Electronique Mag - Le journal de l'électronique.

Bon nombre de vaisseaux et d’instruments spatiaux qui circulent de nos jours s’appuient sur le protocole SpaceWire (standard ECSS-E50- 12A) pour permettre des communications ultra-rapides fiables. Le débogage des systèmes SpaceWire dans les limites physiques et les conditions environnementales extrêmes de ces applications, constitue un rude défi. Telle est la mission d’un nouvel instrument contenu dans un fil, fruit des exploits électriques et mécaniques de Skylab Industries (Skylab). Les ingénieurs de cette société s’appuient sur l’environnement unifié et automatisé d’Altium Designer pour exploiter l’ensemble des disciplines d’ingénierie nécessaires à la mise au point de ce produit.

Skylab Industries s’envole dans l’espace grâce à la collaboration Skylab est une société d’ingénierie spécialisée basée à Toulouse, en France, qui travaille avec des clients des quatre coins du monde, spécialisés dans l’ingénierie spatiale et aérospatiale. Elle applique l’expertise professionnelle de son personnel technique pour mettre au point des systèmes de vol dans l’espace et des systèmes d’aviation ultra-sophistiqués. Ces systèmes doivent fonctionner dans des conditions extrêmement difficiles et se conformer à des standards très stricts. Les ingénieurs de Skylab proviennent de nombreuses institutions réparties à travers l’Europe ; « d’instituts de recherche ou de capitaines d’industrie d’envergure mondiale comme AirBus ou Air France, pour nous apporter leur riche expérience et leur savoir-faire, » déclare Vincent Lavignolle, CEO de Skylab.

La société axe ses efforts sur des projets de R&D pour la prochaine génération de systèmes embarqués en vol. D’après Lavignolle, « Nous nous spécialisons dans les projets de haut vol. Avec ces projets, nous attendons un retour sur investissement prévisible d’ici au moins trois ans. » « Pour poursuivre ces objectifs, le modèle d’entreprise de Skylab est construit autour de trois piliers » explique Lavignolle. « Nous devons proposer les meilleurs produits possibles, aux prix les plus compétitifs possibles, tout en maintenant de bonnes marges. Nous développons le modèle aujourd’hui - dans trois ans nous aurons deux ou trois générations de nos produits et le modèle sera entièrement réalisé. »

Pour une société de R&D telle que Skylab, le processus de passage de l’idée à la réussite du produit dépend de la collaboration entre des ingénieurs et des sociétés spécialistes de nombreuses disciplines différentes. Le principal atout de la société est la propriété intellectuelle et la collaboration de ses ingénieurs électriciens et mécaniciens. A l’extérieur, Skylab prévoit de travailler avec des partenaires internationaux supplémentaires pour appliquer ses solutions spécialisées. « Nous avons l’intention de collaborer et de coopérer de plus en plus avec des sociétés de ce type, » déclare Lavignolle. « Ce qui est très important est de conserver un maximum de propriété intellectuelle et de nous assurer de travailler de la manière la plus efficace possible pour mettre au point un produit compétitif. »

Un analyseur de protocole dans un câble L’un des nouveaux produits les plus remarquables de Skylab est le SpaceWire smartCable. Il s’agit d’un pont et d’un analyseur SpaceWire ultra-rapide moulé dans un câble compatible USB. Il a trois utilités : il constitue une passerelle entre USB et SpaceWire, il sert d’analyseur de protocole et est en fait un câble physique.

SpaceWire est un protocole développé récemment par l’Agence Spatiale Européenne (ESA) pour constituer une liaison ultra-rapide pour les vaisseaux et les instruments spatiaux, avec une vitesse pouvant atteindre 400 mégabits par seconde et une extrême fiabilité. Largement utilisé dans le cadre de nombreuses missions spatiales par l’ESA, la NASA et la JAXA, SpaceWire prend en charge les liaisons et les réseaux ultra-rapides utilisés à bord des vaisseaux spatiaux, facilitant ainsi l’interconnexion des capteurs, mémoires, unités de traitement et des sous-systèmes de télémétrie en liaison descendante. Les liaisons SpaceWire sont des liaisons série, ultra-rapides, bi-directionnelles et full duplex. Les informations d’application sont envoyées sur une liaison SpaceWire sous forme de paquets discrets, les informations de contrôle et de temps étant envoyés sur des liaisons SpaceWire.

« SmartCable est une manière de tester SpaceWire ; il constitue un pont entre USB et SpaceWire, » explique Stephan Davy, Ingénieur Technique chez SpaceWire. «  Le smartCable est un système enfoui complet dans un câble USB. Il simplifie le prototypage SpaceWire car il permet de brancher un ordinateur portable ou un PC directement sur l’instrument SpaceWire. »

Des efforts orientés vers plusieurs disciplines exigent des outils multidisciplinaires Pour développer des produits uniques tels que smartCable, Skylab concentre ses efforts sur les compétences métier qui différencient ses produits : ingénierie électrique et mécanique. La société externalise les autres disciplines, notamment la conception des logiciels et la fabrication, qui ne s’inscrivent pas dans sa mission métier de R&D. Ainsi, la conception du smartCable est un exemple de coordination entre plusieurs disciplines d’ingénierie et entre des entrepreneurs et des sous-traitants.

« Les principales difficultés de conception du smartCable se rapportaient aux contraintes de surface extrêmement strictes sur le PCB, » explique Davy. «  Autrement dit, nous avons été obligés d’utiliser les puces les plus petites du marché. Nous avons également dû assurer la solidarité mécanique de la carte et du câblage USB, ainsi que la conformité aux contraintes de vitesse et de courant de l’USB. »

La conception FPGA a permis à SpaceWire de bénéficier de la souplesse et des performances lui permettant de remplir les exigences du cahier des charges du système. D’après Davy,

« L’un des arguments évidents en faveur de l’utilisation d’un FPGA est que nous pouvons intégrer un plus grand nombre de caractéristiques logiques. En fait, nous avons eu besoin de deux coeurs de PI SpaceWire dans le mode analyseur du smartCable. Nous avons intégré un grand nombre de modules logiques dont nous avons besoin pour contrôler les puces analogiques et pour implémenter les caractéristiques de communications.  »

L’environnement de conception unifiée d’Altium Designer a simplifié le processus de conception multidisciplinaire pour les ingénieurs de Skylab, à commencer par la capture de la conception et le routage des PCB.

« Lorsque nous avons utilisé la fonction de schéma et de routage d’Altium Designer, nous avons découvert avec bonheur que nous pouvions mettre en oeuvre nos objectifs de conception et vérifier l’absence d’erreurs avant de procéder au routage. Nous avons également aimé la capacité d’Altium Designer à placer et déplacer les traces assez facilement. »

C’est lorsque les ingénieurs électriciens et mécaniciens en vinrent au stade où il leur fallait collaborer, que l’environnement de conception unifiée est entré en scène.

« Nous étions également très intéressés par les ponts que nous propose Altium Designer, notamment les ponts entre le fichier des contraintes FPGA et les E/S sur le PCB, d’un côté, et l’aspect mécanique, d’un autre côté. »Ces liens étaient essentiels pour nous permettre d’embrasser les différents domaines de conception et d’empêcher des erreurs de s’introduire. « Nous devions veiller à ce que le PCB tienne dans les contraintes mécaniques extrêmement strictes. Le lien ECAD-MCAD pour la conception mécanique était important pour le PCB. Les considérations mécaniques sont un déterminant relativement important des contraintes de notre conception, surtout du fait de l’emplacement de l’arrivée électrique, et sur le projet smartCable en particulier, la taille du connecteur a constitué une énorme contrainte pour nous. »

L’environnement de conception multidisciplinaire a également simplifié l’interaction avec les ressources de conception et de fabrication externalisées. Par exemple, Davy cite le fait que le sous-traitant chargé du routage par Skylab utilise également Altium Designer, ce qui facilite le partage et la compatibilité des fichiers.

Visualisation 3D et auto-vérification :

deux remparts contre les erreurs Pendant les travaux d’ingénierie mécanique, Skylab a pu utiliser des fonctions de visualisation et de vérification d’erreurs qui ont largement contribué à la réussite de la fabrication dès la première passe. « Nous utilisons la visualisation 3D pour vérifier les empreintes et les packages. Il s’agit d’une excellente méthode qui nous permet de repérer les erreurs mineures. »

Les fonctions de visualisation et d’auto-vérification permettent d’accélérer et d’optimiser la précision du processus global de conception de manière spectaculaire.

« L’un des principaux effets de la vérification des règles de conception (DRC) est que notre première conception sous Altium Designer est une réussite avec un prototype entièrement dénué d’erreurs,” poursuit Davy. “Je suis sûr que ce n’est pas le fruit du hasard. Nous avons autovérifié le schéma de nombreuses fois. Grâce à la qualité de la technologie, nous avons pu aller profondément dans les trous en utilisant la fonction de DRC. En même temps, la génération automatique de rapports et le fait d’éviter les vérifications manuelles nous ont aidé à accélérer le processus de conception. »

Il peut s’avérer très difficile d’accélérer un processus de conception si les ingénieurs sont confrontés à une courbe d’apprentissage raide lorsqu’ils adoptent de nouveaux outils. Cela n’a pas été un problème pour le projet smartCable. « Il a été plus facile de migrer vers Altium Designer,” explique Davy. “Le commercial français d’Altium nous a proposé de nous aider à suivre une formation vidéo avant même que nous investissions dans son outil. Cela nous a convaincus que la formation constituait un bon point de départ qui pouvait aider le service électronique à utiliser un système de ce type. Et puis, les techniciens de support d’Altium se sont montrés extrêmement fiables et efficaces.  »« Le didacticiel d’Altium Designer était un excellent point de départ pour les débuts, » déclare Mathieu Salanave, également ingénieur chez Skylab. « Il ne donne pas tous les détails, mais il faut bien commencer.  »« Ce que nous aimons beaucoup dans Altium Designer,  » résume Salanave, « c’est qu’il embrasse toutes les disciplines qui interviennent dans la conception d’un projet  : le FPGA, le PCB et les aspects mécaniques. Dès que le moindre problème se pose, le logiciel nous aide à le repérer. Les ponts entre les disciplines, qui pourraient constituer des sources d’erreurs, sont pris en charge par du logiciel. De nombreuses personnes participent aux projets et il existe de nombreuses séparations entre les disciplines. Altium Designer simplifie le partage des données de conception par plusieurs intervenants différents.  »

Clé d’un lancement de produit réussi La réunion de toutes les disciplines et de tous les partenaires commerciaux est un défi essentiel qui se pose lors du développement de n’importe quel produit de haute technologie. D’après Lavignolle, l’environnement de conception joue un rôle fondamental.

« C’est très importants car l’un des secrets de l’innovation et de la collaboration est qu’il faut être sûr de disposer du meilleur outil possible. C’est là la clé de la compétitivité. Un super produit permet de réduire le cycle de conception et de se positionner sur un marché.  »« Si vous avez les bons outils et que vous savez les utiliser de manière efficace, vous pénétrez les marchés très très rapidement” explique Davy. “Cela maximise vos chances de réussite. »

http://www.altium.com