LABOSAT: PLATAFORMA DE MEDICIÓN DE BAJO COSTO
DISEÑADA PARA AMBIENTES HOSTILES
M. Barella1,3, G. A. Sanca4, F. Gómez Marlasca2, G. Rodríguez1, D. Martelliti1, L. Patrone1, L. Abanto4, P. Levy2,3, F. Golmar1,3,4
1INTI Micro y Nano Tecnología del Bicentenario
2Centro Atómico Constituyentes, CNEA
3Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET)
4Escuela de Ciencia y Tecnología, UNSAM
mbarella@inti.gob.ar

Introducción
LabOSat es una plataforma universal para
realizar experimentos en ambientes hostiles.
Está diseñada para ensayar dispositivos
eléctricamente en el espacio exterior. Dos
placas LabOSat-01 están integradas en los
satélites “Fresco” y “Batata” [1], ubicados a 500
km de altura en órbitas LEO (Low Earth
Orbit). Dentro de LabOSat-01, el módulo
MeMOSat fuerza barridos personalizados en
tensión o corriente, o pruebas de durabilidad
sobre dispositivos de memoria no volátil tipo
ReRAM, y se puede adaptar fácilmente a
cualquier dispositivo de dos terminales. Su
predecesor, MeMOSat-1, se encuentra desde
2014 dentro del satélite BugSat "Tita" y
continúa funcionando.

Objetivo
Evaluar la performance de la plataforma
LabOSat para realizar experimentos sobre
dispositivos electrónicos en ambientes
agresivos como condiciones de baja presión,
gran estrés térmico o grandes dosis de
radiación. LabOSat se caracteriza por ser
configurable ya que puede albergar diferentes
dispositivos a ensayar eléctricamente, portable,
liviano y de bajo costo.

Descripción
El diagrama en bloques de LabOSat se
representan en la figura 1. El núcleo de la placa
es un microcontrolador de señal mixta de la
familia MSP430F1612 (Texas Instruments) que
controla todos los circuitos periféricos (bloques)
designados para tareas específicas. Este
Microcontrolador se utiliza con frecuencia en
las misiones de baja órbita terrestre para
manejar CubeSats, y fue probado por la NASA
[3]. Usa DACs de 12 bits para controlar con
precisión el voltaje o la corriente que alimentará
los dispositivos a bordo. Los ADCs de 12 bits
se utilizan para medir la respuesta de los DUT
y otros parámetros que se comprueban
periódicamente para garantizar el correcto
comportamiento de la placa. Por último, existen
varios puertos de direccionamiento situados en
los puertos GPIO dedicados a conmutar entre
bloques o modos de operación. Los siguientes
son los modulos más relevantes de LabOSat-
01: Para medir la temperatura utiliza un
termómetro LM74 (Texas Instruments) que se
comunica a través de una interface SPI
configurado para medir temperaturas de -40 °C
hasta 125 °C. Sin embargo, todos los
componentes comerciales de LabOSat estan
diseñados para operar en rangos de
temperatura de -40 °C a 85 °C.
El bloque de dosímetros, son transistores
pMOS COTS caracterizados como sensores de
radiación [4], están diseñados para medir la
radiación ionizante total. Este módulo es crucial
para aplicaciones espaciales o mediciones
dentro de un acelerador de partículas.
El bloque MeMO está dedicado a experimentos
sobre dispositivos de memoria, en particular,
dispositivos basados en fenómenos de
conmutación resistiva [5] que han demostrado
que funcionan bien bajo grandes dosis de
radiación. El bloque xFET diseñado para
estudiar la performance de cualquier transistor,
comercial o en etapa de desarrollo.
El objetivo de los dos últimos bloques es probar
eléctricamente la degradación de los
dispositivos en condiciones hostiles. La
excitación para ensayar los dispositivos puede
suministrarse con fuentes de tension o
corriente, controlados con alta precisión
utilizando salidas DAC. Cuando se alimanta
con tensión, es posible limitar la corriente.
Como se dijo antes, las mediciones se realizan
utilizando las entradas ADC y cada una está
precedida por un buffer y un amplificador con el
fin de amplificar o atenuar la señal dando
mediciones de amplio rango y eliminando las
lecturas fuera de rango del ADC. El bloque
MeMO permite operar hasta 30 dispositivos y el
bloque xFET hasta 6 transistores.
Al excitar con corriente, LabOSat puede
entregar hasta 23 mA con una potencia
máxima de 230 mW sobre el DUT.
El PCB está hecho en cuatro capas donde las
externas son planos de tierra y las capas
internas sostienen las pistas con estrategia
Manhattan para reducir el crosstalk y
capacidades parasitas.
LabOSat también tiene un puerto externo para
realizar ensayos remotos en dispositivos de 2-
terminales y 3-terminales (MeMO o XFET) en
una placa de tamaño reducido, cuyas
dimensiones son 100 × 100 × 15 mm y pesa 36
g lo que hace de LabOSat una plataforma
ligera y portátil.

Figura 1: Diagrama en bloques de LabOSat01.

Figura 2: Comportamiento típico de conmutación de
una celda de memoria. La presencia de histéresis
indica que se realizo la conmutación entre 0 y 1. [6], [7]
[8].

Demostrando el rendimiento de LabOSat-01
como instrumento de medición y
caracterización, sobre un mismo dispositivo
ReRAM, se realizaron las curvas I-V en un
Keithley SCS-4200. Estos experimentos se
realizaron utilizando el software KITE con dos
rutinas para realizar un SET con un barrido
controlado de corriente seguido por un RESET
con un barrido controlado por tension. El
software nos permitió registrar las respuestas
en todos los pasos del barrido. La comparación
se puede ver en la Figura 2. Las memorias
ReRAM son estructuras de tres capas
compuestas por dos electrodos metálicos
divididos por una película fina de óxido
fabricada en nuestros laboratorios. Esta
estructura reduce la resistencia del dieléctrico
de oxido de la célula que funciona como una
resistencia en paralelo de menor valor.
Dependiendo del campo aplicado la estructura
filamentaria cortocircuita los electrodos y deja
al dispositivo en un estado de muy baja
resistencia (LRS).

Resultados
Ha demostrado ser una plataforma que puede
realizar mediciones y ensayos de forma
autónoma, pudiéndose instalar en lugares
donde el ser humano no tiene acceso. Además,
la versatilidad le permite adaptarse a las
necesidades de los clientes. Con el uso de
LabOSat por parte de actores nacionales en el
escenario aeroespacial, se han auto validado
sus propias necesidades, asimismo el
desarrollo de nuevos dispositivos para
ambientes aeroespaciales ensayados con la
plataforma LabOSat proveerá herramientas
para la visualización y monitoreo de parámetros
ambientales.

Conclusiones
Las mediciones con LabOSat-01 han
proporcionado excelentes resultados,
exhibiendo alta concordancia con las realizadas
con equipamientos mas sofisticados y de
mayor costo. Además LabOSat ha demostrado
que es capaz de forzar corrientes (o tensiones)
negativas y positivas en dispositivos de dos y
tres terminales. La capacidad de realizar
experimentos dinámicos y estáticos y la
flexibilidad que tiene al grabar datos hacen de
LabOSat un instrumento útil para estudiar
dispositivos de memoria no volátil fabricados
en nuestros laboratorios, formados por dos
electrodos metálicos separados por una película
fina de óxido y transistores. LabOSat demuestra
ser una plataforma adaptable a las
necesidades de los diferentes sectores de la
industria, brindando un soporte de confianza en
el desarrollo de nuevos dispositivos.

Bibliografía
[1] M. Barella, G. Sanca, F. Gomez Marlasca, G.
Rodríguez, D. Martelliti, L. Abanto, P. Levy, F. Golmar,
“LabOSat: Low cost measurement platform designed for
hazardous environments”, Embedded Systems (CASE),
2016 Seventh Argentine Conference on, Buenos Aires,
2016, pp. 1-6, doi: 10.1109/SASE-CASE.2016.7574095.
[2] “Satellogic.” [Online]. Available: ttp://www.satellogic.com/
[3] S. M. Guertin, M. Amrbar, and S. Vartanian, “Radiation
test results for common cubesat microcontrollers and
microprocessors,” in Radiation Effects Data Workshop
(REDW), 2015 IEEE, July 2015, pp. 1–9.
[4] J. Lipovetzky, M. Garcia-Inza, M. Rodríguez Cañete, G.
Redin, S. Carbonetto, M. Echarri, F. Golmar, F. Gomez-
Marlasca, M. Barella, G. Sanca, P. Levy, A. Faigón, “COTS
MOS Dosimetry on the MeMOSat Board, Results After 2.5
Years in Orbit”, 1 st IAA Latin American Symposium on
Small Satellites, Buenos Aires, 2017, (enviado).
[5] R. Waser, R. Dittmann, G. Staikov, and K. Szot, “Redox-
Based Resistive Switching Memories Nanoionic
Mechanisms, Prospects and Challenges,” Adv. Mater., vol.
21, no. 25-26, pp. 2632–2663, Jul. 2009.
[6] N. Ghenzi, M. J. Sánchez, D. Rubí, M. J. Rozenberg, C.
Urdaniz, M. Weissman, and P. Levy, “Tailoring conductive
filaments by electroforming polarity in memristive based tio2
junctions,” Applied Physics Letters, vol. 104, no. 18, 2014.
[7] D. Rubí, A. Kalstein, W. S. Román, N. Ghenzi, C.
Quinteros, E. Mangano, P. Granell, F. Golmar, F. G.
Marlasca, S. Suarez, G. Bernardi, C. Albornoz, A. G. Leyva,
and P. Levy, “Manganite based memristors: Influence of the
electroforming polarity on the electrical behavior and
radiation hardness,” Thin Solid Films, vol. 583, pp. 76 – 80,
2015.
[8] G.A.Sanca, M. Barella, F. Gómez Marlasca, G.
Rodriguez, D. Martelliti, L. Patrone, P. Levy and F. Golmar,
”LabOSat as a versatile payload for small satellites: first 100
days in LEO orbit”, Proceedings of the 1st IAA Latin
American Symposium on Small Satellites: Advanced
Technologies and Distributed Systems, San Martín,
Argentina, March 7-10,2017 (enviado)