Có thể có MCU làm việc ở mức -55 độ, với đặc điểm kỹ thuật của môi trường làm việc -40 đến 85 độ không?

Tôi nghe nói rằng ai đó đã đề cập đến phương pháp sàng lọc: để có 10 MCU hoạt động ở mức -55 độ, và tìm ra những cái có thể hoạt động bình thường, ném những cái bị hỏng đi.

Là phương pháp áp dụng? Tôi lo lắng rằng MCU có thể hoạt động đúng ở mức -55 độ trong bài kiểm tra sàng lọc của tôi và thất bại ở môi trường làm việc thực tế.

Nếu không, những giải pháp có thể là gì? Chúng tôi đang sử dụng stm32f4, do hiệu suất DSP rất tốt. Các MCU hoạt động ở mức -55 độ chúng tôi thấy không có DSP và chỉ có thể hoạt động ở tần số thấp khoảng 20 MHz.

Cách thô thiển mà bạn đảm bảo rằng bạn không ở bên lề hoạt động sẽ là kiểm tra nó ngoài phạm vi. Ví dụ: bạn có thể kiểm tra các bộ phận ở -65 ° C ở điện áp ở tốc độ xung nhịp cao hơn và điện áp cao hơn / thấp hơn bình thường.

Nhà sản xuất có thể không tự kiểm tra ở nhiệt độ cực đoan, nhưng họ biết mức độ yêu cầu biên trong điều kiện thử nghiệm là bao nhiêu và họ kiểm tra điều đó. Họ cũng biết làm thế nào để đảm bảo rằng họ đang thử nghiệm mọi thứ . Bạn không biết gì về điều đó. Ví dụ, một cái gì đó như bộ tạo dao động có thể hoạt động tốt xuống đến -40 ° C và một khi đã bắt đầu hoạt động ở nhiệt độ rất thấp, nhưng một số có thể không bắt đầu ở -45 ° C. Một hướng dẫn cụ thể có thể bắt đầu thất bại trước tiên vì một số điều kiện thời gian.

Nếu nhà sản xuất có thể cung cấp các đơn vị đủ điều kiện nhiệt độ đó sẽ là tốt nhất. Hoặc sảnh cho một yêu cầu thư giãn. Hoặc đặt máy sưởi ở đó để đảm bảo nhiệt độ tối thiểu sau thời gian khởi động chấp nhận được (có lẽ ức chế hoạt động cho đến khi đạt được nhiệt độ chấp nhận được).

Rất có thể nếu các bộ phận cần phải đáp ứng phạm vi nhiệt độ thấp hơn của quân đội, bạn thực sự cần chắc chắn rằng nó hoạt động đáng tin cậy.

Như bạn đã nói, không thể biết liệu bạn có làm giảm thiết bị trong các thử nghiệm ngoài phạm vi nhiệt độ của nó hay không. Bạn có hai lựa chọn:

1. Liên hệ với nhà sản xuất hỏi họ nhiệt độ nào mà các bộ phận có thể chịu được. Bởi vì bạn có thể nhận thấy rằng phạm vi nhiệt độ rất giống nhau. Các nhà sản xuất có thể chọn một phạm vi nhiệt độ thường được chỉ định, khả thi và hấp dẫn đối với các khách hàng tiềm năng, sau đó thử nghiệm phạm vi nhiệt độ đó mặc dù họ có thể nghĩ rằng các bộ phận có thể mạnh mẽ hơn. Kiểm tra là tốn kém. Nếu họ trả lời một cách kỳ diệu, tôi đảm bảo họ sẽ không bao giờ trả lời một cách chắc chắn và họ sẽ nói đó là trách nhiệm của riêng bạn nếu các bộ phận của bạn chết. Tuy nhiên, bạn có thể yên tâm hơn về việc thử nghiệm thiết bị của mình và sử dụng chúng ở phạm vi nhiệt độ mở rộng đó, tùy thuộc vào mục tiêu độ tin cậy của bạn.
2. Sử dụng máy sưởi, cảm biến nhiệt độ và hệ thống điều khiển (có thể là cùng một vi điều khiển + trình điều khiển) để kiểm soát nhiệt độ trong giới hạn đã đặt. Bạn đủ may mắn để muốn hoạt động ở nhiệt độ thấp, dễ dàng hơn và rẻ hơn cho cùng một chênh lệch nhiệt độ môi trường. Thành thật mà nói, điều này không có nhiều rắc rối cho một hệ thống đáng tin cậy hơn nhiều. Chỉ cần thực hiện các tính toán sơ bộ cho yêu cầu năng lượng của lò sưởi, sau đó hàn điện trở nguồn và nhiệt điện trở gần chip của bạn, thêm trình điều khiển cho lò sưởi (có thể là bóng bán dẫn đơn giản) và điều khiển chúng từ bộ điều khiển tích phân tỷ lệ đang chạy tần số thấp trong nền. Đó là 1 phương trình để giải, ~ 5-6 thành phần và ~ 10 dòng mã. Bạn thậm chí không phải sử dụng điều khiển PI, bộ so sánh với độ trễ có thể thực hiện công việc.

Những gì bạn đang đề cập đôi khi được gọi là 'tăng cường'. Nó trái ngược với 'derating', mà bạn sẽ làm với một số hoặc tất cả các thành phần của bạn tùy thuộc vào ứng dụng và nhu cầu độ tin cậy của bạn.

Đây là một bài viết cũ về chủ đề nâng cao. Khuyến nghị của họ ở cuối là một điều tốt - liên hệ với nhà sản xuất để hiểu những gì có thể bị ảnh hưởng khi hoạt động ở nhiệt độ thấp. Họ sẽ không bao giờ đảm bảo hoạt động ngoài giới hạn của họ (trừ khi bạn là khách hàng lớn / chiến lược đối với họ) nhưng họ có thể cung cấp một số hướng dẫn về những gì họ sẽ quan tâm nhất, có thể giúp bạn hình thành một bài kiểm tra / cuộc sống tốt.

Câu trả lời thực sự phụ thuộc vào hàng tấn các yếu tố. Nó sẽ thấy các chu kỳ nhiệt (đi giữa nóng và lạnh) hay chỉ hoạt động ở nhiệt độ -55C? Chu kỳ nhiệt gây ra lỗi cơ học trong dây trái phiếu và bao bì IC. Có phải đó là một ứng dụng 'một lần' so với 'nhiệm vụ quan trọng', nghĩa là, hậu quả của việc nhìn thấy một thất bại là gì. Nếu đó là 'một lần tắt' (một đơn vị được xây dựng để sử dụng ngắn hạn), bạn có thể ổn khi thử nghiệm một vài đơn vị. Nếu đó là một tình huống quan trọng của nhiệm vụ, hoặc bộ phận sẽ được vận hành vĩnh viễn ở nhiệt độ thấp, có lẽ bạn sẽ muốn dành nhiều nỗ lực hơn cho trình độ chuyên môn.

Sàng lọc như thế này đã được thực hiện cho các ứng dụng quân sự trong nhiều năm. Điều quan trọng cần hiểu là nơi "vách đá" thực sự trong hiệu suất của các bộ phận. Tất cả chúng ta có thể đồng ý rằng các bộ phận có thể sẽ không thực hiện ở -200C. Và tất cả chúng ta có thể đồng ý rằng các bộ phận có thể sẽ hoạt động tốt ở -41C (ngay bên ngoài phạm vi hoạt động STM32F). Nhà sản xuất đã đưa vào một số băng bảo vệ trên phạm vi hoạt động của các thành phần của họ.

Các câu hỏi có liên quan là-- bạn có thể tìm ra vị trí của dải bảo vệ (và nó có bao gồm phạm vi nhiệt độ thấp hơn mong muốn của bạn không) và nó có bao giờ thay đổi trên nhiều lô không.

Chỉ ra rằng sẽ yêu cầu thử nghiệm nhiều bộ phận để có được số liệu thống kê tốt về độ tin cậy của các bộ phận ở nhiệt độ thấp và phân phối lỗi của chúng trông như thế nào, vì vậy bạn có thể dự đoán liệu chế độ thất bại có thể xuất hiện trong quá trình thực hiện của bạn hay không. Và sau đó, khi sản phẩm của bạn được sản xuất, bạn sẽ phải theo dõi hiệu suất của các bộ phận bằng một số mẫu lấy mẫu chấp nhận .

Một cách tiếp cận khác cho tất cả những điều này là cài đặt lò sưởi và sử dụng cảm biến nhiệt độ chết của STM32F làm phản hồi trong vòng điều khiển lò sưởi. Không giúp khởi đầu lạnh nhưng nếu là thiết bị chạy liên tục thì có thể ổn.

Tôi giả sử MCU là CMOS mặc dù bạn không nói như vậy. Tất cả các MCU đều gặp phải vấn đề tự làm nóng làm hạn chế nhiệt độ hoạt động tối đa. Ví dụ, một chiếc iPhone có bộ sạc được cắm vào có thể cảm thấy khoảng 50C khi chạm vào nhưng phải là 125C hoặc nhiều hơn bên trong khi hoạt động. Vì vậy, giới hạn kiểm tra cho MCU của bạn, thường được kiểm soát trong khi đủ điều kiện với bộ điều nhiệt, sẽ đảm bảo rằng giới hạn thiết kế là OK. Khi bạn xuống dưới giới hạn đó, độ trễ của bóng bán dẫn sẽ giảm đi, điều này dẫn đến khả năng gây nguy hiểm về chủng tộc. Ngoài ra, nồng độ chất mang bên trong sẽ giảm sẽ ảnh hưởng đến khả năng di chuyển. Nếu MCU của bạn có bộ chuyển đổi A / D hoặc D / A, các đặc điểm của chúng, ví dụ như lỗi tối đa, có thể tăng hoặc không hoạt động.

Giảm tần số sẽ không giúp ích gì cả (điều này có thể giúp với nhiệt độ cao). Nhược điểm chính của việc sử dụng thiết bị ngoài phạm vi của nó là ngay cả khi xác suất lỗi thấp, nó vẫn sẽ có ý nghĩa với hàng triệu hướng dẫn mỗi giây được thực thi. Nếu bạn không quá đặc biệt về mức tiêu thụ năng lượng, bạn có thể vô hiệu hóa các thói quen tiết kiệm năng lượng trong mã của mình (như tạm dừng, ngủ, v.v.) và điều này sẽ dẫn đến hiệu ứng tự sưởi ấm nhỏ, có thể được tăng cường bằng cách sử dụng lớp cách nhiệt dày . Tuy nhiên nếu thiết bị của bạn phải làm việc ở nhiệt độ rất thấp cũng như nhiệt độ cao thì đây sẽ là một vấn đề.

Việc sơ tuyển thiết bị của bạn sẽ không giúp ích nhiều trừ khi bạn có quyền truy cập vào các lô chậm và nhanh từ nhà sản xuất; đây sẽ là các cực trị của doping và các thông số khác như độ dày kim loại để đánh giá độ tin cậy.

Nếu bạn có ngân sách béo, bạn có thể cấp phép cho bộ xử lý của riêng mình từ ARM hoặc một trong những đối thủ cạnh tranh và tự làm cứng nó theo thông số nhiệt độ của riêng bạn. Điều này được biết đến như là một cách tiếp cận công cụ riêng của khách hàng (COT). Nếu cần bạn có thể cấp phép cho bộ điều khiển bộ nhớ IP và các thiết bị ngoại vi. Một cách khác là tiếp cận một nhà sản xuất chuyên về tùy biến và yêu cầu họ sơ tuyển sản phẩm bạn yêu cầu trong một phạm vi nhiệt độ mở rộng.

Một nhà sản xuất thực hiện tùy chỉnh sẽ có quyền truy cập vào tất cả các cơ sở dữ liệu thiết kế hỗ trợ máy tính (CAD) cần thiết để xác minh chip. Sau đó, việc xác nhận lại thiết kế ở nhiệt độ thấp hơn là một vấn đề đơn giản. Tuy nhiên, họ có thể dựa vào một nhà cung cấp thứ hai để mô tả silicon ở nhiệt độ ngoài phạm vi thông thường. Điều này đòi hỏi một loạt các mô phỏng SPICE và các thử nghiệm mô tả đặc trưng thư viện liên quan, có thể nằm ngoài phạm vi của những gì họ sẵn sàng làm cho tất cả trừ khách hàng lớn nhất. Là một phần của quy trình này, bộ điều nhiệt được đề cập trước đây có thể được sử dụng để kiểm tra xem các lô phân tách vẫn vượt qua các vectơ thử nghiệm của chúng ở nhiệt độ thấp mà bạn chỉ định. Điều này cũng có thể dẫn đến mất năng suất như được đề cập bởi các câu trả lời khác.