Injectie van laserfouten op afstand tijdens pandemie | Grootboek

Dit korte bericht beschrijft enkele verbeteringen aan het laserstation die we hebben aangebracht om onze experimenten op afstand te kunnen uitvoeren.

Setup problemen

Ons platform voor laserfoutinjectie is gemaakt van een microscoop die wordt gebruikt om een ​​laserbron scherp te stellen op een te testen apparaat. Het is uitgerust met een infraroodcamera om de interne architectuur van de beoogde chip te observeren en de vorm van de laserstraal aan te passen. Gelukkig is het uitgerust met een gemotoriseerde tafel waarmee de laserstraal vanuit onze aangepaste softwaretoepassing over de chip kan worden bewogen. Alle door ons ontwikkelde tools draaien op het Linux-besturingssysteem en het is dus mogelijk om ze via een SSH-verbinding te gebruiken, mits je een goede internetverbinding hebt. We hadden wat latentieproblemen met het livebeeld van de microscoopcamera, die we snel hebben opgelost door de SSH-compressieoptie in te schakelen (-C) die standaard niet is ingeschakeld en de vereiste streamingbandbreedte aanzienlijk vermindert. Desalniettemin vereisten sommige elementen destijds nog steeds in-situ-interventie:

• De lichtbron van de camera besturen: speciale apparatuur levert infraroodlicht om de chip te verlichten voor cameravisualisatie.
• Openen of sluiten van de mechanische camerasluiter: deze sluiter is onderdeel van de microscoop en moet gesloten zijn bij gebruik van de laser.
• Veranderen van het microscoopobjectief: 4 verschillende optische objectieven zijn gemonteerd op een mechanisch roterende toren en maken verschillende microscoopvergrotingen mogelijk.

Hieronder wordt gedetailleerd beschreven hoe we onze testbank hebben aangepast om de sluiter en de lichtbron op afstand te bedienen. We wilden met name de kosten van die aanpassingen beperken en zo snel mogelijk beschikbaar maken.

Controle van de lichtbron

Het siliciumsubstraat van halfgeleiders is semi-transparant voor infrarood licht en met een infraroodcamera is het daarom mogelijk om de interne structuur van circuits te observeren. Om de waarneming mogelijk te maken, moet de schakeling worden verlicht met een infrarood lichtbron. Onze lasermicroscoop werd verzonden met een speciale lichtbronapparatuur, een HayashiLA-150CE, die een aan/uit-schakelaar heeft en een knop om de lichtintensiteit aan te passen, zoals hieronder afgebeeld. Wanneer een lasertestcampagne wordt gestart, schakelen we meestal de lichtbron uit, omdat deze de componenten kan storen, vooral wanneer monsters worden verdund.

Als we naar de achterkant van de apparatuur keken, ontdekten we dat er een schakelaar op afstand was en dat er een externe connector beschikbaar was. We begrepen dat deze lichtbron op afstand kan worden bediend via een connector uit het afgelopen millennium. Er is weinig documentatie op internet te vinden, maar we hebben in een Hayashi-catalogus vastgesteld dat er een LAN-besturingseenheid compatibel met deze lichtbron. Dit product wordt echter stopgezet. Ook is LAN-connectiviteit niet erg handig. In dezelfde catalogus vonden we de specificatie voor de connector van de lichtbron. Hoewel het niet erg gedetailleerd is, was het genoeg om dit uit te proberen.

Afstandsbediening pinout van Hayashi producten catalogus:

Deze interface biedt twee belangrijke interessante functies:

• Digitale pinnen 1 en 8 kunnen worden gebruikt om de lamp aan en uit te schakelen door ze al dan niet kort te sluiten. Pin 8 is eigenlijk de massa, dus alleen pin 1 is echt relevant.
• De analoge pin 2 regelt de lichtintensiteit met een signaal variërend van 0 V (minimale intensiteit) tot 5 V (maximale intensiteit). Wanneer de afstandsbedieningsmodus is ingeschakeld, wordt de potentiometer op het voorpaneel omzeild en wordt de lichtintensiteit rechtstreeks geregeld door deze pen.

We besloten om vanaf nul onze eigen te bouwen Hayashi Light-afstandsbediening met behulp van de volgende onderdelen:

• Een STM32-microcontroller om de ingebedde applicatiecode te hosten,
• Een FT232 USB-naar-serieel converter om de dongle vanaf de USB te kunnen bedienen,
• Een AD5621B digitaal-naar-analoog-converter voor het genereren van een analoog signaal van 0 tot 5 V om de lichtintensiteit te regelen.

We hebben de printplaat ontworpen met behulp van kicad. Eerlijk gezegd is dit ontwerp misschien wat te groot: de microcontroller is te groot voor de huidige behoefte en de FT232 kan worden verwijderd omdat STM32-apparaten al USB-mogelijkheden hebben, ten koste van softwareontwikkelingstijd. Ons doel was om het snel en vies te maken en enkele van onze reeds ontworpen schema's opnieuw te gebruiken.

Voor de lol, en omdat we geloven dat dit een veelbelovende taal is, hebben we de microcontroller-firmware ontwikkeld in Rust.

We hebben uiteindelijk een eenvoudige plastic behuizing ontworpen met behulp van FreeCAD, en bedrukt met beeldhouwer.

Onverwacht was het moeilijkste deel van dit project het identificeren van de connector (referentie 5710140 van Amphenol voor de mannelijke kant), en ook de aanschaf ervan, aangezien deze verouderd is en niet meer door veel leveranciers wordt verkocht. De zoekmachine voor onderdelenleveranciers Octopus kan helpen.

Alle schema's en ontwerpbestanden zijn beschikbaar op onze GitHub-repository.

Bediening van de sluiter van de camera

In de microscoop delen de laserstraal en de camera hetzelfde optische pad. Wanneer de laser aan het fotograferen is, wordt een fractie van het licht gereflecteerd door het silicium en zal het de camera raken. Om sensorschade te voorkomen die op den duur dode pixels kan veroorzaken, kan een optisch-mechanische sluiter voor de camera worden gesloten. De sluiter is handmatig en vereist weinig tot geen kracht om te worden bediend.

Om bediening op afstand mogelijk te maken kochten we een kleine stappenmotor en een TIC T834 Stappenmotorcontroller van Polulu. We ontwikkelden en printten 3D-tandwieltjes en een body voor op de microscoop, om de sluiter met de motor te laten bewegen.

De TIC T834 heeft een voedingsbron nodig om de motor van energie te voorzien, maar omdat onze motor niet veel stroom trekt, hebben we de USB-voeding van de T834 kortgesloten om ook de motor van stroom te voorzien. TIC-controllers zijn zeer eenvoudig in te stellen en te gebruiken, het is goed gedocumenteerd en het kostte ons heel weinig tijd om de motor te besturen vanuit onze softwaretools. We hebben een kleine controllerklasse ontwikkeld in Python die nu is geïntegreerd in onze pystagen bibliotheek.

Stappenmotorcontrollers moeten de huidige motorpositie achterhalen wanneer deze wordt ingeschakeld. Dit wordt gedaan met een initialisatieprocedure waarbij de motor draait totdat een contactschakelaar de controller vertelt dat de motor in de nulstand staat. We hebben een eenvoudige schakelaar gebruikt die rechtstreeks is aangesloten op de T834 en waarin deze functie is ingebouwd.

Het 3D-lichaamsdeel dat we hebben geprint, was niet erg nauwkeurig en de twee versnellingen werkten de eerste keer niet goed. Met behulp van warmte konden we het plastic onderdeel iets buigen om de opening tussen de tandwielen te corrigeren. Na enkele aanpassingen konden we de sluiter van de camera op afstand perfect openen en sluiten!

Mechanisch ontwerp is beschikbaar op onze GitHub-repository.

Laatste gedachten

Door de besturing van de lichtbron en de camerasluiter te integreren, konden we veel lasertestcampagnes op afstand uitvoeren. Het is ook handiger dan voorheen, omdat het sluiten van de sluiter en het uitschakelen van het licht nu automatisch kan worden gedaan wanneer de laser wordt ingeschakeld, terwijl het voorheen menselijke fysieke tussenkomst vereiste en gemakkelijk kon worden vergeten.

Wat betreft de besturing van de objectieve geschutskoepel, er bestaan ​​al gemotoriseerde geschutskoepels, maar helaas zijn deze vrij duur en kan het lastig zijn om ze te vervangen. Op dit moment hebben we geen eenvoudige en goedkope oplossing gevonden. Het draaien van de koepel met een externe motor is moeilijk, vooral omdat er een veer is die de koepel op zijn plaats vergrendelt wanneer het objectief is uitgelijnd met de microscoop. Ook is het gewicht dat we kunnen toevoegen aan het gemotoriseerde podium beperkt. Dit is momenteel nog een openstaande kwestie, maar het belet het werken op afstand niet, we zijn alleen beperkt tot een geselecteerde vergroting.

Ten slotte vereist het vervangen van het monster wanneer het kapot is nog steeds toegang tot het laboratorium. Gelukkig gebeurt het niet al te vaak. We kunnen uiteindelijk veel circuits multiplexen op een enkel dochterbord, zodat we een paar apparaten kunnen verbranden voordat ze fysiek moeten worden vervangen, maar we hebben zo'n oplossing niet ontwikkeld.

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoAiStream. Web3 gegevensintelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• De toekomst slaan met Adryenn Ashley. Toegang hier.
• Koop en verkoop aandelen in PRE-IPO-bedrijven met PREIPO®. Toegang hier.
• Bron: https://www.ledger.com/blog/laser-improvements