Was macht Mainboards industrietauglich?
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Zuverlässigkeit beginnt bei den Bauelementen
Die später zu erreichende Zuverlässigkeit muss in Form der Auswahl optimaler Bauelemente schon in das Design eines Mainboards einfließen. Damit z.B. der Industrie-PC auch bei Umgebungstemperaturen bis zu 50 °C im Dauerbetrieb zuverlässig seine Dienste verrichtet, muss das Mainboard für mindestens 60 °C dimensioniert sein. Gerade Kondensatoren sind äußerst empfindlich gegen erhöhte Temperaturen. Bewährt hat sich der Einsatz von neuen Varianten wie Polymer-Elektrolyt-Kondensatoren oder von modernen Typen mit Aluminium-Anodenmaterial. Durch ihre niedrige Impedanz lassen die Polymer-Kondensatoren eine höhere Wechselstrombelastung zu bzw. erzeugen eine geringere Bauteil-Eigenerwärmung, was sich positiv auf ihre Lebensdauer auswirkt. Sind aus technischen Gründen Elektrolyt-Kondensatoren erforderlich, werden generell 105-°C-Longlife-Typen bis zu 10 000 h Brauchbarkeitsdauer verwendet. Technischer Rand-Aspekt ist hierbei allerdings die mangelnde Verfügbarkeit von Polymer-Elektrolyt-Kondensatoren mit höheren Kapazitäten und Spannungswerten (derzeit max. 470 μF bei 16 V oder 2700 μF bei 2,5 V).
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Auch Controller-Bausteine sind empfindlich gegen erhöhte Temperaturen. So führt bereits eine Erhöhung der Bauteiltemperatur (Sperrschichten) um 10 K zu einer Halbierung der Mean Time to Failure (MTTF). Eine ausreichende Kühlung durch ausreichend dimensionierte Kühlkörper ist zwingend erforderlich (Bild 2).
Darüber hinaus müssen für einen zuverlässigen und langlebigen Betrieb unter erhöhten Umgebungstemperaturen bis 60 °C weitere entsprechende Komponenten ausgewählt werden, z.B. RS-232-Buffer mit erhöhtem Industrie-Temperaturbereich, Schaltregler statt Linearregler (haben eine reduzierte Verlustleistung) oder Quarze mit erweitertem Temperaturbereich.
Sinnvoll ist es, die Qualität der Highspeed-Signale im Vorfeld der Entwicklung schon mittels Analog-Simulationen zu optimieren. Durch das dergestalt optimierte Mainboard-Layout kann u.a. auch die Signalqualität über den geforderten Temperaturbereich sichergestellt werden.
So genannte Augendiagramm-Analysen (in der Simulation oder am Objekt mit einem Oszilloskop oder Signalanalysator) geben hier eine gute Hilfestellung.
EMV-Tests
Die Einhaltung der EMV-Anforderungen wird durch den EN-61000-6-2-Test (Industriestörfestigkeit) überprüft. Bei der Einhaltung der Emissionsklassen spielt auch die Integration in das Gesamtsystem eine wesentliche Rolle. Neben einem gut leitfähigen Gehäuse sowie durch EMVtaugliche Netzteile und Erweiterungskarten hat auch das Mainboard einen wesentlichen Einfluss auf ein EMVtaugliches Gesamtsystem. Schon beim Design sollen deshalb Erfahrungen zum Thema „EMV-gerechtes Layout“ einfließen. Diesbezügliche Richtlinien werden bei Fujitsu-Siemens mit jedem Produkt optimiert und erweitert. Eine E-Feld-Messung im laufenden System (bestimmungsgemäßer Betrieb) ist dennoch als Nachweis immer sinnvoll.
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- Viele Faktoren spielen zusammen
- Zuverlässigkeit beginnt bei den Bauelementen
