Czy możliwe jest, aby MCU działało w temperaturze -55 stopni, ze specyfikacją środowiska pracy od -40 do 85 stopni?

Słyszałem, że ktoś wspomniał o metodzie badania przesiewowego: mieć 10 MCU pracujących w temperaturze -55 stopni i znaleźć te, które mogą działać poprawnie, wyrzucając zepsute.

Czy metoda ma zastosowanie? Martwię się, że MCU może działać poprawnie w temperaturze -55 stopni podczas mojego testu przesiewowego i zawieść w prawdziwym środowisku pracy.

Jeśli nie, jakie mogą być możliwe rozwiązania? Używamy stm32f4, ze względu na bardzo dobrą wydajność DSP. Znalezione MCU działające na poziomie -55 stopni nie mają procesorów DSP i mogą działać tylko na niskich częstotliwościach około 20 MHz.

Prostym sposobem na upewnienie się, że nie jesteś na krawędzi operacji, byłoby przetestowanie jej poza zakresem. Na przykład możesz przetestować części w temperaturze -65 ° C przy napięciu przy wyższej częstotliwości zegara i wyższym / niższym napięciu niż normalnie.

Producent prawdopodobnie nie testuje samych ekstremów temperaturowych, ale wie, ile marginesu jest wymagany w warunkach testowych i testuje to. Wiedzą także, jak upewnić się, że wszystko testują . Nic nie wiesz. Na przykład coś takiego jak oscylator może działać dobrze do -40 ° C, a po rozpoczęciu pracy do bardzo niskich temperatur, ale niektóre mogą nie uruchomić się przy -45 ° C. Jedna konkretna instrukcja może zacząć nie działać jako pierwsza z powodu pewnych warunków czasowych.

Jeśli producent może dostarczyć jednostki zakwalifikowane do tej temperatury, byłoby to najlepiej. Lub lobbuj w celu złagodzenia wymagań. Lub umieść tam grzejniki, aby zagwarantować minimalną temperaturę po akceptowalnym okresie nagrzewania (być może wstrzymać działanie do momentu osiągnięcia dopuszczalnych temperatur).

Możliwe, że jeśli części muszą spełniać wojskowy niższy zakres temperatur, naprawdę musisz mieć pewność, że działa niezawodnie.

Jak powiedziałeś, nie można stwierdzić, czy zdegradowałeś urządzenie podczas testów poza jego zakresem temperatur. Masz dwie opcje:

1. Skontaktuj się z producentem, pytając go, jakie ekstremalne temperatury części powinny wytrzymać. Ponieważ mogłeś zauważyć, że zakresy temperatur są bardzo podobne. Producenci mogą wybrać zakres temperatur, który jest powszechnie określony, co jest wykonalne, a jednocześnie atrakcyjne dla potencjalnych klientów, a następnie przetestować ten zakres temperatur, nawet jeśli uważają, że części mogą być bardziej wytrzymałe. Testowanie jest drogie. Jeśli w cudowny sposób odpowiedzą, gwarantuję, że nigdy nie odpowiedzą z całą pewnością i powiedzą, że to ty ponosisz odpowiedzialność za śmierć twoich części. Jednak możesz być bardziej pewny co do testowania urządzenia i używania go w tym rozszerzonym zakresie temperatur, w zależności od celu niezawodności.
2. Użyj grzejników, czujników temperatury i układu sterowania (którym może być ten sam mikrokontroler + sterownik), aby kontrolować temperaturę w ustalonych granicach. Masz szczęście, że chcesz pracować w niskich temperaturach, co jest łatwiejsze i tańsze przy tej samej różnicy temperatur otoczenia. Szczerze mówiąc, nie stanowi to większego problemu dla znacznie bardziej niezawodnego systemu. Wystarczy wykonać zgrubne obliczenia zapotrzebowania na moc grzejnika, a następnie przylutować rezystor mocy i termistor w pobliżu układu, dodać sterownik podgrzewacza (który może być prostym tranzystorem) i sterować tymi z proporcjonalnie zintegrowanego sterownika działającego przy niska częstotliwość w tle. To 1 równanie do rozwiązania, ~ 5-6 składników i ~ 10 linii kodu. Nie musisz nawet używać kontroli PI, komparatory z histerezą mogłyby to zrobić.

To, o czym mówisz, jest czasem nazywane „wzrostem”. Jest to przeciwieństwo „obniżania wartości znamionowych”, które można wykonać dla niektórych lub wszystkich komponentów w zależności od aplikacji i potrzeb w zakresie niezawodności.

Oto stary artykuł na temat podwyżki. Zalecenia na końcu są dobre - skontaktuj się z producentem, aby dowiedzieć się, na co może mieć wpływ praca w niskiej temperaturze. Nigdy nie zagwarantują działania poza swoimi limitami (chyba że jesteś dla nich dużym / strategicznym klientem), ale mogą być w stanie udzielić wskazówek co do tego, co ich najbardziej niepokoi, co może pomóc w sformułowaniu dobrego testu życiowego / ekranu.

Prawdziwa odpowiedź zależy od mnóstwa czynników. Czy zobaczą cykle termiczne (między ciepłem a zimnem), czy po prostu obniżą temperaturę do -55 ° C? Cykl termiczny powoduje awarie mechaniczne drutów łączących i opakowań układów scalonych. Czy jest to aplikacja jednorazowa kontra „krytyczna” dla misji, tj. Jakie są konsekwencje zobaczenia awarii. Jeśli jest to jednorazowe (pojedyncze urządzenie jest budowane do krótkotrwałego użytku), możesz być w porządku z testowaniem kilku urządzeń. Jeśli jest to sytuacja krytyczna dla misji lub część będzie na stałe eksploatowana w niskiej temperaturze, prawdopodobnie będziesz chciał poświęcić więcej wysiłku na kwalifikacje.

Tego rodzaju badania przesiewowe są stosowane od lat w zastosowaniach wojskowych. Ważne jest, aby zrozumieć, gdzie jest prawdziwy „klif” w wydajności części. Wszyscy możemy się zgodzić, że części prawdopodobnie nie będą działać w temperaturze -200C. I prawdopodobnie wszyscy możemy się zgodzić, że części prawdopodobnie będą dobrze działać w temperaturze -41 ° C (tuż poza zakresem operacyjnym STM32F). Producent umieścił opaskę ochronną w zakresie działania swoich komponentów.

Odpowiednie pytania są następujące: czy możesz dowiedzieć się, gdzie znajduje się pas ochronny (i czy obejmuje on pożądany niższy zakres temperatur) i czy kiedykolwiek zmieni się w wielu partiach.

Ustalenie tego będzie wymagało przetestowania wielu części, aby uzyskać dobre statystyki dotyczące niezawodności części w niskiej temperaturze i tego, jak wygląda rozkład ich awarii, abyś mógł przewidzieć, czy tryb awarii prawdopodobnie pojawi się w twojej implementacji. A potem, gdy twój produkt będzie w produkcji, będziesz musiał monitorować wydajność części za pomocą pewnego rodzaju próbnego odbioru .

Alternatywnym podejściem do tego wszystkiego jest zainstalowanie grzejnika i użycie czujnika temperatury matrycy STM32F jako sprzężenia zwrotnego w pętli sterowania nagrzewnicą. Nie pomaga na zimny start, ale jeśli jest to ciągle działająca jednostka, może być w porządku.

Zakładam, że MCU to CMOS, choć tego nie mówisz. Wszystkie MCU mają problemy z samonagrzewaniem, które ogranicza maksymalną temperaturę roboczą. Na przykład iPhone z podłączoną ładowarką może odczuwać około 50 ° C w dotyku, ale podczas pracy może wynosić 125 ° C lub więcej. Zatem limit testowy dla MCU, zwykle kontrolowany podczas kwalifikacji z termostatem, gwarantuje, że limit projektowy jest OK. Gdy zejdziesz poniżej tego limitu, opóźnienia tranzystora zmniejszą się, co wprowadza możliwość wystąpienia zagrożeń wyścigowych. Dodatkowo zmniejszy się samoistne stężenie nośnika, co będzie miało wpływ na mobilność. Jeśli MCU ma przetworniki A / C lub D / A, ich właściwości, na przykład maksymalny błąd, mogą wzrosnąć lub w ogóle nie działać.

Obniżenie częstotliwości w ogóle nie pomoże (może to pomóc w przypadku wysokiej temperatury). Główną wadą korzystania z urządzenia poza jego zasięgiem jest to, że nawet jeśli prawdopodobieństwo błędu jest niskie, nadal będzie znaczące przy wykonywaniu milionów instrukcji na sekundę. Jeśli nie jesteś zbyt szczegółowy w kwestii zużycia energii, możesz wyłączyć procedury oszczędzania energii w swoim kodzie (takie jak zatrzymanie, sen itp.), A to spowoduje niewielki efekt samonagrzewania, który można poprawić, stosując grubą izolację . Jednak jeśli Twoje urządzenie musi pracować zarówno w bardzo niskiej, jak i wysokiej temperaturze, może to stanowić problem.

Wstępna kwalifikacja urządzenia nie będzie bardzo pomocna, chyba że będziesz mieć dostęp do wolnych i szybkich partii od swojego producenta; będą to skrajności domieszkowania i inne parametry, takie jak grubość metalu w celu oceny niezawodności.

Jeśli masz duży budżet, możesz licencjonować swój własny procesor od ARM lub jednego z jego konkurentów i sam go zahartować do własnej specyfikacji temperatury. Jest to znane jako podejście oparte na własnych narzędziach klienta (COT). W razie potrzeby możesz licencjonować kontroler pamięci IP oraz urządzenia peryferyjne. Alternatywą byłoby skontaktowanie się z producentem specjalizującym się w dostosowywaniu i poproszenie go o wstępną kwalifikację wymaganego produktu w rozszerzonym zakresie temperatur.

Producent dostosowujący będzie miał dostęp do wszystkich baz danych wspomaganych komputerowo (CAD) potrzebnych do weryfikacji układu. W takim przypadku ponowne sprawdzenie projektu w niższej temperaturze jest prostą sprawą. Mogą jednak polegać na drugim dostawcy w celu scharakteryzowania krzemu w temperaturze poza zwykłym zakresem. Wymaga to szerokiego zakresu symulacji SPICE i powiązanych eksperymentów charakteryzujących bibliotekę, które mogą być poza zakresem tego, co są skłonni zrobić dla wszystkich oprócz największego klienta. W ramach tego procesu wspomniany wcześniej termostat można wykorzystać do sprawdzenia, czy podzielone partie nadal przechodzą wektory testowe w określonej przez ciebie niskiej temperaturze. Może to również spowodować utratę wydajności, jak wspomniano w innych odpowiedziach.