Чи можлива робота MCU при -55 градусах із специфікацією робочих умов від -40 до 85 градусів?

Я чув, що хтось згадав про метод скринінгу: мати 10 MCU, що працюють при -55 градусах, і виявити ті, які можуть працювати належним чином, викидаючи зламані.

Чи застосовується метод? Я переживаю, що MCU може працювати належним чином при -55 градусах при моєму скринінг-тесті та виходити з ладу в реальних робочих умовах.

Якщо ні, то які можуть бути можливі рішення? Ми використовуємо stm32f4 завдяки дуже хорошим характеристикам DSP. У встановлених нами мікроконтролерах, що працюють на -55 градусів, немає DSP і можуть працювати лише на низьких частотах близько 20 МГц.

Суворим способом, який ви б гарантували, що не знаходитесь на межі роботи, було б випробувати його поза межами дальності. Наприклад, ви можете протестувати деталі при температурі -65 ° C на напругу з більшою тактовою частотою та вищою / нижчою напругою, ніж зазвичай.

Виробник, ймовірно, сам не проводить тестування на граничних температурах, але вони знають, скільки запасу потрібно в умовах тестування, і вони перевіряють це. Вони також знають, як все перевірити . Ти нічого з цього не знаєш. Наприклад, щось на зразок осцилятора може спрацьовувати нормально до -40 ° C, а колись він почав працювати при дуже низьких температурах, але деякі можуть не запуститись при температурі -45 ° C. Одна певна інструкція може почати виходити з ладу спочатку через деякі умови часу.

Якщо виробник може поставити агрегати, кваліфіковані до тієї температури, це було б найкращим чином. Або лобіювати невимушені вимоги. Або поставте туди нагрівачі, щоб гарантувати мінімальну температуру після прийнятного прогрівання (можливо, перешкоджайте роботі до досягнення прийнятних температур).

Швидше за все, якщо деталі повинні відповідати військовому нижчому температурному діапазону, ви дійсно повинні бути впевнені, що вона працює надійно.

Як ви сказали, неможливо сказати, чи ви деградували прилад під час випробувань поза його температурного діапазону. У вас є два варіанти:

1. Зверніться до виробника, запитуючи їх, які температури перевищують деталі, які повинні витримати. Тому що ви, можливо, помітили, що діапазони температур дуже схожі. Виробники можуть вибрати діапазон температур, як правило, уточнюючи, який є можливим і привабливим для потенційних клієнтів, а потім перевірити його на температурний діапазон, хоча вони можуть подумати, що деталі можуть бути більш надійними. Тестування коштує дорого. Якщо вони чудом відповідуть, я гарантую, що вони ніколи не відповідуть із впевненістю, і вони скажуть, що це ваша власна відповідальність, якщо ваші частини загинуть. Однак ви можете бути більш заспокоєні щодо тестування свого пристрою та використання їх у такому розширеному діапазоні температур, залежно від вашої мети надійності.
2. Використовуйте нагрівачі, датчики температури та систему управління (яка може бути тим же мікроконтролером + драйвером) для управління температурою в заданих межах. Вам пощастило хотіти працювати при низьких температурах, що простіше і дешевше за однакову різницю температур навколишнього середовища. Чесно кажучи, це не так багато проблем для набагато надійнішої системи. Просто зробіть грубі розрахунки щодо потужності нагрівача, потім припаяйте резистор потужності та термістор біля вашої мікросхеми, додайте драйвер для нагрівача (який може бути простим транзистором) та керуйте ними з пропорційно-інтегрального контролера, що працює на низька частота на задньому плані. Це 1 рівняння для вирішення, ~ 5-6 компонентів і ~ 10 рядків коду. Вам навіть не потрібно використовувати контроль ПІ, порівняльну роботу з гістерезисом можна було б зробити.

Те, що ви маєте на увазі, іноді називають "оновленням". Це навпаки "зменшення вмісту", яке ви робите для деяких або всіх своїх компонентів, залежно від вашої програми та потреб у надійності.

Ось стара стаття на тему оновлення. Нарешті, їх рекомендація є хорошою - зверніться до виробника, щоб зрозуміти, на що може вплинути робота при низькій температурі. Вони ніколи не гарантують роботу поза їх межами (якщо ви не є для них великим / стратегічним клієнтом), але вони можуть дати певні рекомендації щодо того, що їх би найбільше хвилює, що може допомогти вам сформувати хороший тест / екран життя.

Справжня відповідь залежить від тонни факторів. Це буде бачити теплові цикли (між гарячим і холодним) або просто працювати при -55С? Тепловий циклічний цикл викликає механічні збої в з'єднувальних проводах та упаковках ІС. Чи це "одноразовий" проти "місійний критичний" додаток, тобто, які наслідки виникнення відмови. Якщо це "одноразово" (одна одиниця будується для короткочасного використання), вам може бути в порядку, протестуючи кілька одиниць. Якщо це критична ситуація, або деталь буде постійно працювати при низькій температурі, ви, мабуть, захочете витратити більше зусиль на кваліфікацію.

Такий скринінг робили для військових застосувань роками. Важливо зрозуміти, де знаходиться справжня «скеля» у виконанні деталей. Ми можемо погодитися, що деталі, ймовірно, не будуть виконуватись при -200С. І ми, напевно, можемо погодитись, що деталі, ймовірно, спрацюють чудово при -41С (тільки поза робочим діапазоном STM32F). Виробник поставив охоронну смугу на робочий діапазон компонентів.

Відповідні питання - чи можете ви зрозуміти, де знаходиться смуга охорони (і чи включає вона бажаний нижній темп-діапазон), і чи буде вона коли-небудь змінюватися через кілька партій.

Зрозумівши, що для цього потрібно буде протестувати багато деталей, щоб отримати хороші статистичні дані щодо надійності деталей при низькій температурі, і як виглядає розподіл їх відмови, тож можна передбачити, чи буде ймовірно, що у вашій реалізації з'явиться режим відмови. А потім, після того як ваш продукт буде виготовлений, вам доведеться стежити за роботою деталей за допомогою певного відбору проб .

Альтернативний підхід до всього цього полягає у встановленні обігрівача та використанні датчика температури штампу STM32F в якості зворотного зв’язку в контурі управління нагрівача. Не допомагає холодний старт, але якщо це постійно працює агрегат, це може бути нормально.

Я припускаю, що MCU є CMOS, хоча ви цього не говорите. Усі MCU страждають від проблем самозагрівання, що обмежує максимальну робочу температуру. Наприклад, iPhone з підключеним зарядним пристроєм може відчувати на дотик близько 50 ° C, але при роботі в режимі внутрішньої температури 125 ° С і більше. Тож ліміт тесту для Вашого MCU, який зазвичай контролюється під час кваліфікації з термострімом, гарантуватиме, що ліміт дизайну буде нормальним. Коли ви перейдете нижче цієї межі, затримка транзисторів зменшиться, що представляє можливість небезпеки для перегонів. Додатково зменшиться внутрішня концентрація носія, що матиме вплив на рухливість. Якщо ваш MCU має перетворювачі A / D або D / A, їх характеристики, наприклад максимальна помилка, можуть збільшуватися або взагалі не працювати.

Зниження частоти зовсім не допоможе (це може допомогти при високій температурі). Головним недоліком використання пристрою поза його діапазоном є те, що навіть якщо ймовірність помилки низька, вона все одно буде значною, оскільки виконуються мільйони інструкцій в секунду. Якщо ви не надто особливі щодо споживання електроенергії, ви можете відключити режими енергозбереження у своєму коді (наприклад, зупинка, сон тощо), і це призведе до невеликого ефекту самонагрівання, який можна посилити за допомогою товстої ізоляції . Однак якщо ваш пристрій повинен працювати при дуже низькій і високій температурі, це буде проблемою.

Попередня кваліфікація вашого пристрою не допоможе, якщо у вас немає доступу до повільних та швидких партій від вашого виробника; це будуть крайні допінгові та інші параметри, такі як товщина металу для оцінки надійності.

Якщо у вас є жирний бюджет, ви можете ліцензувати власний процесор від ARM або одного з його конкурентів і самостійно посилити його відповідно до своїх температурних характеристик. Це відоме як підхід до власних інструментів (COT). При необхідності ви можете також ліцензувати контролер пам'яті IP та периферійні пристрої. Альтернативою було б звернутися до виробника, який спеціалізується на налаштуваннях, і попросити їх попередньо кваліфікувати необхідний продукт у розширеному діапазоні температур.

Виробник, який виконує налаштування, матиме доступ до всіх баз даних CAD, необхідних для перевірки чіпа. Тоді справа в тому, щоб відновлювати дизайн при більш низькій температурі. Однак вони можуть залежати від другого постачальника для характеристики кремнію при температурі, що перевищує звичайний діапазон. Для цього потрібен широкий спектр моделювання SPICE та пов'язані з ними експерименти щодо характеристики бібліотеки, які можуть бути поза сферою того, що вони готові зробити для всіх, крім найбільшого замовника. У рамках цього процесу попередньо згаданий термострім може бути використаний для перевірки того, що розділені партії все ще проходять свої тестові вектори при низькій заданій вами температурі. Це також може призвести до втрати врожаю, про що йдеться в інших відповідях.