Поиск скрытых резервов современных микросхем.
Часть 3

№ 2’2016
PDF версия
Это третья статья из цикла о применении электронных компонентов за пределами температурного диапазона, заявленного производителем. Начало цикла опубликовано в [1] и [2].

В первых двух статьях нашего цикла мы описали постановку задачи. Вкратце она сводится к следующему. Современная электронная промышленность достигла огромных успехов в создании и производстве высококачественных и многофункциональных компонентов. Но основная часть электронной техники работает в довольно комфортной обстановке: в теплых и сухих помещениях или, например, в карманах своих хозяев. Поэтому массово выпускаемые электронные компоненты неизбежно рассчитаны на работу в таких условиях. Компоненты, предназначенные для жесткой эксплуатации, тоже существуют, но их выбор несопоставимо меньше, они стоят очень дорого, а главное — их возможности не столь широки, как у современных компонентов обычного применения.

Сегодня никто уже не может обходиться без электроники, функционирующей в экстремально тяжелых условиях — в аппаратуре для управления высокотемпературными технологическими процессами, для бурения глубоких скважин, в военной и аэрокосмической технике. Поэтому действуют и непрерывно совершенствуются методики расчетов и исследований, позволяющих применять электронные компоненты за пределами эксплуатационных рамок, заявленных производителями.

Чаще всего требуется работа компонента за пределами указанного в спецификации диапазона температур. В начале нашего цикла мы описали конкретную задачу: использование микросхемы программируемой логики (ПЛИС) в составе анализатора качества топливовоздушной смеси двигателя внутреннего сгорания. Устройство было создано, успешно прошло испытания, в ходе которых выяснилось, что его перспективы намного возрастут, если оно будет способно кратковременно работать за пределами заявленного температурного диапазона Automotive –40…+125 °С, а именно при температурах –50 и +135 °С.

Поэтому мы решили выяснить, возможно ли использовать наше изделие за пределами гарантированного производителем температурного диапазона. Теоретические изыскания показали, что скорее да, чем нет. Осталось подтвердить эту версию экспериментально. Для исследования работоспособности ПЛИС в расширенном диапазоне температур была разработана методика электрического тестирования, которая позволяет оценить вклад различных структур ПЛИС (блоков ввода/вывода, логических ячеек, триггеров) в изменение задержки распространения сигналов. В ходе эксперимента был сделан стенд для исследования изменений задержек прохождения сигналов в ПЛИС в зависимости от температуры [2]. Стенд состоит из двух идентичных модулей: один работает при комнатной температуре — эталонный, а другой помещен в термокамеру — тестовый. На оба модуля подается один и тот же тестовый сигнал. Сигналы с выходов модулей направляются на вход осциллографа, чтобы измерить задержку распространения сигнала в тестовом модуле относительно эталонного.

В архитектуре ПЛИС следует выделить ряд групп функциональных элементов, реакция которых на воздействие экстремальных температур может существенно различаться. Такими функциональными элементами на взгляд авторов в общем случае являются:

  • комбинаторная логика;
  • триггеры;
  • блоки ввода/вывода;
  • блоки умножения частоты.

В связи с наличием указанных групп программное обеспечение ПЛИС для проведения эксперимента содержит ряд блоков для оценки воздействия экстремальной температуры на различные группы функциональных элементов:

  1. Блок тестирования Direct — простейшая цепочка из входного и выходного буферов. Сигнал с выхода входного буфера подается на вход выходного буфера и на входы остальных четырех блоков тестирования.
  2. Блок тестирования Combi_0 — семнадцать звеньев комбинаторной логики AND2B.
  3. Блок тестирования Fliplop_0 — двадцать последовательно включенных триггеров DFC1E, где выход QN предыдущего триггера соединен с входом CLK последующего.
  4. Блок тестирования Counter20 — двадцатиразрядный счетчик.
  5. Блок тестирования IO_0 — одиннадцать звеньев, состоящих из входного и выходного буферов. Объединение звеньев в цепочку выполняется перемычками на печатной плате.

Выбор того, какой из выходных сигналов одного из четырех блоков тестирования окажется на выходном контакте ПЛИС, осуществляется мультиплексором внутри ПЛИС. Вывод сигнала Direct — цепочки входного и выходного буферов на выход модуля — выполняется перемычками по плате.

Для проведения термоиспытаний были выбраны семейства микросхем, данные о задержках распространения сигналов внутри которых при воздействии экстремальных температур представляются наиболее интересными. Выбранные для проведения эксперимента семейства и микросхемы указаны в таблице 1.

Таблица 1. Выбранные для проведения эксперимента семейства и микросхемы

Технология производства

Семейство ПЛИС

Наименование

Рабочий температурный диапазон по спецификации, °С

1

Antifuse

eX64

eX64-TQ100A

–40…+125

2

eX256

eX256-TQ100A

3

A54SX32A

A54SX32A-PQ208A

Микросхемы указанных семейств широко используются в составе аппаратуры, предназначенной для работы в жестких условиях.

В ходе эксперимента температура в термокамере меняется в широких пределах, при этом фиксируется изменение временной задержки сигнала тестового модуля относительно сигнала эталонного модуля в зависимости от температуры в термокамере. В случае сбоя в работе тестового модуля фиксируется температура, при которой произошел сбой.

Эксперимент показал, что ПЛИС eX64‑TQ100A с заявленным рабочим температурным диапазоном –40…+125 °С прекрасно работает в диапазоне температур –59…+150 °C. Задержек/опережений сигнала нагреваемой ПЛИС относительно ПЛИС, работавшей при комнатной температуре, замечено не было. При температуре +151 °C произошел отказ тестовой платы из-за срабатывания схемы защиты от перегрева преобразователя напряжения ADP3335ARM‑3,3.

Для проведения испытания при температурах выше +150 °C схема питания модулей на основе ПЛИС eX256‑TQ100A и A54SX32A-PQ208A была изменена: собственные преобразователи напряжения в тестовом модуле отключены, а питающие напряжения на тестовый модуль поданы с эталонного модуля.

В результате фактический рабочий температурный диапазон тестового модуля в области высоких температур увеличился еще приблизительно на 30 °C. Сравнение заявленного производителем температурного диапазона с рабочим температурным диапазоном, полученным в ходе проведения термоиспытаний, представлено в таблице 2.

Таблица 2. Сравнение заявленного производителем температурного диапазона с рабочим температурным диапазоном, полученным в ходе проведения термоиспытаний

Технология производства

Наименование ПЛИС (PartNumber)

Рабочий температурный диапазон по спецификации, °С

Рабочий температурный диапазон по результатам термоиспытаний, °С

1

Antifuse

eX64-TQ100A

–40…+125

–59…+150

2

eX256-TQ100A

–59…+178 — триггеры

–59…+220 — комбинаторная логика

3

A54SX32A-PQ208A

–59…+177

Экспериментально определить температуру отказа ПЛИС в результате воздействия низких температур в ходе проведения испытаний не удалось — возможности оборудования позволяют охладить испытываемые модули только до температуры –59 °С. Указанное значение температуры находится за пределами рабочего температурного диапазона всех испытанных нами микросхем, однако ни одного сбоя или изменений параметров тестового сигнала при воздействии экстремально низких температур в ходе экспериментов выявлено не было.

В процессе экспериментов выявлены отказы микросхем при воздействии высоких температур. Причем отказы ПЛИС в результате воздействия высоких температур проявлялись по-разному, в зависимости от семейства ПЛИС. У микросхем семейства AX отказ различных функциональных блоков (комбинаторная логика, триггеры, блоки ввода/вывода) происходил при различных температурах: от +180 (триггеры) до +220 °С и выше (блоки ввода/вывода). У микросхем семейства eX отказ всех функциональных блоков происходил в узком температурном диапазоне +178…+182 °С.

Несмотря на различия в вариантах проявления отказов, у микросхем различных семейств явно просматривается пороговая температура «сверху», при достижении которой отказы начинают резко проявляться. По результатам проведенных экспериментов, для семейств микросхем, прошедших испытания, эта температура составляет (+180 ±3) °С.

Очевидно, что срок службы микросхемы при работе в среде с экстремально низкой/высокой температурой может существенно сократиться. Однако есть задачи, для которых наиболее важным является не длительный срок функционирования при экстремальной температуре, а просто сам факт наличия такой возможности. Время, в течение которого ПЛИС может сохранять работоспособность при данной температуре, будет зависеть от множества факторов, таких как сложность FPGA-дизайна, системная частота, состав и плотность расположения элементов устройства на печатной плате, их тепловыделение, и может быть установлено при испытаниях в составе целевой аппаратуры.

xosotin chelseathông tin chuyển nhượngcâu lạc bộ bóng đá arsenalbóng đá atalantabundesligacầu thủ haalandUEFAevertonxosofutebol ao vivofutemaxmulticanaisonbetbóng đá world cupbóng đá inter milantin juventusbenzemala ligaclb leicester cityMUman citymessi lionelsalahnapolineymarpsgronaldoserie atottenhamvalenciaAS ROMALeverkusenac milanmbappenapolinewcastleaston villaliverpoolfa cupreal madridpremier leagueAjaxbao bong da247EPLbarcelonabournemouthaff cupasean footballbên lề sân cỏbáo bóng đá mớibóng đá cúp thế giớitin bóng đá ViệtUEFAbáo bóng đá việt namHuyền thoại bóng đágiải ngoại hạng anhSeagametap chi bong da the gioitin bong da lutrận đấu hôm nayviệt nam bóng đátin nong bong daBóng đá nữthể thao 7m24h bóng đábóng đá hôm naythe thao ngoai hang anhtin nhanh bóng đáphòng thay đồ bóng đábóng đá phủikèo nhà cái onbetbóng đá lu 2thông tin phòng thay đồthe thao vuaapp đánh lô đềdudoanxosoxổ số giải đặc biệthôm nay xổ sốkèo đẹp hôm nayketquaxosokq xskqxsmnsoi cầu ba miềnsoi cau thong kesxkt hôm naythế giới xổ sốxổ số 24hxo.soxoso3mienxo so ba mienxoso dac bietxosodientoanxổ số dự đoánvé số chiều xổxoso ket quaxosokienthietxoso kq hôm nayxoso ktxổ số megaxổ số mới nhất hôm nayxoso truc tiepxoso ViệtSX3MIENxs dự đoánxs mien bac hom nayxs miên namxsmientrungxsmn thu 7con số may mắn hôm nayKQXS 3 miền Bắc Trung Nam Nhanhdự đoán xổ số 3 miềndò vé sốdu doan xo so hom nayket qua xo xoket qua xo so.vntrúng thưởng xo sokq xoso trực tiếpket qua xskqxs 247số miền nams0x0 mienbacxosobamien hôm naysố đẹp hôm naysố đẹp trực tuyếnnuôi số đẹpxo so hom quaxoso ketquaxstruc tiep hom nayxổ số kiến thiết trực tiếpxổ số kq hôm nayso xo kq trực tuyenkết quả xổ số miền bắc trực tiếpxo so miền namxổ số miền nam trực tiếptrực tiếp xổ số hôm nayket wa xsKQ XOSOxoso onlinexo so truc tiep hom nayxsttso mien bac trong ngàyKQXS3Msố so mien bacdu doan xo so onlinedu doan cau loxổ số kenokqxs vnKQXOSOKQXS hôm naytrực tiếp kết quả xổ số ba miềncap lo dep nhat hom naysoi cầu chuẩn hôm nayso ket qua xo soXem kết quả xổ số nhanh nhấtSX3MIENXSMB chủ nhậtKQXSMNkết quả mở giải trực tuyếnGiờ vàng chốt số OnlineĐánh Đề Con Gìdò số miền namdò vé số hôm nayso mo so debach thủ lô đẹp nhất hôm naycầu đề hôm naykết quả xổ số kiến thiết toàn quốccau dep 88xsmb rong bach kimket qua xs 2023dự đoán xổ số hàng ngàyBạch thủ đề miền BắcSoi Cầu MB thần tàisoi cau vip 247soi cầu tốtsoi cầu miễn phísoi cau mb vipxsmb hom nayxs vietlottxsmn hôm naycầu lô đẹpthống kê lô kép xổ số miền Bắcquay thử xsmnxổ số thần tàiQuay thử XSMTxổ số chiều nayxo so mien nam hom nayweb đánh lô đề trực tuyến uy tínKQXS hôm nayxsmb ngày hôm nayXSMT chủ nhậtxổ số Power 6/55KQXS A trúng roycao thủ chốt sốbảng xổ số đặc biệtsoi cầu 247 vipsoi cầu wap 666Soi cầu miễn phí 888 VIPSoi Cau Chuan MBđộc thủ desố miền bắcthần tài cho sốKết quả xổ số thần tàiXem trực tiếp xổ sốXIN SỐ THẦN TÀI THỔ ĐỊACầu lô số đẹplô đẹp vip 24hsoi cầu miễn phí 888xổ số kiến thiết chiều nayXSMN thứ 7 hàng tuầnKết quả Xổ số Hồ Chí Minhnhà cái xổ số Việt NamXổ Số Đại PhátXổ số mới nhất Hôm Nayso xo mb hom nayxxmb88quay thu mbXo so Minh ChinhXS Minh Ngọc trực tiếp hôm nayXSMN 88XSTDxs than taixổ số UY TIN NHẤTxs vietlott 88SOI CẦU SIÊU CHUẨNSoiCauVietlô đẹp hôm nay vipket qua so xo hom naykqxsmb 30 ngàydự đoán xổ số 3 miềnSoi cầu 3 càng chuẩn xácbạch thủ lônuoi lo chuanbắt lô chuẩn theo ngàykq xo-solô 3 càngnuôi lô đề siêu vipcầu Lô Xiên XSMBđề về bao nhiêuSoi cầu x3xổ số kiến thiết ngày hôm nayquay thử xsmttruc tiep kết quả sxmntrực tiếp miền bắckết quả xổ số chấm vnbảng xs đặc biệt năm 2023soi cau xsmbxổ số hà nội hôm naysxmtxsmt hôm nayxs truc tiep mbketqua xo so onlinekqxs onlinexo số hôm nayXS3MTin xs hôm nayxsmn thu2XSMN hom nayxổ số miền bắc trực tiếp hôm naySO XOxsmbsxmn hôm nay188betlink188 xo sosoi cầu vip 88lô tô việtsoi lô việtXS247xs ba miềnchốt lô đẹp nhất hôm naychốt số xsmbCHƠI LÔ TÔsoi cau mn hom naychốt lô chuẩndu doan sxmtdự đoán xổ số onlinerồng bạch kim chốt 3 càng miễn phí hôm naythống kê lô gan miền bắcdàn đề lôCầu Kèo Đặc Biệtchốt cầu may mắnkết quả xổ số miền bắc hômSoi cầu vàng 777thẻ bài onlinedu doan mn 888soi cầu miền nam vipsoi cầu mt vipdàn de hôm nay7 cao thủ chốt sốsoi cau mien phi 7777 cao thủ chốt số nức tiếng3 càng miền bắcrồng bạch kim 777dàn de bất bạion newsddxsmn188betw88w88789bettf88sin88suvipsunwintf88five8812betsv88vn88Top 10 nhà cái uy tínsky88iwinlucky88nhacaisin88oxbetm88vn88w88789betiwinf8betrio66rio66lucky88oxbetvn88188bet789betMay-88five88one88sin88bk88xbetoxbetMU88188BETSV88RIO66ONBET88188betM88M88SV88Jun-68Jun-88one88iwinv9betw388OXBETw388w388onbetonbetonbetonbet88onbet88onbet88onbet88onbetonbetonbetonbetqh88mu88Nhà cái uy tínpog79vp777vp777vipbetvipbetuk88uk88typhu88typhu88tk88tk88sm66sm66me88me888live8live8livesm66me88win798livesm66me88win79pog79pog79vp777vp777uk88uk88tk88tk88luck8luck8kingbet86kingbet86k188k188hr99hr99123b8xbetvnvipbetsv66zbettaisunwin-vntyphu88vn138vwinvwinvi68ee881xbetrio66zbetvn138i9betvipfi88clubcf68onbet88ee88typhu88onbetonbetkhuyenmai12bet-moblie12betmoblietaimienphi247vi68clupcf68clupvipbeti9betqh88onb123onbefsoi cầunổ hũbắn cáđá gàđá gàgame bàicasinosoi cầuxóc đĩagame bàigiải mã giấc mơbầu cuaslot gamecasinonổ hủdàn đềBắn cácasinodàn đềnổ hũtài xỉuslot gamecasinobắn cáđá gàgame bàithể thaogame bàisoi cầukqsssoi cầucờ tướngbắn cágame bàixóc đĩaAG百家乐AG百家乐AG真人AG真人爱游戏华体会华体会im体育kok体育开云体育开云体育开云体育乐鱼体育乐鱼体育欧宝体育ob体育亚博体育亚博体育亚博体育亚博体育亚博体育亚博体育开云体育开云体育棋牌棋牌沙巴体育买球平台新葡京娱乐开云体育mu88qh88
Литература
  1. Иоффе Д., Поздняков П. Поиск скрытых резервов современных микросхем. Часть 1 // Компоненты и технологии. 2015. № 4.
  2. Иоффе Д., Поздняков П. Поиск скрытых резервов современных микросхем. Часть 2 // Компоненты и технологии. 2015. № 5.
  3. Отказ ПЛИС в режиме работы «20‑разрядный счетчик» при температуре +179 °С. drive.google.com/open?id=0B6gJ23CPBznKeWdYMlJ5MlJGZFU/ссылка утрачена/

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *