进入新时代以来许多人都说世界变小了?是真的变小了吗,当然不是的,我们所处的世界依然很大,大到一辈子都走不完.之所以说变小了,是因为人们的联系变得密切了,即使他在地球的另一边,你在地球的这边,都可以通过智能手机,平板和电脑视频和语音电话见到对方和畅通交谈.我们拥有无数种电子零配件,它们就像人体组织和器官,组合后成为一个完整的’产品’.常见的电子元器件有石英晶振,二/三极管,实时时钟,电容电阻,传感器,电感等,EM Research主打的产品是各种石英晶体振荡器,接下来看看EM Research公司是如何在极其恶劣的环境下,维持确保晶振的性能稳定的.
每个任务和项目都有一系列独特的挑战.商用现成组件有时可提供合适的带宽,占用空间或功耗水平.通常,这些低成本解决方案似乎已足够.即使它们是经济的,现成的产品也不是针对特定的环境挑战而设计的.他们根本无法在野外生存.在EM晶振公司里,我们设计的解决方案满足严格的性能要求,同时承受最严峻的环境挑战.我们的解决方案在野外茁壮成长.以下文章概述了在为项目起草规范时要考虑的环境因素的细节,以及在苛刻条件下确保性能有效的常用技术.阅读之后,您将更好地了解如何规划下一个项目,以及对加强通信系统所需步骤的新认识.

为了开发出能够在上述任何情况下正常运行的解决方案,首先要评估环境条件的范围和范围.除了评估系统的技术要求之外,还需要进行环境分析.接下来是评估环境因素时要考虑的常用标准.
出版标准:
Mil-Standards是测量冲击和振动容差的最常见和广泛接受的行业标准.例如,MIL-STD-810F,方法514.5包含许多关于振动的具体细节,包括用于各种实际装置的特定振动暴露-公路卡车,履带式车辆,喷气式飞机,直升机等.同样,可以定义冲击环境使用MIL-STD-202G,测试方法213B.或者,MIL-STD-810F,方法515.5详尽地详细说明了许多不同级别的冲击并进行了相应的讨论.将纳入产品规范的环境容差测量示例为:’MIL-STD-202G,测试方法214A,测试条件1-一个.’在EMResearch,我们设计每种晶振以满足客户的特定项目要求.一旦我们收到环境容差要求的具体信息,我们就会评估并制定计划,以便相应地加固产品.这就是创新发生的地方.
如何衡量环境公差:
当然很难预测所有可能的情况,特别是对于移动中的系统,无论是空中,车载还是船上.但是,有明确的标准和协议来衡量预期的环境容忍度.振动和冲击暴露是在加固系统时必须考虑的最常见的公差之一.
设计
首先,我们的设计团队评估要求,以确定哪些环境因素会对性能产生负面影响.因素包括温度范围,流动性,暴露于液体或腐蚀性物质以及各种振动和压力水平.我们必须了解哪些因素最为关键,因此我们能够优先考虑加固策略.有了这些知识,我们可以选择合适的SMD晶振材料-金属,电路板基座,封装类型等-以适应必要的加固.
正确的解决方案需要满足特定的性能和环境容差.既不需要也不需要.例如,使用较厚的外壳来减少振动的解决方案必然比具有相同外部尺寸的较薄外壳具有更大的质量.更大的质量会影响整个系统,并可能影响平衡,燃料需求,功耗和许多其他因素.我们的设计团队首先致力于了解这些细节,以实现所需的性能和耐用性.
温度
当材料变冷时,它们会收缩.当它变热时,它们会膨胀.它是简单的物理学,但具有重大影响.用于印刷电路板,部件紧固件和涂层的塑料在极冷时会变脆并且开裂.相反,由于阳光,发动机热量,燃烧或摩擦,产品环境中的环境热量可以改变结构完整性和技术性能.为了解决这些问题,选择具有与环境条件匹配的特定公差的组件.当为系统选择组件时,会考虑诸如温度耗散,热PCB路径分析和功率性能等因素.
仔细关注系统中各个组件的分布可以显着减轻热量积累.相反,可以有意地对一些组件进行分组,并且管理热路径,使得热量有意地在非常冷的操作环境中收集并保持目标电路温暖.由于电子设备在高温下运行时往往会加速老化,因此仔细选择石英晶体谐振器,系统设计/布置和制造组件对于确保高温环境下的长使用寿命至关重要.
工程
一旦设计团队开发了需求框架和初始产品计划,工程师就可以使其工作.有时-特别是在开发以前不存在的新系统时-工程以满足性能条件似乎是一个不可能的挑战.这是理解环境因素优先权再次发挥作用的地方.工程团队必须考虑每个组件的公差,从所用金属的类型和重量,到印刷电路板中材料的密度,到所需的连接器类型.任何数量的因素都可能影响系统的性能,如果不正确,会导致系统故障.
射频,机械和电气工程师协作并仔细考虑材料的技术要求和特性,以创建新系统的计算机模型.这些数字蓝图为制造业提供了清晰的路线图.
制造业
制造质量保证对于确保环境压力下的性能至关重要.如果设计和工程已经成功地解决了纸上的加固挑战,那么就要确保系统按照规范制造并经过测试才能完成.在EM Research,我们的内部制造团队构建了我们设计的100％产品.我们20,000平方英尺的制造工厂通过ISO-9001:2008认证,并通过IPC认证,质量和工艺.
最先进的制造技术,包括用于大批量元件放置的Mydata My9和My 100贴片机,使我们能够生产大批量产品,以及有限或一次性运行.通常,任务关键型应用程序需要坚固耐用的解决方案,并且需要在现场快速完成.设计,工程和制造的协作工作流程有助于确保最重要的高效和及时生产.
锁相环优化电气的改进
流程也是一个非常重要的考虑因素.锁相环(PLL)优化允许锁相振荡器(PLO)或频率合成器在恶劣环境中正常工作.PLL是一个闭环控制系统,意味着电路不断查看输出和输入并使计算调整保持锁相-类似于紧绳索测试仪的平衡,并不断进行小的重量调整以保持直立.保持锁相的持续调整是必要的,因为诸如温度变化,物理冲击和物理振动之类的外部影响都会引起频率误差.如果PLL电路未经过优化以随着温度和贴片振荡器振动条件的变化而不断调整,则频率将被解锁,这可能导致较大系统的故障.
液体暴露
接触液体,即使是那些看似无害的液体,也可能具有腐蚀性,导致严重的性能损失,甚至破坏电子系统.此外,液体的存在会加剧温度和压力的影响.然而,暴露于液体是一个共同的挑战,我们已经开发出高效的加固技术.防止液体暴露电子故障的最有效方法是完全防止暴露.系统的外壳必须使用垫圈,环氧树脂密封,特殊涂料或在最极端的情况下-气密密封制成液体.涂层的策略和水平取决于系统是否将暴露,浸没或浸没,以及流体本身的性质.即使通过一种或多种上述方法防止流体渗入产品的外壳,外壳的外表面和任何输入/输出连接器仍必须能够承受直接暴露.这可能需要使用特殊的液密连接器和外部镀层,其对环境所具有的任何腐蚀性具有化学抗性.
有些相关的是暴露于固体污染物,包括但不限于沙子,污垢,灰尘和生物污染物,如真菌,细菌甚至昆虫.许多用于液体暴露的相同方法可用于防止固体侵入,但由于固体的潜在磨蚀性存在一些额外的挑战.Sandis特别具有磨蚀性,可能需要较厚的外层或由更耐刮擦材料组成的外层.关于液体/固体暴露的最后注释是产品标记在最终环境投入产品的任何物质暴露下保持清晰的重要性.虽然是次要的实际产品功能,但通过耐化学性标签,激光打标或耐刮擦雕刻标记来保持清晰的产品标记对于保持产品的整体质量和可用性非常重要.
长期生存
通常,我们被要求设计将存在于极端偏远环境中的系统中的组件.维护工作最多也不常见,组件可能暴露在极端天气下.这些系统必须坚固耐用,不仅能够承受环境压力,而且EM晶振能够经受长时间的操作-通常是几十年-不间断,不会失败.确保长期生存能力,有时称为平均故障间隔时间或平均故障时间(MTBF,MTTF),需要集成温度,液体和振动技术.材料和单个部件的质量,公差和额定值至关重要,正确的密封至关重要.必须完成适当的测试,以尽可能复制环境条件,并进行质量保证以验证施工.
振动/冲击
航空航天和国防的许多应用-那些将以高速行驶,穿越崎岖地形的应用-需要特别保护以防止物理创伤.振动从“低速和慢速”到快速且一致的色域.发动机在一致频率下的机械嗡嗡声会导致振动损坏.同样,碰撞或IED的一次性影响可能使系统无用.为了考虑振动和冲击耐受性,我们首先使用上面步骤1中概述的方法进行振动剖面分析.由此我们确定系统是否必须加固以承受快速加速,冲击或一致的频率.可以使用诸如机械增强,较重的部件或较不柔软的材料的方法.包装内外的环氧增强材料提供额外的振动保护.
振动/冲击增强在很大程度上是“使产品不太灵活”的问题,因为弯曲会对电路板造成物理损坏或导致单个电子元件破裂或断开PCB.然而,如果不仔细接近,即使这种咒语“使它变得更强/更硬”也会成为问题.刚性物体具有机械共振频率,物体越大,共振频率越低.这是允许某些声音碎片粉碎玻璃的原理.需要小心注意,以使成品不具有将在安装平台的振动轮廓中存在的任何共振频率.减振/减震的另一种方法是使用某种运动阻尼支架.如果使用诸如橡胶隔离器的柔性构件将产品(或产品的子部分)附接到较大系统,则可以减少从较大系统到子部分的振动/冲击运动的传递.这与减震器在崎岖不平的道路上驾驶汽车更加舒适的方式相同.

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