وب سایت های IEEE کوکی ها را روی دستگاه شما قرار می دهند تا بهترین تجربه کاربری را به شما ارائه دهند. با استفاده از وب سایت های ما، با قرار دادن این کوکی ها موافقت می کنید. برای کسب اطلاعات بیشتر، سیاست حفظ حریم خصوصی ما را بخوانید.
اما مراقب یک نقص سخت افزاری در تراشه RP2040 Pi باشید
مواد معدنی رادیواکتیو را می توان در تعداد شگفت انگیزی از مکان ها از جمله لعاب های سرامیکی قدیمی شناسایی کرد.
کمبود جهانی نیمه هادی ها زندگی را برای هرکسی که از میکروکنترلرها استفاده می کند سخت کرده است، به طوری که در حال حاضر گاهی اوقات به سال ها اشاره می شود. اما یک نقطه روشن وجود داشته است: Pico 4 دلاری آمریکا، یک میکروکنترلر مبتنی بر تراشه جدید RP2040 . RP2040 نه تنها قدرت محاسباتی زیادی دارد، بلکه از کمبودهایی که سایر تراشه‌ها را رنج می‌دهد، رنج نبرده است . بنابراین زمانی که تصمیم گرفتم یک طیف‌سنج گامای سوسوزن ارزان قیمت بسازم، این انتخاب طبیعی بود – اگرچه نمی‌دانستم که در حال بررسی مشکلات دندان‌زایی از آن نوع که اغلب بر یک مدار مجتمع نسل اول تأثیر می‌گذارد، هستم.
علاقه من به طیف سنجی پرتو گاما ناشی از مطالعات فیزیکم بود. برای من جالب است که شما می توانید اطلاعات زیادی را از یک دستگاه به دست آورید. طیف‌سنج پرتو گاما را می‌توان مانند شمارشگر گایگر با حساسیت بسیار بهتر مورد استفاده قرار داد، اما برخلاف شمارشگر گایگر، می‌توانید ترکیب دقیق هر ایزوتوپ رادیویی ساطع کننده گاما را تا پیکوگرام (یا کمتر) شناسایی کنید. زمانی که قیمت بالای ارزان‌ترین دستگاه‌های تجاری تولید شده را دیدم، به فکر ایجاد طیف‌سنج پرتو گامای خودم افتادم. می خواستم ببینم آیا می توانم ساخت یک طیف سنج را آسان و مقرون به صرفه کنم.
اولین قدم انتخاب سوسوزن در قلب طیف سنج بود. به طور خلاصه، یک سوسوزن به لطف یک کریستال شفاف، هم انرژی و هم شدت شار پرتوهای گاما را اندازه گیری می کند. یک پرتو گاما یک الکترون آزاد در کریستال تولید می کند و انرژی این الکترون با پرتو گاما متناسب است. همانطور که الکترون در کریستال حرکت می کند، اتم ها را تحریک می کند. اتم ها به نوبه خود فوتون های مرئی ساطع می کنند که تعداد کل فوتون های ساطع شده متناسب با انرژی الکترون هیجان انگیز است. بنابراین، با شمارش تعداد فوتون ها، می توانید انرژی پرتو گامای اصلی را اندازه گیری کنید. شمارش تعداد پرتوهای گاما که در طول زمان تشخیص می دهید، شدت تابش را به شما می دهد و با نگاه کردن به انرژی پرتوهای گاما، اثر انگشت طیفی از یک ایزوتوپ رادیویی به شما می دهد.
سیگنال فوتون باید تقویت شود تا قابل تشخیص باشد. از لحاظ تاریخی، این کار با استفاده از یک لوله خلاء فتومولتی‌پلایر انجام می‌شد، اما مولتی‌پلی‌کننده‌های سیلیکونی (SiPM) رایج‌تر شده‌اند، و برای پروژه من آنها تعدادی مزیت دارند، به‌ویژه در حذف نیاز به منبع تغذیه با ولتاژ بالا.

می‌توانید کریستال‌های سوزاننده دست دوم مختلف را در eBay نسبتاً ارزان بخرید: من یک کریستال کوچک یدید سدیم به قطر 18 میلی‌متر و طول 30 میلی‌متر به قیمت حدود 40 دلار خریداری کردم. همراه با یک لوله فتومولتیپلایر بود که من آن را برداشتم و با SiPM خود جایگزین کردم، مجموعه را در نوار سیاه پیچیدم تا از نشت نور خارجی به داخل و تحریک سنسور جلوگیری شود.
Raspberry Pi Pico [سمت چپ] هم توان محاسباتی و هم مبدل آنالوگ به دیجیتال طیف‌سنج پرتو گاما را فراهم می‌کند. یک برد حامل [وسط] نیرو و رابطی را با مولتی پلایر نوری سیلیکونی [بالا سمت راست] و کریستال سوسوزن [پایین سمت راست] که به پرتوهای گاما واکنش نشان می دهند، فراهم می کند. جیمز پرووست
سوسوزن و SiPM به یک برد حامل متصل می شوند که دارای مبدل تقویت کننده DC/DC برای تبدیل 5 ولت به 29.3 ولت مورد نیاز SiPM است. برد حامل همچنین میزبان میکروکنترلر Pico به همراه برخی مدارهای پشتیبانی کننده دیگر است، از جمله تقویت کننده ای که ولتاژ خروجی SiPM را تا حدی افزایش می دهد که مبدل داخلی آنالوگ به دیجیتال (ADC) Pico می تواند تشخیص دهد.
روی کاغذ، ADC Pi Pico بسیار خوب به نظر می رسد. اما یک نقص در کمین آن است.
ADC در تراشه RP2040 Pico یک جزء حیاتی است و روی کاغذ بسیار خوب به نظر می رسد.
وضوح 12 بیتی دارد و می تواند بین 0 تا 3.3 ولت با سرعت 500 کیلو سمپل در ثانیه اندازه گیری کند. اما یک نقص در کمین ADC RP2040 وجود دارد.
من متوجه وجود آن نشدم تا اینکه شروع به گرفتن طیف های آزمایشی کردم و نرم افزاری برای Pi نوشتم که قرائت های ADC را به 4096 کانال تقسیم می کند و تعداد رویدادهای هر کانال را در طول زمان می شمارد. متوجه شدم که یکی از کانال‌ها مقادیر بسیار بالایی را گزارش می‌کند و یک سنبله نازک در طیف من ایجاد می‌کند. متحیر، یک اندازه گیری تابش پس زمینه چهار ساعته انجام دادم و متوجه شدم که چهار کانال مشکل ساز وجود دارد که سیگنال به طور غیرواقعی بالا می رود.
شروع کردم به جستجو برای اینکه چه چیزی می تواند باعث این شود و متوجه شدم اولین کسی نیستم که با ADC به مشکل برخوردم. یک وب سایت عالی توسط Mark Omo – یک EE که وظیفه بررسی مشکل را بر عهده گرفت – تجزیه و تحلیل دقیقی ارائه می دهد، اما به طور خلاصه مسئله این است: در حالت ایده آل، یک ADC محدوده ولتاژی را که می تواند اندازه گیری کند به دنباله ای از مراحل با اندازه یکسان تقسیم می کند. ، ایجاد یک رابطه خطی بین ولتاژ ورودی و اندازه‌گیری‌های عددی خروجی آن. البته، هیچ ADC پاسخ کاملاً خطی در محدوده اندازه گیری خود ندارد، اما RP2040 دارای چهار نقطه است که ولتاژ ورودی یک پاسخ غیرخطی وحشیانه ایجاد می کند. این منشأ جهش‌های مرموز در طیف من بود.
مواد معدنی رادیواکتیو رایج‌تر از آن چیزی هستند که بسیاری فکر می‌کنند: برخی از طیف‌های نمونه گرفته شده با آشکارساز DIY و ایزوتوپ‌های مسئول امضای آنها. جعبه های زیر هر طیف، داده های خام و کالیبره نشده را نشان می دهند. جیمز پرووست
تا زمانی که RP2040 برای رفع این مشکل بازنگری نشود، نمی‌توانید مستقیماً کاری در مورد آن انجام دهید. خوشبختانه، با 4096 کانال، می‌توانستم ساده‌ترین نرم‌افزار را اصلاح کنم – فقط اندازه‌گیری‌ها را در کانال‌های آسیب‌دیده دور انداختم – بدون اینکه کیفیت طیف کلی را به‌طور قابل‌توجهی تحت تأثیر قرار دهم.

کنترل و دریافت داده ها از طیف سنج را می توان از طریق یک رابط USB (که همچنین توان لازم برای کار با آن را فراهم می کند) انجام داد. من نرم‌افزاری نوشتم که می‌تواند دستورات سریال را بپذیرد، مثلاً طیف‌سنج را در حالت‌های شمارنده گایگر یا اندازه‌گیری انرژی قرار دهد، یا هیستوگرام تمام اندازه‌گیری‌هایی را که از آخرین روشن‌کردن گرفته شده است آپلود کند. شما می توانید کد خود را برای برقراری ارتباط با طیف سنج بنویسید، یا از یک برنامه وب که من ایجاد کردم استفاده کنید که طیف ها را نیز ترسیم می کند. (پیوندی به برنامه وب، همراه با جزئیات کامل ساخت و فایل های PCB، در GitHub موجود است.)
برای آینده، امیدوارم بتوانم سخت افزار طیف سنج را قادر به استفاده از طیف وسیع تری از SiPM ها و سوسوزن ها کنم تا مردم بتوانند از هر آشکارسازهایی که می توانند پیدا کنند استفاده کنند. امیدوارم در این سرگرمی جذاب به من بپیوندید!
این مقاله در شماره چاپی ژوئیه 2022 با عنوان «طیف‌سنجی پرتو گاما DIY» ظاهر می‌شود .
ماتیاس روززکی دارای مدرک لیسانس در فیزیک فنی است و در حال حاضر مشغول تحصیل در مقطع کارشناسی ارشد در رشته مهندسی انرژی فیزیکی و اندازه گیری در دانشگاه صنعتی وین است.
یک طرح تقریباً ماکیاولیستی فیرچایلد را در مقابل تگزاس اینسترومنتز قرار داد
در یک گوشه ، مدافع عنوان قهرمانی، تگزاس اینسترومنتز ایستاده بود. در سمت دیگر رقیب، Fairchild Semiconductor ایستاده بود. داور، داور، مروج و تنها تماشاگر پولاروید بود. در حال مناقشه قرارداد الکترونیکی پروژه مخفی پولاروید بود – محصولی پیشگام که در سال 1972 با نام SX-70 معرفی شد، دوربینی که در نهایت توسط میلیون ها نفر خریداری شد.
SX-70 به عنوان تجسم عکاسی فوری واقعاً خودکار، رویای دیرینه ادوین لند، بنیانگذار Polaroid Corp.، کمبریج، ماساچوست را برآورده کرد. در هنگام قرار گرفتن در معرض نور ایجاد می شود و بنابراین پوشش های پاره شده فیلم های پولاروید قبلی را از بین می برد. همچنین برای کنترل همه عملکردهای دوربین رفلکس تک لنز (SLR)، از جمله انتخاب لامپ فلاش، کنترل نوردهی، موقعیت یابی آینه، شروع توسعه چاپ و خروج چاپ، لوازم الکترونیکی پیچیده نیز ضروری بود. این مدارها به سه ماژول تقسیم شدند که هر کدام یکی برای موتور، نوردهی و منطق و کنترل فلاش بود. در شمارش نهایی، حدود 400 ترانزیستور استفاده شد.
این مقاله ابتدا با عنوان "نبرد برای SX-70" منتشر شد. در شماره مه 1989 IEEE Spectrum ظاهر شد. یک نسخه PDF در IEEE Xplore موجود است. نمودارها و عکس ها در نسخه چاپی اصلی ظاهر شدند.
او حکم کرد، با این حال، این سیستم پیچیده باید در بسته‌ای به اندازه جیب ژاکت لند قرار می‌گرفت – محدودیتی که به معنای استفاده از آی‌سی بود. اما از آنجایی که پولاروید قادر به ساخت IC نبود، موفقیت پروژه SX-70 آن در دست افراد خارجی بود.
قرارداد کنترل فلاش به شرکت جنرال الکتریک داده شد. سپس در سال 1971، زمانی که جنرال الکتریک از تجارت آی سی کنار رفت، این قرارداد برای شرکت Sprague Electric Corp. و همچنین Fairchild Semiconductor Corp از پالو آلتو، کالیفرنیا و تگزاس صادر شد. Instruments Inc. از دالاس، تگزاس. فقط Fairchild و Sprague به تولید کنترلرهای فلش پایان دادند.
قراردادهای مستقل برای توسعه موتور و ماژول های کنترل نوردهی به Fairchild و TI بسته شد. ماژول کنترل موتور شامل یک آی سی کنترل خطی، یک ترانزیستور درایو موتور NPN و یک ترانزیستور ترمز پویا PNP گسسته بود و به طراحان دردسر کمی وارد کرد. ماژول کنترل نوردهی داستان متفاوتی داشت.
سه IC در کنترل نوردهی گنجانده شده بود (نسخه های اولیه Fairchild دارای 4 عدد بودند). تایمر نوردهی از خروجی جریان یک فتودیود سیلیکونی برای تنظیم مدت باز ماندن تیغه های شاتر استفاده می کند. مدار زمان تأخیر چهار بازه ایجاد کرد: تأخیر 40 میلی ثانیه قبل از باز شدن شاتر. زمان باز ماندن شاتر قبل از روشن شدن فلاش؛ مدت زمان فلاش؛ و حداکثر زمان نوردهی با توجه به روشنایی خاص محیط. آی سی کنترل برق، شیر برقی و واحد کنترل موتور را به حرکت در می آورد. و همه اینها باید روی تخته ای قرار می گرفت که در فضایی به ابعاد 27 در 95 در 2 میلی متر قرار می گرفت، منهای سوراخ مرکزی برای لنز دوربین.
ترمز دینامیک
توقف موتور الکتریکی با قرار دادن یک اتصال کوتاه در سراسر آرمیچر موتور. سپس انرژی جنبشی در سیم کشی و تلفات اتصال کوتاه تلف می شود.
کنترل نوردهی
اندازه گیری خودکار نور وارد شده به لنز دوربین و برخورد با فیلم. در SX-70، تنظیمات برای تأثیرگذاری بر میزان نور تنها توسط یک جفت تیغه انجام می‌شد که هم دیافراگم و هم سرعت شاتر را کنترل می‌کرد.
کنترل فلاش
مداری که به طور خودکار لامپ استفاده نشده بعدی را از نوار فلاش انتخاب می کند و یک پالس برای روشن کردن لامپ ایجاد می کند. هنگامی که فلاش بار وارد می شود، به طور خودکار فعال می شود، اما زمانی که شمارنده فیلم به صفر برسد، مهار می شود.
کنترل موتور
مداری که چرخه اعمال نیرو به موتور و ترمز موتور را در پاسخ به سیگنال های کنترل نوردهی هدایت می کند.
رفلکس تک لنز (SLR)
یک سیستم مشاهده دوربین که با چرخاندن یک آینه زاویه‌دار به طور موقت بین لنز و فیلم، به فردی که به منظره یاب نگاه می‌کند اجازه می‌دهد به نظر از طریق لنز ببیند و تصویری را که روی فیلم گرفته می‌شود پیش‌نمایش کند.
سر و صدای الکتریکی یک مانع بزرگ بود. برای مثال، فتوسل که با 15 پیکو آمپر کار می‌کرد، باید وضعیت خود را در محیطی حفظ می‌کرد که در آن موتور، شیر برقی و روشن شدن لامپ‌های فلاش آمپر جریان می‌کشیدند. طراحان قرار بود اقداماتی مانند قرار دادن یک تاخیر بین رها شدن شیر برقی و شروع نوردهی با زمان فوتوسل انجام دهند. طراحی مجدد مدار در خط منبع تغذیه برای دفع نویز از موتور. افزایش اختلاف ولتاژ بین بالا و پایین های منطقی، بنابراین نویزهای نویز دیگر به عنوان بیت ظاهر نمی شوند. و از جمله فیلتر پایین گذر.
از آنجایی که در سال 1969 بود، هیچ آی سی نیمه سفارشی وجود نداشت، فناوری آرایه گیت در مراحل اولیه خود بود و فقط بسته بندی اولیه در دسترس بود – بسته های استاندارد دوگانه در خط (DIP) حداقل 0.125 اینچ ضخامت داشتند – در حالی که ترانزیستورهای منطقی و قدرت هنوز نمی توانستند همان قطعه سیلیکون را به اشتراک بگذارید. و پولاروید می خواست این کنترل کننده نوردهی را به قیمت 5.75 دلار آمریکا بخرد.
لند رئیس پولاروید و پاتریک هگرتی رئیس TI دوستان قدیمی بودند. در یک سفر آخر هفته چندین دهه قبل از پروژه SX-70، آنها در مورد اینکه چگونه الکترونیک ممکن است روزی یک دوربین واقعاً یک مرحله ای را ممکن کند، بحث کرده بودند. ایده این بود که به محض رسیدن فناوری روی این رویا با هم کار کنیم. بنابراین تعجبی نداشت که TI مسئول توسعه برد کنترل نوردهی دوربین شد. Land روی TI برای طراحی ایمن، مبتنی بر مدارهای آنالوگ و فناوری اثبات شده و در نتیجه قابل اعتماد، قیمت مناسب و قابلیت تولید بر اساس برنامه زمانبندی حساب می کرد.
پولاروید همچنین از Fairchild که آن را پیشرو کشور در فناوری IC می‌دانست، خواست تا با طرحی مقابله کند که به پیشرفت هنر کمک کند. نسخه Fairchild باید دیجیتالی و بسیار یکپارچه باشد، حتی برای ترکیب ترانزیستورهای قدرت با منطق روی یک تراشه. برای پولاروید این رویکرد خطرناک به نظر می رسید، اما مهندسان آن از امکانات آن هیجان زده بودند. با این حال، برخی در پولاروید فکر می‌کردند که رابطه لند-هاگرتی استفاده از هر کسی غیر از TI را مزخرف می‌کند.
قراردادهای تحقیق و توسعه در سال 1969 منعقد شد و رقبا هر دو با همان نقص یعنی اطلاعات ناقص دست به کار شدند. از ترس اینکه شرکت کداک . ممکن است پولاروید وارد تجارت دوربین فوری شود، پولاروید نمی‌خواست هیچ اطلاعاتی درز پیدا نکند – آنقدر که نه به فیلم جدید اشاره کرد و نه به این واقعیت که در یک نقطه دوربین به‌عنوان یک SLR دوباره طراحی شد – و تیم‌های طراحی را از دیدن نمونه اولیه دوربین باز داشت. (اگرچه معاون اجرایی وقت TI، فرد باسی که اکنون بازنشسته شده است، در سال 1969 نمایشی از SX-70 اولیه بدون SLR را دید، اما چیزی در مورد آن به مهندسان شرکت نگفت.) پیتر کارسیا، مهندس در پروژه SX-70 و همچنان با پولاروید: "آنها کار کمی داشتند" – فقط مجموعه ای از مشخصات.
وقتی با Fairchild و TI برای توسعه تجهیزات الکترونیکی دوربین SX-70 قرارداد بست، Polaroid Corp این نمودار زمان‌بندی را به همراه 30 صفحه مشخصات طراحی، الزامات قابلیت اطمینان و اطلاعات تست ارائه کرد. توالی رویدادها را برای چهار حالت مختلف عملکرد یک دوربین کاملا اتوماتیک مورد نیاز نشان می دهد. جدول 1 عملکردهای عکسبرداری در نور محیط را نشان می دهد، جدول 2 عملکرد فلاش را پوشش می دهد، جدول 3 توالی رویدادهایی را که هنگام نصب یک بسته فیلم جدید ایجاد می شود و پوشش محافظ آن باید خارج شود را نشان می دهد، و جدول 4 عملیاتی را توضیح می دهد که زمانی رخ می دهد که یک بسته فیلم مصرف شود.
مهندسان پولاروید به یاد می‌آورند که بارهای روی وسایل الکترونیکی صرفاً القایی توصیف می‌شد و جزئیات منبع باتری مبهم بود زیرا یک باتری جدید به طور همزمان طراحی می‌شد.
سیمور الین، که اکنون یک مدیر فنی ارشد در Polaroid است، به یاد می‌آورد: «ما به آنها نگفتیم که آیا بار روی الکترونیک از یک سلونوئید است یا یک رله، فقط یک بار القایی است.
Carcia گفت: «از آنجایی که ما در حال ساخت باتری خود بودیم [به طور همزمان طراحی شده بود]، نمی‌توانستیم به آنها بگوییم که منبع باتری چقدر خواهد بود. من به آنها می‌گفتم که می‌خواهم مداری را طراحی کنید، اما به شما نمی‌گویم منبع برق چیست، و آنها به طرز عجیبی به من نگاه می‌کردند.»
پولاروید نمی‌خواست هیچ اطلاعاتی درز پیدا نکند، به طوری که نه به فیلم جدید اشاره کرد و نه به این واقعیت که در یک نقطه دوربین به عنوان یک SLR دوباره طراحی شد.
حتی بدتر از آن تأخیر «Y» بود – که مهندسان پولاروید به IEEE Spectrum گفتند که از پاسخ «چرا» به مهندسان Fairchild و TI هر زمان که یک مشخصات را زیر سوال می‌بردند، می‌آمد: تأخیر کوتاه قبل از شروع نوردهی، پس از فشار دادن دکمه توسط کاربر. این مکث برای این بود که آینه (که در یک دوربین SLR تصویر دیده شده از طریق لنز را به منظره یاب منعکس می کند) اجازه دهد که لرزش پس از جدا شدن از مسیر فیلم برای نمایش داده شود. اما این بیشتر از چیزی بود که پولاروید می خواست فاش کند. کلارک ویلیامز، مهندس طراحی TI، گفت که منابع مشکل نویز مبهم باقی مانده است، و میزان آن کم گفته شده است. او گفت: «آن موتور 3 آمپر جریان می‌کشید و طیف وسیعی از نویز را منتشر می‌کرد که مدارهای ما را خراب کرد.» (او اکنون یک مدیر طراحی در Dallas Semiconductor Corp. در دالاس، تگزاس است.)
تیم TI که نمی‌توانست تخته نان را به تنهایی بر اساس نمودارهای پولاروید قرار دهد، دو مهندس و چند تکنسین را به کمبریج فرستاد تا در اتاق خصوصی کوچکی در آنجا کار کنند. هر زمان که لازم بود تخته نان خود را آزمایش کنند، آن را به مهندسان پولاروید تحویل می‌دادند، آنها آن را به اتاق دیگری می‌بردند و در نهایت گزارش می‌دادند که مثلاً سیگنال خاصی نیاز به تنظیم دارد یا بخش خاصی کار نمی‌کند. مهندسان TI چند تنظیمات را انجام دادند، سپس تخته نان برای آزمایش دیگری خارج شد. این رفت و برگشت به مدت شش ماه ادامه داشت، در حالی که مایکل کالاهان، مهندس طراحی ارشد TI که در حال حاضر معاون اجرایی مهندسی در Crystal Semiconductors Corp. در آستین، تگزاس است، گفت: "ما می توانستیم کار را انجام دهیم. اگر آنها به ما اجازه می‌دادند قراردادهای عدم افشای اطلاعات را امضا کنیم، ظرف دو هفته.
یک دور مقدماتی هر دو تیم IC را ناامید کرده بود. در سال 1969، قبل از اینکه پولاروید بسیاری از جزئیات SX-70 را مشخص کند، هم TI و هم Fairchild را شروع به توسعه تراشه های کنترل نوردهی ساده کرد. به گفته مهندسان پولاروید، این تلاش اولیه برای توسعه و آزمایش رابطه کاری آنها با Fairchild نیز مورد استفاده قرار گرفت. اما پروژه SX-70 بسیار تغییر کرد، به ویژه با تعریف مجدد آن به عنوان یک دوربین SLR، که پولاروید تصمیم گرفت از نو شروع کند. کالاهان و کن باس، که اکنون یکی از اعضای ارشد کادر فنی در TI هستند، جلسه ای در دالاس را به یاد می آورند که در آن مهندسان TI با افتخار مدارهای کاری را به نمایش گذاشتند – فقط به این دلیل که Polaroid آنها را نادیده گرفت و الزامات جدید خود را اعلام کرد.
باس گفت: «این باعث شد تراشه‌های ما فوراً منسوخ شوند. در Fairchild نیز شور و شوق برجسته شد. به طور تصادفی، هر دو شرکت بلافاصله پس از تغییر ساختار شرکتی انجام دادند، اما در حالی که تغییرات در Fairchild به نفع تیم SX-70 آن بود، آنهایی که در TI بودند تقریباً همه چیز را برای آن هزینه کردند.
به طراحان TI، به جای کار مستقیم با پولاروید، گفته شد که به گروه توابع اسمبل شده گزارش دهند. گروه بدون توسعه تراشه یا امکانات ساخت خود، با بخش طراحان آی سی قراردادی برای توسعه سه تراشه منعقد کرد: یک تقویت کننده فتوسل برای تعیین نوردهی صحیح، یک تراشه برای کنترل موتور و کنترل ترمز دینامیکی، و یک تراشه برای کنترل. زمان‌بندی، فیلم‌های استفاده‌شده را بشمارید و عملکردهای دیگری را انجام دهید – و با بخش دیگری برای تولید تراشه‌ها. این ترتیب بیشتر اطلاعات محدود از پولاروید را فیلتر کرد.
سه طرح مختلف برای الکترونیک کنترل نوردهی SX-70 تولید شد. نسخه Fairchild Semiconductor Corp. (بالا) در سال‌های 1972 و 1973 وارد دوربین‌ها شد – به فیلم پلی‌آمیدی که برای اتصال آی‌سی‌ها به برد استفاده می‌شد توجه کنید. Texas Instruments Inc. برد سرامیکی (مرکز) خود را در طول سال 1972 تولید کرد، سپس مجدداً طراحی شد و با برد مداری که از بسته بندی IC miniDIP (پایین) استفاده می کرد، قرارداد تولید را به دور از Fairchild برد.
این امر خود گروه را مجبور به طراحی مداری کرد که IC ها را به هم متصل می کرد. مهندسان آن از 13 ترانزیستور مجزا، 17 مقاومت لایه ضخیم با لیزر و یک فتودیود استفاده کردند و قصد داشتند آنها را روی یک برد مدار چاپی نصب کنند. در عوض، مدیریت یک زیرلایه سرامیکی را اجباری کرد زیرا به گفته یکی از مهندسان طراحی TI، گروه به همان مدیر گروه فیلم ضخیم هیبریدی TI گزارش داد که ظرفیت مازاد داشت.
او گفت: "ما می دانستیم که نمی توانیم با یک بستر سرامیکی به اهداف هزینه برسیم." سرامیک، رساناهای فلز گرانبها، و نیروی کار، همگی برای بستر بسیار گران تمام می شوند تا به عنوان چیزی بیشتر از یک نمونه اولیه عمل کنند «به ما اجازه می دهد همه مدارها را در یک منطقه کوچک دریافت کنیم». و هنگامی که طرح از 3/4 اینچ مربع به 4 یا 5 اینچ مربع (از 5 به 25 یا 32 سانتی متر مربع) رسید، مهندس به یاد آورد، او و دیگر طراحان مشکلات عمده تولید را پیش بینی کردند و خواستار انجام طراحی مجدد دیجیتالی با تخته مدار چاپی. اما او گفت که مدیریت "گوش نمی کند".
با این حال، طراحی مبتنی بر سرامیک TI مطابق با مشخصات Polaroid بود و در اواخر سال 1972 تولید شد. اما در واقع یک کابوس بود. اول، با 100 دلار در هر واحد، به هیچ وجه به هدف هزینه 5.75 دلار نزدیک نمی شد. و مشکلات ساخت بسیار زیاد بود، به خصوص با بستر سرامیکی غول‌پیکر و در نتیجه شکننده. به عنوان مثال، مهندس طراح TI، نورم کالپ، گفت: «ما باید یک تراشه می‌گرفتیم، آن را به یک حامل فیلم کاپتون [یک فویل پلاستیکی با دمای بالا] آلیاژ می‌کردیم، سپس تراشه را با سیم به حامل کاپتون متصل می‌کردیم، سپس تراشه را کپسوله می‌کردیم. سپس حامل های فیلم کاپتون به صورت جداگانه آزمایش شدند، سپس دوباره روی بستر سرامیکی جریان یافتند.
بازدهی حدود 1 درصد بود و از هر 100 یک نفر گاهی در راه پولاروید ترک می خورد.
علاوه بر این، به گفته Culp، حامل‌های تراشه‌های لحیم‌کاری مجدد به زیرلایه باعث ایجاد ریزترک‌ها در سرامیک شدند و برای مدتی TI همه قسمت‌ها را از نظر عیوب بررسی کرد. سپس یکی از مهندسان متوجه شد که گرم کردن کل بستر به جای تنها بخشی که قرار است با جریان مجدد لحیم شود، باعث کاهش ریزترک‌ها می‌شود که با این حال، در سایر بخش‌های فرآیند ظاهر شد. بازدهی حدود 1 درصد بود و از هر 100 یک نفر گاهی در راه پولاروید ترک می خورد.

پولاروید چند صد مورد از این ماژول های سرامیکی را برای عرضه SX-70 به بازار سفارش داد. اما اصلاً از آنها راضی نبود. الین گفت: «تی آی، اساساً نتوانست هدف هزینه را برآورده کند».
در همین حال، مهندسان Fairchild نیز با مشکلاتی مواجه بودند، اما فقط مشکلات فنی. هاوارد مورفی، یکی از اعضای ارشد کارکنان تحقیقاتی فیرچایلد، گفت: در اوایل فرآیند طراحی، تجدید ساختار شرکتی فیرچایلد، مهندسان تحقیق و توسعه را از آزمایشگاه جدا شده خود به بخش‌های عملیاتی منتقل کرد و ارتباط بهتری با تولید ایجاد کرد که "بسیاری از مشکلات را حل کرد." و مدیر پروژه الکترونیک SX-70.
"ما یک قالب طراحی کردیم که حدود 20 فلیپ فلاپ روی آن قرار داشت، احتمالاً در آن زمان پیچیدگی IC جدیدی داشت." – هاوارد مورفی، فیرچایلد.
یکی از مشکلات طراحی دمای بالا بود. مورفی به یاد می آورد که گرمای جریان های سنگین کشیده شده توسط موتورها و شیر برقی بر مدار منطقی کنترل تأثیر می گذارد، که پس از آن باید دوباره طراحی می شد تا در دماهای بالاتر کار کند – مشخصات 40 درجه سانتیگراد را نشان می داد. مانع دیگر مدار عکس بود. باید پس از 20 ثانیه زمان خاموش می شد، به طوری که می توان تصاویر را در نور کم حدود 0.06 کاندلا در هر فوت مربع (0.65 کندلا در هر متر مربع) گرفت، اگرچه تیم طراحی مدار به طور کامل از دلیل این امر در نمایشگاه مطلع نبود. زمان. مدار نیز باید بسیار کوچک باشد و فقط چند میلی آمپر مصرف کند. مورفی به یاد آورد: «بنابراین ما یک قالب طراحی کردیم که حدود 20 فلیپ فلاپ روی آن قرار داشت، احتمالاً در آن زمان پیچیدگی IC جدیدی داشت.
فرانک پرینو، مدیر محصول فیرچایلد، برای اولین بار در می 1971 در پروژه SX-70 شرکت کرد، زمانی که بر حرکت آن به سمت تولید نظارت کرد. او به یاد می آورد که طراحان در آن زمان روی چهار تراشه کار می کردند – یک درایور برای موتور و شیر برقی، یک تراشه زمان بندی، و تراشه های تقویت کننده فوتودیود و فتودیود که بعدها به یک IC دوقطبی CMOS تبدیل شد. تاس‌ها باید مستقیماً روی یک بستر سرامیکی با شکل نامنظم 1 در 4 اینچی که قبلاً در دو طرف فلزی شده بود با خطوط و فضاهای پیشرفته نصب می‌شد.
پرینو به اسپکتروم گفت، با این حال، هزینه های مربوط به این رویکرد برای تولید منتفی است. او گفت: «سرامیک و تراشه‌ها همگی باید بی‌نقص باشند» و «احتمال این اتفاق صفر است».
او نتیجه گرفت که یک برد مدار چاپی ضروری است، اما چگونه می توان تراشه ها را روی آن نصب کرد؟ DIP های پلاستیکی Fairchild برای این کار بسیار بزرگ و پرهزینه بود. با این حال، او مقاله‌ای از مهندسان جنرال الکتریک در مورد بسته‌بندی نوار پرتو (BTP)، پیشرو چیزی که اکنون باند خودکار نواری (TAB) نامیده می‌شود، خوانده بود. پس از بررسی BTP، او به مدیریت Fairchild و Polaroid گفت: "اگر ما این کار را به این روش انجام ندهیم، ارزش انجام دادن ندارد." هر دو موافق بودند.
BTP از قرقره‌های فیلم با آثار مسی که روی آن در اطراف سوراخ‌های از قبل وجود داشتند، استفاده می‌کرد. تراشه‌هایی با برجستگی‌های لحیم روی لنت‌های آن‌ها در زیر سوراخ‌ها متمرکز شده و به قاب‌های سربی مسی آویزان متصل شده بودند. سپس ماژول‌های قالب/فیلم جداگانه کپسوله شدند، آزمایش شدند، قرقره جدا شدند و به برد مدار لحیم شدند.
پرینو تخته مدار چاپی دو طرفه را در خانه روی کاغذی که روی میز بیلیاردش پخش شده بود، گذاشت. او سپس از چند شرکت سازنده فیلم اتصال پلی‌آمید بازدید کرد، با 3M به‌عنوان تامین‌کننده قرارداد بست، و شرکت West-Bond از آناهیم، کالیفرنیا را متقاعد کرد که تجهیزاتی برای اتصال تاس‌ها به حلقه فیلم چند لایه بسازد. برد مدار نهایی سه تاس آی سی و دو مقاومت تراشه‌دار با لایه ضخیم و لیزری داشت.
با این حال، بازده از منحنی یادگیری مورد انتظار در دو تا از سه آی سی پیروی نمی کرد، ترانزیستورهای قدرت به دلیل سطوح دوپینگ بالا و تراشه زمان بندی به دلیل اشتباهات طراحی، به گفته پرینو. به عنوان مثال، جیم فیت، یکی دیگر از مهندسان پروژه، یک دستگاه انگلی را به یاد می‌آورد که بر روی فلیپ فلاپ‌ها تأثیر می‌گذاشت، که با اضافه کردن یک تاخیر برطرف شد.
با این حال، اگرچه قطعات ارزان نبودند، اما هر کدام تقریباً 20 یا 30 دلار برای Fairchild هزینه داشتند، اما قابل ساخت بودند.
SX-70 در آوریل 1972 و همزمان با مجمع سالانه سهامداران شرکت معرفی شد. یک سال قبل، لند با بیرون کشیدن نمونه اولیه SX-70 از جیب خود و تکان دادن آن در هوا، سهامداران را اذیت کرده بود. این یک مدل کارآمد بود که حاوی یکی از اولین بردهای مدار سرامیکی موفق TI بود. اما برای این جلسه، پولاروید به 20 دوربین نیاز داشت و جان بورگارلا، که اکنون از شرکت بازنشسته شده است، مجبور شد چندین سفر به تگزاس داشته باشد تا تخته های کاری کافی را به کمبریج حمل کند. حدود یک ماه قبل، لند مهندسان فیرچایلد، پرینو، مورفی، و ویل استف را به دفتر خود در کمبریج آورد و دوربین را به آنها نشان داد. پرینو به یاد می‌آورد: «بدیهی است که این یک پیشرفت تکنولوژیکی بود، که آنها را ترغیب کرد «به عقب برگردند و کار را انجام دهند.»
ادوین لند اولین دوربین SX-70 در حال کار را در یک جلسه سهامداران در سال 1971 نشان داد. این دوربین فقط یک نمونه اولیه بود و حاوی یکی از اولین بردهای مدار سرامیکی کار بود که توسط Texas Instruments تولید شد. یک مهندس TI آن را شب قبل از جلسه نصب کرده بود و با دوربینی کار می کرد که پوشانده شده بود تا از یادگیری چیزی بیشتر از آنچه قبلاً می دانست در مورد آن جلوگیری کند.
مقدمه بدون هیچ مشکلی انجام شد. حدود دوازده صحنه، از یک بازی پوکر گرفته تا جشن تولد یک کودک، در یک انبار بزرگ به نمایش درآمد و عکاسان مشهور در حالی که سهامداران پولاروید در حال پخش و بررسی تصاویر بودند، با دوربین های جدید از آنها عکس می گرفتند. مهندسان پولاروید نیز در حال گردش بودند و دوربین‌های اضافی در جیب‌های خود در صورت بروز مشکل در جیب خود بودند.
بنابراین فیرچایلد قراردادی را برای ساخت ماژول های کنترل نوردهی به همراه مدارهای موتور و مدارهای کنترل فلاش برنده شد. مطبوعات تجاری پیروزی آنها را تبلیغ کردند. به عنوان مثال، طبق یک گزارش Electronic News در ژانویه 1973، این قرارداد، "که تصور می شود بزرگترین قراردادی است که تا به حال توسط یک تولید کننده دوربین به یک تامین کننده الکترونیک منعقد شده است"، به ارزش 19 میلیون دلار بود، و "از سوی برخی از مدیران نیمه هادی به عنوان یک فال از آن در نظر گرفته شد." کسب و کار آینده قابل توجهی."
Fairchild بیشتر تیم طراحی خود را منحل کرد، زیرا از موفقیت آنها راضی بود. اما مهندسان سازنده ادامه دادند، زیرا هزینه محصول باید سه چهارم یا بیشتر کاهش می یافت تا به هدف قیمتی پولاروید برسد و مذاکرات قرارداد برای سال 1974 از سر گرفته می شد. با این حال، پرینو، دو تراشه در ماژول کنترل نوردهی همچنان با مشکل مواجه بود.
سی. لستر هوگان، که اخیراً شرکت موتورولا را ترک کرده بود تا ریاست فیرچایلد را بر عهده بگیرد، تأسیسات تولیدی فرچایلد را که در آن زمان منسوخ شده بود، مقصر می داند. او یک نوسازی را آغاز کرد، اما گفت: «پول نقد اضافی زیادی وجود نداشت» و تا زمانی در سال 1974 کامل نشد.
پرینو طراحی های آی سی را نیز مقصر می داند. او به اسپکتروم گفت: «قوانین طراحی به کار رفته در این تراشه‌ها با فناوری لمس و حرکت بود. Carcia از Polaroid موافقت کرد: "ما در حال پیشبرد فناوری اساسی بودیم." درباره طراحی مجدد تراشه ها صحبت شد، اما مدیریت آن را اجباری نکرد.
تیم طراحی TI نیز در سال 1972 منحل شد. برخی شرکت را ترک کردند، برخی به پروژه های دیگر رفتند. یکی از مهندسان طراح به اسپکتروم گفت که این شکست یک نقطه سیاه بود که به مشاغل آسیب زد.
با این حال، در بالاترین سطح TI، کتاب در حال بسته شدن نبود. طبق گزارش هاگرتی، رئیس TI، با دوست قدیمی خود لند تماس گرفت و گفت: "ما در TI شکست نمی خوریم." او این پروژه را حدود 540000 دلار از بودجه خود اختصاص داد و به مدیرانش گفت که برای موفقیت هر کاری که لازم است انجام دهند. نام رمز Project Alpha بر اهمیت شروع تازه تاکید داشت و Haggerty معاون اجرایی Bucy را مسئول آن کرد.
یکی از مهندسان طراح [گفت] شکست، نقطه سیاهی بود که به مشاغل آسیب زد.
از آنجایی که تیم اصلی TI منحل شده بود، Bucy برنامه ریزی کرد تا یکی دیگر از بخش نیمه هادی ها را جمع آوری کند و اطمینان حاصل کند که این تیم مستقیماً با Polaroid ارتباط برقرار می کند و همچنین مسئولیت های تولیدی را نیز بر عهده دارد.
دین تومبز، مدیر مهندسی گروه نیمه هادی، مجموعه ای از جلسات را برگزار کرد و پیشنهادی را برای طراحی مجدد ارائه کرد که شکست دیگری از رویکرد اول TI بود: این رویکرد نه بر اثبات شده، بلکه بر فناوری و بسته بندی IC پیشرفته تکیه داشت. یک برد مدار با ضخامت تنها 1/64 اینچ می توانست تا چهار آی سی دیجیتال (نه آنالوگ) و حداکثر هشت جزء مجزا را در خود جای دهد. تراشه‌ها در بسته‌بندی miniDIP روی برد نصب می‌شوند، روشی برای مونتاژ حجمی که سپس جدید و پرخطر اما ارزان است. (اکنون SOT نامیده می شود که مخفف Small Outline Transistors است.)
این طرح توسط بوسی تایید شد و هنری جارات (در آن زمان الجارات) به عنوان سرپرست این تلاش انتخاب شد. در ابتدا جارات با این انتساب مخالفت کرد، اما وقتی به او گفتند که این کار اولویت اصلی TI است، تسلیم شد. او با داشتن کارت سفید برای جمع‌آوری یک تیم از هر نقطه‌ای در سازمان، گروه را به‌طور مدیریتی کوچک نگه داشت – فقط 18 نفر. آنها به سرعت مدار را به سه آی سی تقسیم کردند و یک برنامه شش ماهه برای طراحی مجدد به فرد باسی و رئیس پولاروید ویلیام مک کان ارائه کردند.
سپس جارات اولین ملاقات خود را با مهندسان پولاروید داشت. او به آنها گفت که تنها در صورتی می تواند تابع کنترل نوردهی را در سه جزء ادغام کند که برخی از مشخصات آنها را کنار بگذارند. او شروع به پایین آوردن لیست خود کرد و مهندسان پولاروید به هر درخواست پاسخ منفی دادند. بنابراین جرات برخاست، اوراقش را انداخت پایین و گفت، به یاد آورد: «حالا می‌دانم چرا این پروژه به جایی نمی‌رسد. این هرگز کارساز نخواهد بود و من نمی‌خواهم نامم را به شکست پیوند بزنم.» از اتاق خارج شد. تومبز از تهدید جارات حمایت کرد. او به اسپکتروم گفت: «ما باید مشتری را تحت کنترل در می آوردیم.
توانایی مذاکره تا حدی به دلیل در دسترس بودن دوربین‌های کار برای مطالعه و ساختن نمونه اولیه برای آزمایش تخته‌های نان تراشه‌ها بود – تجملاتی که اولین تیم TI را رد کرد.
پس از یک تعویق کوتاه، جلسه دوباره تشکیل شد و از آن زمان به بعد پولاروید مشخصات را بررسی کرد. به عنوان مثال، تایم اوت 20 ثانیه ای، برای گرفتن عکس در اتاقی با نور کم، سیگنال فتودیود را برای اولین تیم های طراحی به طرز غیرممکنی کم کرده بود و این بار به 10 ثانیه کاهش یافت. کلارک ویلیامز، یکی از اعضای تیم دوم، گفت: "دلیل بزرگ موفقیت ما، موفقیت Jarat در متقاعد کردن آنها برای کاهش مشخصات بود."
توانایی مذاکره تا حدی به دلیل در دسترس بودن دوربین‌های کار برای مطالعه و ساختن نمونه اولیه برای آزمایش تخته‌های نان تراشه‌ها بود – تجملاتی که اولین تیم TI را رد کرد. باس، تنها مهندس TI که بر روی طراحی و طراحی مجدد کار می‌کرد، به یاد می‌آورد که وقتی گروه اول به دلیل نگرانی در مورد قابلیت ساخت، سؤالاتی را مطرح کردند، به آنها گفته شد: "خب، رقیب شما می‌تواند این کار را انجام دهد." و در واقع، مهندسان Fairchild به خاطر نمی آورند که مشخصات مشکل ساز بوده است.
TI در اواسط سال 1973 شروع به تولید بردهای Project Alpha به مقدار زیاد کرد.
با طراحی مجدد، TI قیمت پولاروید را حدود 4.10 دلار در هر واحد اعلام کرد که بسیار کمتر از هدف 5.75 دلار است. هوگان رئیس سابق فیرچایلد گفت: «در آن زمان 10 دلار برای ما هزینه داشت. ما واقعاً معتقد بودیم که می‌توانیم آن را به 6 دلار برسانیم، اما وقتی TI قیمت را به دو سوم قیمت هدف کاهش داد، مجبور شدیم آن را کنار بگذاریم. هوگان گفت، در مورد طراحی مجدد، "ما پولی برای سرمایه گذاری در این راه نداشتیم – مجبور بودیم در تعمیرات عمومی کارخانه سرمایه گذاری کنیم."

TI یک بخش دوربین ویژه با پولاروید به عنوان تنها مشتری خود ایجاد کرد. این شرکت در سال 1974 حدود 850000 دستگاه ساخت و به تولید طرح ادامه داد تا اینکه تولید SX-70 و SX-70 Model 2 در سال 1977 متوقف شد. و مهندسان تیم پروژه آلفا با افزایش قابل توجهی از 100 تا 500 دلار در ماه پاداش دریافت کردند.
West-Bond و 3M، شرکت هایی که Fairchild برای تولید تجهیزات بسته بندی و نوار فیلم استخدام کرده بود، به تولید سودآور آنها برای شرکت های دیگر ادامه دادند.
Fairchild از فناوری بسته‌بندی BTP که برای SX-70 توسعه داده بود، روی محصولات DIP پلاستیکی با حجم بالا در چندین کارخانه استفاده کرد. همچنین فناوری کنترل دوربین خود را در تور تولیدکنندگان دوربین ژاپنی به خارج از کشور برد، اما پس از چندین ماه ناموفق دست از کار کشید و خط تولید ماژول کنترل نوردهی را تعطیل کرد. با این حال، یک سال دیگر به تولید ماژول های کنترل فلاش برای پولاروید ادامه داد. فیت به یاد می آورد که طی شش ماه تا یک سال پس از از دست دادن قرارداد کنترل نوردهی، حداقل نیمی از افرادی که روی این پروژه کار کرده بودند به شرکت های دیگر نقل مکان کردند.
آیا می‌توانست طراحی راحت‌تر پیش برود؟ مطمئناً ارتباطات بهتر بین پولاروید و دو شرکت نیمه هادی و بین بخش های مختلف در TI و Fairchild می توانست برخی از نقاط ناهموار را از بین ببرد.
از دیدگاه پولاروید، اطلاعاتی که در اختیارش قرار می‌داد تا آنجا که می‌توانست کامل بود. به هر حال، چندین بخش از سیستم دوربین به طور همزمان در حال توسعه بود، به طوری که مشخصات سیستم نمی تواند در عین حال نهایی شود. همچنین، یکی از مهندسان پولاروید گفت، ناآشنا بودن با عکاسی درک طراحان آی سی از داده هایی را که به آنها داده می شود مختل می کند.
از نظر مهندسان TI و Fairchild، اطلاعات مفید پنهان مانده بود، و مهندسان پولاروید اعتراف می‌کنند که مشغول پنهان کاری هستند.
با این حال، از نظر مهندسان TI و Fairchild، اطلاعات مفید پنهان مانده بود، و مهندسان پولاروید به دلیل نگرانی در مورد رقابت کداک، اعتراف می‌کنند که مشغول پنهان کاری هستند. شاید گفته شود که برخی از مسائل طراحی هنوز حل نشده است یا توضیح دقیقی در مورد اینکه چگونه عملکرد یک SLR می تواند مهندسی خلاقانه تری را از طراحان آی سی برانگیزد.
همانطور که ممکن است، SX-70 یک موفقیت درخشان بود. پولاروید حدود سه میلیون دستگاه از مدل 1 با روکش چرمی را با روکش کروم و بدنه پلاستیکی مدل 2 فروخت. با تحمل لحظات پرتنش در هر سه شرکت، راه حل آنها بازار مصرفی جدید و عظیمی را در لوازم الکترونیکی باز کرد.
برای جزئیات در مورد مدار SX-70، به "پشت لنز SX-70" توسط جرالد لاپیدوس، طیف IEEE (دسامبر 1973، صفحات 76-83) مراجعه کنید.
هر دو مجله تایم و لایف دوربین SX-70 را در سال 1972 روی جلد خود نشان دادند و در «قمار بزرگ پولاروید روی دوربین‌های کوچک» (تایم، 26 ژوئن 1972، صفحات 80-82) و «اگر می‌توانید مشکلی را بیان کنید، می توان آن را حل کرد» (زندگی، 27 اکتبر 1972، ص 48). برای درک اینکه چگونه توسعه SX-70 با تاریخچه جونگ پولاروید مطابقت دارد، تصویر فوری: Edwin Land and the Polaroid Experience اثر مارک اولشاکر (Stein & Day, New York, 1978) را بخوانید.
نسخه چسباندن خودکار نواری فرانک پرینو در پتنت شماره 3,868,724 ایالات متحده، "ساختارهای اتصال چند لایه برای بسته بندی دستگاه های نیمه هادی نصب شده بر روی یک حامل انعطاف پذیر"، مورخ 25 فوریه 1975، توضیح داده شده است.

source