Apakah mungkin untuk memiliki MCU bekerja pada -55 derajat, dengan spesifikasi -40 hingga 85 derajat lingkungan kerja?

Saya mendengar bahwa seseorang menyebutkan metode penyaringan: membuat 10 MCU bekerja pada -55 derajat, dan mencari tahu yang dapat bekerja dengan baik, membuang yang rusak.

Apakah metode ini berlaku? Saya khawatir MCU dapat bekerja dengan baik pada -55 derajat pada tes skrining saya dan gagal di lingkungan kerja yang sebenarnya.

Jika tidak, apa solusi yang mungkin? Kami menggunakan stm32f4, karena kinerjanya yang sangat bagus. MCU yang bekerja pada -55 derajat yang kami temukan tidak memiliki DSP dan hanya dapat bekerja pada frekuensi rendah sekitar 20MHz.

Cara kasar Anda akan memastikan Anda tidak berada di tepi operasi adalah dengan mengujinya di luar rentang. Misalnya, Anda dapat menguji bagian pada -65 ° C pada tegangan pada kecepatan clock yang lebih tinggi dan tegangan lebih tinggi / lebih rendah dari biasanya.

Pabrikan mungkin tidak menguji pada suhu yang ekstrem sendiri, tetapi mereka tahu berapa banyak margin yang diperlukan dalam kondisi pengujian dan mereka mengujinya. Mereka juga tahu bagaimana memastikan bahwa mereka menguji segalanya . Anda tidak tahu semua itu. Misalnya, sesuatu seperti osilator mungkin bekerja dengan baik hingga -40 ° C, dan begitu mulai bekerja pada suhu yang sangat rendah, tetapi beberapa mungkin gagal memulai pada -45 ° C. Satu instruksi tertentu mungkin mulai gagal pertama karena beberapa kondisi waktu.

Jika pabrikan dapat memasok unit yang memenuhi syarat untuk suhu itu yang terbaik. Atau melobi untuk persyaratan santai. Atau letakkan pemanas di sana untuk menjamin suhu minimum setelah periode pemanasan yang dapat diterima (mungkin menghambat operasi sampai suhu yang dapat diterima tercapai).

Kemungkinannya adalah jika bagian-bagian tersebut harus memenuhi kisaran suhu militer yang lebih rendah, Anda benar - benar perlu memastikan bahwa itu bekerja dengan andal.

Seperti yang Anda katakan, tidak mungkin untuk mengetahui apakah Anda menurunkan unit selama pengujian di luar kisaran suhunya. Anda memiliki dua opsi:

1. Hubungi pabrikan untuk menanyakan suhu apa yang ekstrem pada bagian-bagian yang dapat bertahan. Karena Anda mungkin telah memperhatikan bahwa kisaran suhu sangat mirip. Pabrikan dapat memilih kisaran suhu yang telah ditentukan secara umum, yang layak dan belum menarik bagi pelanggan potensial, kemudian menguji kisaran suhu tersebut meskipun mereka mungkin berpikir bagian-bagian itu bisa lebih kuat. Pengujian itu mahal. Jika mereka secara ajaib menjawab, saya jamin mereka tidak akan pernah menjawab dengan pasti dan mereka akan mengatakan itu adalah tanggung jawab Anda sendiri jika bagian Anda mati. Namun Anda mungkin lebih diyakinkan tentang pengujian unit Anda dan menggunakannya pada kisaran suhu yang diperpanjang, tergantung pada tujuan keandalan Anda.
2. Gunakan pemanas, sensor suhu, dan sistem kontrol (yang bisa menjadi mikrokontroler yang sama + driver) untuk mengontrol suhu dalam batas yang ditentukan. Anda cukup beruntung ingin beroperasi pada suhu rendah, yang lebih mudah dan lebih murah untuk perbedaan suhu sekitar yang sama. Jujur saja, ini bukan masalah untuk sistem yang jauh lebih andal. Buat saja perhitungan kasar untuk kebutuhan daya pemanas, lalu solder resistor daya dan termistor di dekat chip Anda, tambahkan driver untuk pemanas (yang bisa berupa transistor sederhana), dan kontrol mereka dari pengontrol proporsional-integral yang berjalan di frekuensi rendah di latar belakang. Itulah 1 persamaan untuk dipecahkan, ~ 5-6 komponen, dan ~ 10 baris kode. Anda bahkan tidak harus menggunakan kontrol PI, pembanding dengan histeresis dapat melakukan pekerjaan itu.

Apa yang Anda maksudkan kadang-kadang disebut 'uprating'. Ini kebalikan dari 'derating', yang akan Anda lakukan untuk beberapa atau semua komponen Anda tergantung pada aplikasi dan kebutuhan keandalan Anda.

Berikut ini adalah artikel lama tentang masalah kenaikan peringkat. Rekomendasi mereka pada akhirnya adalah rekomendasi yang bagus - hubungi pabrikan untuk memahami apa yang mungkin terpengaruh oleh pengoperasian pada suhu rendah. Mereka tidak akan pernah menjamin operasi di luar batas mereka (kecuali jika Anda adalah pelanggan besar / strategis untuk mereka) tetapi mereka mungkin dapat memberikan beberapa panduan tentang apa yang paling mereka khawatirkan, yang dapat membantu Anda merumuskan tes / layar kehidupan yang baik.

Jawaban sebenarnya tergantung pada banyak faktor. Apakah akan melihat siklus termal (antara panas dan dingin) atau hanya beroperasi di -55C? Siklus termal menyebabkan kegagalan mekanis pada kabel ikatan dan pengemasan IC. Apakah ini aplikasi 'one off' vs 'mission critical', yaitu, apa konsekuensi dari melihat kegagalan. Jika itu 'satu mati' (satu unit sedang dibangun untuk penggunaan jangka pendek), Anda mungkin baik-baik saja dengan menguji beberapa unit. Jika itu adalah situasi kritis misi, atau bagian akan dioperasikan secara permanen pada suhu rendah, Anda mungkin ingin menghabiskan lebih banyak upaya pada kualifikasi.

Penyaringan seperti ini telah dilakukan untuk aplikasi militer selama bertahun-tahun. Yang penting untuk dipahami adalah di mana "tebing" nyata dalam kinerja bagian. Kita semua bisa setuju bahwa bagian-bagian itu mungkin tidak akan tampil di -200C. Dan kita semua mungkin setuju bahwa bagian-bagian itu mungkin akan bekerja dengan baik di -41C (tepat di luar rentang operasi STM32F). Pabrikan telah memasang beberapa pita pengaman pada jangkauan operasi komponen mereka.

Pertanyaan yang relevan adalah - dapatkah Anda mencari tahu di mana pita pengaman berada (dan apakah itu menyertakan kisaran suhu yang Anda inginkan), dan apakah itu akan pernah berubah di banyak lot.

Mengetahui hal itu akan memerlukan pengujian banyak bagian untuk mendapatkan statistik yang baik tentang keandalan suku cadang pada suhu rendah, dan seperti apa distribusi kegagalannya, sehingga Anda dapat memperkirakan jika mode kegagalan cenderung muncul dalam implementasi Anda. Dan kemudian, setelah produk Anda diproduksi, Anda harus memantau kinerja bagian-bagian tersebut dengan semacam sampel penerimaan .

Pendekatan alternatif untuk semua ini adalah menginstal pemanas, dan menggunakan sensor temp temp STM32F sebagai umpan balik dalam loop kontrol pemanas. Tidak membantu untuk memulai yang dingin tetapi jika itu adalah unit yang terus berjalan mungkin ok.

Saya berasumsi MCU adalah CMOS meskipun Anda tidak mengatakannya. Semua MCU menderita masalah pemanasan sendiri yang membatasi suhu operasi maksimum. Misalnya iPhone dengan pengisi daya yang terpasang dapat terasa sekitar 50C saat disentuh tetapi menjadi 125C atau lebih secara internal saat beroperasi. Jadi batas uji untuk MCU Anda, biasanya dikontrol selama kualifikasi dengan termostream, akan menjamin bahwa batas desain OK. Setelah Anda pergi di bawah batas itu, penundaan transistor akan mengurangi yang memperkenalkan kemungkinan bahaya ras. Selain itu konsentrasi pembawa intrinsik akan berkurang yang akan berdampak pada mobilitas. Jika MCU Anda memiliki konverter A / D atau D / A, karakteristiknya, misalnya kesalahan maksimum, dapat meningkat, atau tidak berfungsi sama sekali.

Penurunan frekuensi tidak akan membantu sama sekali (ini dapat membantu dengan suhu tinggi). Kelemahan utama dengan menggunakan perangkat di luar jangkauannya adalah bahwa bahkan jika probabilitas kesalahan rendah, itu akan tetap signifikan dengan jutaan instruksi per detik dieksekusi. Jika Anda tidak terlalu khusus tentang konsumsi daya, Anda dapat menonaktifkan rutinitas hemat daya dalam kode Anda (seperti berhenti, tidur, dll.) Dan ini akan menghasilkan efek pemanasan sendiri yang kecil, yang dapat ditingkatkan dengan menggunakan isolasi tebal . Namun jika perangkat Anda harus bekerja pada suhu yang sangat rendah dan juga tinggi, ini akan menjadi masalah.

Pra-kualifikasi perangkat Anda tidak akan banyak membantu kecuali Anda memiliki akses ke lot lambat dan cepat dari produsen Anda; ini akan menjadi doping ekstrem dan parameter lain seperti ketebalan logam untuk menilai keandalan.

Jika Anda memiliki anggaran besar, Anda dapat melisensikan prosesor Anda sendiri dari ARM atau salah satu pesaingnya dan mengeraskannya sendiri untuk spesifikasi suhu Anda sendiri. Ini dikenal sebagai pendekatan customer own-tooling (COT). Jika perlu Anda dapat melisensikan IP pengontrol memori dan periferal juga. Alternatifnya adalah mendekati produsen yang berspesialisasi dalam kustomisasi dan meminta mereka untuk melakukan prakualifikasi produk yang Anda butuhkan pada rentang suhu yang diperpanjang.

Pabrikan yang melakukan kustomisasi akan memiliki akses ke semua database desain berbantuan komputer (CAD) yang diperlukan untuk memverifikasi chip. Maka masalah sederhana untuk memvalidasi ulang desain pada suhu yang lebih rendah. Namun mereka mungkin bergantung pada vendor kedua untuk mengkarakterisasi silikon pada suhu di luar kisaran biasanya. Ini membutuhkan serangkaian luas simulasi SPICE dan eksperimen karakterisasi pustaka terkait, yang mungkin berada di luar ruang lingkup apa yang bersedia mereka lakukan untuk semua kecuali pelanggan terbesar. Sebagai bagian dari proses ini, termostream yang disebutkan sebelumnya dapat digunakan untuk memeriksa bahwa lot split masih melewati vektor uji mereka pada suhu rendah yang Anda tentukan. Ini juga dapat mengakibatkan kehilangan hasil seperti yang disebutkan oleh jawaban lain.