進(jìn)入新時(shí)代以來許多人都說世界變小了?是真的變小了嗎,當(dāng)然不是的,我們所處的世界依然很大,大到一輩子都走不完.之所以說變小了,是因?yàn)槿藗兊穆?lián)系變得密切了,即使他在地球的另一邊,你在地球的這邊,都可以通過智能手機(jī),平板和電腦視頻和語(yǔ)音電話見到對(duì)方和暢通交談.我們擁有無數(shù)種電子零配件,它們就像人體組織和器官,組合后成為一個(gè)完整的’產(chǎn)品’.常見的電子元器件有石英晶振,二/三極管,實(shí)時(shí)時(shí)鐘,電容電阻,傳感器,電感等,EM Research主打的產(chǎn)品是各種石英晶體振蕩器,接下來看看EM Research公司是如何在極其惡劣的環(huán)境下,維持確保晶振的性能穩(wěn)定的.
每個(gè)任務(wù)和項(xiàng)目都有一系列獨(dú)特的挑戰(zhàn).商用現(xiàn)成組件有時(shí)可提供合適的帶寬,占用空間或功耗水平.通常,這些低成本解決方案似乎已足夠.即使它們是經(jīng)濟(jì)的,現(xiàn)成的產(chǎn)品也不是針對(duì)特定的環(huán)境挑戰(zhàn)而設(shè)計(jì)的.他們根本無法在野外生存.在EM晶振公司里,我們?cè)O(shè)計(jì)的解決方案滿足嚴(yán)格的性能要求,同時(shí)承受最嚴(yán)峻的環(huán)境挑戰(zhàn).我們的解決方案在野外茁壯成長(zhǎng).以下文章概述了在為項(xiàng)目起草規(guī)范時(shí)要考慮的環(huán)境因素的細(xì)節(jié),以及在苛刻條件下確保性能有效的常用技術(shù).閱讀之后,您將更好地了解如何規(guī)劃下一個(gè)項(xiàng)目,以及對(duì)加強(qiáng)通信系統(tǒng)所需步驟的新認(rèn)識(shí).

為了開發(fā)出能夠在上述任何情況下正常運(yùn)行的解決方案,首先要評(píng)估環(huán)境條件的范圍和范圍.除了評(píng)估系統(tǒng)的技術(shù)要求之外,還需要進(jìn)行環(huán)境分析.接下來是評(píng)估環(huán)境因素時(shí)要考慮的常用標(biāo)準(zhǔn).
出版標(biāo)準(zhǔn):
Mil-Standards是測(cè)量沖擊和振動(dòng)容差的最常見和廣泛接受的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).例如,MIL-STD-810F,方法514.5包含許多關(guān)于振動(dòng)的具體細(xì)節(jié),包括用于各種實(shí)際裝置的特定振動(dòng)暴露-公路卡車,履帶式車輛,噴氣式飛機(jī),直升機(jī)等.同樣,可以定義沖擊環(huán)境使用MIL-STD-202G,測(cè)試方法213B.或者,MIL-STD-810F,方法515.5詳盡地詳細(xì)說明了許多不同級(jí)別的沖擊并進(jìn)行了相應(yīng)的討論.將納入產(chǎn)品規(guī)范的環(huán)境容差測(cè)量示例為:’MIL-STD-202G,測(cè)試方法214A,測(cè)試條件1-一個(gè).’在EMResearch,我們?cè)O(shè)計(jì)每種晶振以滿足客戶的特定項(xiàng)目要求.一旦我們收到環(huán)境容差要求的具體信息,我們就會(huì)評(píng)估并制定計(jì)劃,以便相應(yīng)地加固產(chǎn)品.這就是創(chuàng)新發(fā)生的地方.
如何衡量環(huán)境公差:
當(dāng)然很難預(yù)測(cè)所有可能的情況,特別是對(duì)于移動(dòng)中的系統(tǒng),無論是空中,車載還是船上.但是,有明確的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議來衡量預(yù)期的環(huán)境容忍度.振動(dòng)和沖擊暴露是在加固系統(tǒng)時(shí)必須考慮的最常見的公差之一.
設(shè)計(jì)
首先,我們的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)評(píng)估要求,以確定哪些環(huán)境因素會(huì)對(duì)性能產(chǎn)生負(fù)面影響.因素包括溫度范圍,流動(dòng)性,暴露于液體或腐蝕性物質(zhì)以及各種振動(dòng)和壓力水平.我們必須了解哪些因素最為關(guān)鍵,因此我們能夠優(yōu)先考慮加固策略.有了這些知識(shí),我們可以選擇合適的SMD晶振材料-金屬,電路板基座,封裝類型等-以適應(yīng)必要的加固.
正確的解決方案需要滿足特定的性能和環(huán)境容差.既不需要也不需要.例如,使用較厚的外殼來減少振動(dòng)的解決方案必然比具有相同外部尺寸的較薄外殼具有更大的質(zhì)量.更大的質(zhì)量會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng),并可能影響平衡,燃料需求,功耗和許多其他因素.我們的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)首先致力于了解這些細(xì)節(jié),以實(shí)現(xiàn)所需的性能和耐用性.
溫度
當(dāng)材料變冷時(shí),它們會(huì)收縮.當(dāng)它變熱時(shí),它們會(huì)膨脹.它是簡(jiǎn)單的物理學(xué),但具有重大影響.用于印刷電路板,部件緊固件和涂層的塑料在極冷時(shí)會(huì)變脆并且開裂.相反,由于陽(yáng)光,發(fā)動(dòng)機(jī)熱量,燃燒或摩擦,產(chǎn)品環(huán)境中的環(huán)境熱量可以改變結(jié)構(gòu)完整性和技術(shù)性能.為了解決這些問題,選擇具有與環(huán)境條件匹配的特定公差的組件.當(dāng)為系統(tǒng)選擇組件時(shí),會(huì)考慮諸如溫度耗散,熱PCB路徑分析和功率性能等因素.
仔細(xì)關(guān)注系統(tǒng)中各個(gè)組件的分布可以顯著減輕熱量積累.相反,可以有意地對(duì)一些組件進(jìn)行分組,并且管理熱路徑,使得熱量有意地在非常冷的操作環(huán)境中收集并保持目標(biāo)電路溫暖.由于電子設(shè)備在高溫下運(yùn)行時(shí)往往會(huì)加速老化,因此仔細(xì)選擇石英晶體諧振器,系統(tǒng)設(shè)計(jì)/布置和制造組件對(duì)于確保高溫環(huán)境下的長(zhǎng)使用壽命至關(guān)重要.
工程
一旦設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)開發(fā)了需求框架和初始產(chǎn)品計(jì)劃,工程師就可以使其工作.有時(shí)-特別是在開發(fā)以前不存在的新系統(tǒng)時(shí)-工程以滿足性能條件似乎是一個(gè)不可能的挑戰(zhàn).這是理解環(huán)境因素優(yōu)先權(quán)再次發(fā)揮作用的地方.工程團(tuán)隊(duì)必須考慮每個(gè)組件的公差,從所用金屬的類型和重量,到印刷電路板中材料的密度,到所需的連接器類型.任何數(shù)量的因素都可能影響系統(tǒng)的性能,如果不正確,會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)故障.
射頻,機(jī)械和電氣工程師協(xié)作并仔細(xì)考慮材料的技術(shù)要求和特性,以創(chuàng)建新系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)模型.這些數(shù)字藍(lán)圖為制造業(yè)提供了清晰的路線圖.
制造業(yè)
制造質(zhì)量保證對(duì)于確保環(huán)境壓力下的性能至關(guān)重要.如果設(shè)計(jì)和工程已經(jīng)成功地解決了紙上的加固挑戰(zhàn),那么就要確保系統(tǒng)按照規(guī)范制造并經(jīng)過測(cè)試才能完成.在EM Research,我們的內(nèi)部制造團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了我們?cè)O(shè)計(jì)的100％產(chǎn)品.我們20,000平方英尺的制造工廠通過ISO-9001:2008認(rèn)證,并通過IPC認(rèn)證,質(zhì)量和工藝.
最先進(jìn)的制造技術(shù),包括用于大批量元件放置的Mydata My9和My 100貼片機(jī),使我們能夠生產(chǎn)大批量產(chǎn)品,以及有限或一次性運(yùn)行.通常,任務(wù)關(guān)鍵型應(yīng)用程序需要堅(jiān)固耐用的解決方案,并且需要在現(xiàn)場(chǎng)快速完成.設(shè)計(jì),工程和制造的協(xié)作工作流程有助于確保最重要的高效和及時(shí)生產(chǎn).
鎖相環(huán)優(yōu)化電氣的改進(jìn)
流程也是一個(gè)非常重要的考慮因素.鎖相環(huán)(PLL)優(yōu)化允許鎖相振蕩器(PLO)或頻率合成器在惡劣環(huán)境中正常工作.PLL是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng),意味著電路不斷查看輸出和輸入并使計(jì)算調(diào)整保持鎖相-類似于緊繩索測(cè)試儀的平衡,并不斷進(jìn)行小的重量調(diào)整以保持直立.保持鎖相的持續(xù)調(diào)整是必要的,因?yàn)橹T如溫度變化,物理沖擊和物理振動(dòng)之類的外部影響都會(huì)引起頻率誤差.如果PLL電路未經(jīng)過優(yōu)化以隨著溫度和貼片振蕩器振動(dòng)條件的變化而不斷調(diào)整,則頻率將被解鎖,這可能導(dǎo)致較大系統(tǒng)的故障.
液體暴露
接觸液體,即使是那些看似無害的液體,也可能具有腐蝕性,導(dǎo)致嚴(yán)重的性能損失,甚至破壞電子系統(tǒng).此外,液體的存在會(huì)加劇溫度和壓力的影響.然而,暴露于液體是一個(gè)共同的挑戰(zhàn),我們已經(jīng)開發(fā)出高效的加固技術(shù).防止液體暴露電子故障的最有效方法是完全防止暴露.系統(tǒng)的外殼必須使用墊圈,環(huán)氧樹脂密封,特殊涂料或在最極端的情況下-氣密密封制成液體.涂層的策略和水平取決于系統(tǒng)是否將暴露,浸沒或浸沒,以及流體本身的性質(zhì).即使通過一種或多種上述方法防止流體滲入產(chǎn)品的外殼,外殼的外表面和任何輸入/輸出連接器仍必須能夠承受直接暴露.這可能需要使用特殊的液密連接器和外部鍍層,其對(duì)環(huán)境所具有的任何腐蝕性具有化學(xué)抗性.
有些相關(guān)的是暴露于固體污染物,包括但不限于沙子,污垢,灰塵和生物污染物,如真菌,細(xì)菌甚至昆蟲.許多用于液體暴露的相同方法可用于防止固體侵入,但由于固體的潛在磨蝕性存在一些額外的挑戰(zhàn).Sandis特別具有磨蝕性,可能需要較厚的外層或由更耐刮擦材料組成的外層.關(guān)于液體/固體暴露的最后注釋是產(chǎn)品標(biāo)記在最終環(huán)境投入產(chǎn)品的任何物質(zhì)暴露下保持清晰的重要性.雖然是次要的實(shí)際產(chǎn)品功能,但通過耐化學(xué)性標(biāo)簽,激光打標(biāo)或耐刮擦雕刻標(biāo)記來保持清晰的產(chǎn)品標(biāo)記對(duì)于保持產(chǎn)品的整體質(zhì)量和可用性非常重要.
長(zhǎng)期生存
通常,我們被要求設(shè)計(jì)將存在于極端偏遠(yuǎn)環(huán)境中的系統(tǒng)中的組件.維護(hù)工作最多也不常見,組件可能暴露在極端天氣下.這些系統(tǒng)必須堅(jiān)固耐用,不僅能夠承受環(huán)境壓力,而且EM晶振能夠經(jīng)受長(zhǎng)時(shí)間的操作-通常是幾十年-不間斷,不會(huì)失敗.確保長(zhǎng)期生存能力,有時(shí)稱為平均故障間隔時(shí)間或平均故障時(shí)間(MTBF,MTTF),需要集成溫度,液體和振動(dòng)技術(shù).材料和單個(gè)部件的質(zhì)量,公差和額定值至關(guān)重要,正確的密封至關(guān)重要.必須完成適當(dāng)?shù)臏y(cè)試,以盡可能復(fù)制環(huán)境條件,并進(jìn)行質(zhì)量保證以驗(yàn)證施工.
振動(dòng)/沖擊
航空航天和國(guó)防的許多應(yīng)用-那些將以高速行駛,穿越崎嶇地形的應(yīng)用-需要特別保護(hù)以防止物理創(chuàng)傷.振動(dòng)從“低速和慢速”到快速且一致的色域.發(fā)動(dòng)機(jī)在一致頻率下的機(jī)械嗡嗡聲會(huì)導(dǎo)致振動(dòng)損壞.同樣,碰撞或IED的一次性影響可能使系統(tǒng)無用.為了考慮振動(dòng)和沖擊耐受性,我們首先使用上面步驟1中概述的方法進(jìn)行振動(dòng)剖面分析.由此我們確定系統(tǒng)是否必須加固以承受快速加速,沖擊或一致的頻率.可以使用諸如機(jī)械增強(qiáng),較重的部件或較不柔軟的材料的方法.包裝內(nèi)外的環(huán)氧增強(qiáng)材料提供額外的振動(dòng)保護(hù).
振動(dòng)/沖擊增強(qiáng)在很大程度上是“使產(chǎn)品不太靈活”的問題,因?yàn)閺澢鷷?huì)對(duì)電路板造成物理?yè)p壞或?qū)е聠蝹€(gè)電子元件破裂或斷開PCB.然而,如果不仔細(xì)接近,即使這種咒語(yǔ)“使它變得更強(qiáng)/更硬”也會(huì)成為問題.剛性物體具有機(jī)械共振頻率,物體越大,共振頻率越低.這是允許某些聲音碎片粉碎玻璃的原理.需要小心注意,以使成品不具有將在安裝平臺(tái)的振動(dòng)輪廓中存在的任何共振頻率.減振/減震的另一種方法是使用某種運(yùn)動(dòng)阻尼支架.如果使用諸如橡膠隔離器的柔性構(gòu)件將產(chǎn)品(或產(chǎn)品的子部分)附接到較大系統(tǒng),則可以減少?gòu)妮^大系統(tǒng)到子部分的振動(dòng)/沖擊運(yùn)動(dòng)的傳遞.這與減震器在崎嶇不平的道路上駕駛汽車更加舒適的方式相同.

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