementeerd wordt is een ander verhaal.

Aangezien een 1 op 1 implementatie van de DFT niet zeer efficiŽnt is wordt gebruik gemaakt van FFT algoritmes, deze worden daadwerkelijk geÔmplementeerd en zijn eigenlijk DFTs die op een alternatieve manier zijn opgeschreven.

[Reactie gewijzigd door SandmanNL op 28 november 2012 15:03]

Ik kan mij moeilijk voorstellen hoe je de FFT aneloog uitvoert. Kunnen ze zoiets niet even op internet gooien onder de noemer open source hardware/software ......
Een simpele RC netwerkje (weestand, condensator) is een filter die wiskundig gezien een integrator is. FFT is een vorm van een integrator.

Zo zijn er ook circuits die kunnen differentieren, optellen, etc.
Zo zou je inderdaad de analoge Fourier transformatie moeten kunnen uitvoeren. Maar in het artikel wordt gesproken van de FFT, welke een algoritme is voor de Discrete Fourier Transform, waar je met analoge signalen niet veel aan hebt.

Het RC netwerkje waarvan je spreekt is inderdaad een integrator (analoog) maar de FFT gebruikt, omdat het discreet is, een sommatie.
Wat ik me dan weer af vraag is hoe groot is het effect van straling en andere in de ruimte aanwezige stoorzenders van invloed op deze analoge berekeningen? Digitaal is een signaal redelijk simpel zuiver te houden 1 of 0. Zo lang je maar zorg draagt voor voldoende ruimte tussen een hoog en een laag signaal om de twee ook in geval van verstoring uit elkaar te kunnen houden, ook error correctie zo als checksums kunnen nog al wat problemen helpen voorkomen. Maar analoog is dat voor zo ver ik weet allemaal een stuk lastiger te doen. Het kan aan mij liggen die jongens van de NASA blijken wel vaker net even wat slimmer te zijn maar op dit moment heb ik zo mijn twijfels bij de bruikbaarheid van dit soort oplossingen in de ruimte tenzij je er erg veel afscherming omheen bouwt wat het kleiner en lichter verhaal toch voor een deel weer te niet zal doen.
Gevalletje humor; Analog Devices produceert analoge chips... :)
Waar slaat deze titel op? Omdat het analoog is? Of is retro een of andere slechte afkorting?
Nee hoor, de titel is een lokkertje. En retro slaat op het feit dat het "verouderde" technologie betreft. Dit zou je wel moeten weten dacht ik.
De titel van het artikel slaat eigenlijk nergens op. Wij associŽren "analoog" met "ouderwets", en de schrijver van het artikel probeerde die associatie expliciet te maken door het woord "retro" te gebruiken.

In werkelijkheid is er niets aan deze manier van werken die daadwerkelijk met ouderwetse of verouderde technologie te maken heeft. Ja, vroeger waren er analoge computers, maar deze nieuwe chips zijn gewoon nieuwe uitvindingen, het zijn geen stoffige oude chips die ze na 50 jaar weer eens uit de kast hebben gehaald.
Uit het artikel: "the company’s new microchip is more like a dimmer switch. It can accept inputs and calculate outputs that are between zero and one, directly representing probabilities, or levels of certainty."
Is dat niet gewoon het principe achter fuzzy logic, dat bij wijze van spreken al zo oud als de straatstenen is? Of is dit het eerste geval van een hardwareimplementatie van fuzzy logic?
Nee, dat is niet het principe achter fuzzy logic. Dat principe hier in een enkele reactie uitleggen zou lastig worden, maar ruw gezegd wordt in fuzzy logic het waarheidsgehalte uitgedrukt in meer waarden dan 0 en 1. Zelfs het gebruik van 00, 01, 10 en 11 is al fuzzy. Het impliceert dus zeker niet analoog.

Andersom zijn alle analoge circuits waarin de voltages geen waarheidgehalte representeren (maar bijvoorbeeld een signaalamplitude) dus ook geen fuzzy logic.
Zijn analoge chips ook beter bestand tegen elektronische warfare? Dus als 3de wereld oorlog uitbarst, hoe zien de back-up systemen er dan uit?

Op dit item kan niet meer gereageerd worden.