Implementación y pruebas de sistemas embebidos antes de su puesta en marcha

Aunque no queramos admitirlo, la mayoría de los diseños que se despliegan en el campo son sistemas embebidos. Puede que no ejecuten un sistema operativo Linux completo, y puede que no tengan procesadores enormes o FPGAs, pero aún así ejecutan algún código para proporcionar su funcionalidad principal al usuario final. Cuando miramos el extremo de mayor valor del panorama electrónico, como el militar y el aeroespacial, el aumento en el despliegue de sistemas embebidos a lo largo del tiempo es impresionante. Además de factores de forma muy agresivos en el diseño, estos sistemas necesitan ser altamente confiables y estar minuciosamente probados.

El problema de las pruebas en los sistemas embebidos obviamente gira en torno a la funcionalidad principal, pero también hay grandes preocupaciones de fiabilidad para los sistemas embebidos de hoy. En este artículo, repasaré algunos de los enfoques para las pruebas de sistemas embebidos, específicamente con respecto a la energía, las pruebas funcionales y la fiabilidad térmica.

Pruebas Funcionales de Sistemas Embebidos

Las pruebas funcionales básicas para tu sistema embebido necesitan realizarse tanto en código como físicamente, observando el PCB. Si diseñaste el prototipo inicial utilizando un enfoque de diseño para la prueba (DFT), será mucho más fácil calificar los sistemas rápidamente e identificar problemas si están presentes.

En otro artículo, hemos delineado algunos enfoques que pueden ser implementados en código para ayudar a validar sistemas embebidos desde una perspectiva funcional. Esto implica indicadores de código y banderas de error, pero esa no es la única manera de abordar el diseño físico para pruebas funcionales. En la mayoría de los casos, necesitas colocar el diseño en un banco de pruebas y monitorear tanto el código como la señal/energía en el banco.

Cualquiera de estos enfoques puede ayudarte a acelerar algunas de las pruebas funcionales básicas mientras también monitoreas la potencia y la señal. Este tipo de bancos de pruebas pueden volverse bastante complejos ya que tendrás múltiples instrumentos funcionando al mismo tiempo con tu sistema de prueba.

Fiabilidad Térmica

El otro aspecto de los sistemas embebidos que es bastante difícil, especialmente en sistemas de alta fiabilidad, es la fiabilidad térmica. Los sistemas embebidos pueden usar mucha energía y, por lo tanto, generar mucho calor, por lo que necesitan ser calificados térmicamente. El objetivo principal es asegurar que puedan operar dentro de las especificaciones y que no se apaguen debido a sobrecargas térmicas. Para las pruebas térmicas, considera cuáles de estas especificaciones aplican:

• ¿Hay un límite de temperatura interna en tu carcasa?
• ¿Hay un límite de temperatura al tacto de la carcasa?
• ¿Existen límites de temperatura específicos para componentes, como ciertos sensores?
• ¿Se intenta mantener una especificación térmica usando solo refrigeración pasiva?

Todos estos puntos dictarán dónde y cómo mides la temperatura en el sistema mientras opera.

Las mediciones de temperatura en un sistema embebido durante su funcionamiento son bastante sencillas. Para el diseñador individual sin un gran presupuesto, puedes aprender mucho sobre tu sistema embebido simplemente usando el termopar tipo K que viene empaquetado con un multímetro. Esto te dará mediciones de temperatura puntuales en el diseño. Si tienes varios medidores, utiliza el termopar preempaquetado y conéctalos a puntos específicos donde las mediciones de temperatura sean más importantes. Estos puntos pueden ser tu procesador principal, los reguladores principales de potencia, la carcasa misma o el aire dentro de la carcasa.

Termopar tipo K

Configúralos y deja que el sistema funcione hasta que alcance su temperatura de equilibrio. Dependiendo del tamaño y del mecanismo de enfriamiento en el sistema, el tiempo requerido para que el sistema alcance su temperatura de equilibrio podría ser bastante largo. Tendrás que configurar tus medidores y dejarlos funcionando durante un tiempo mientras monitoreas tus otros instrumentos.

Una vez que la distribución de temperatura alcance el equilibrio, considere usar una cámara térmica para obtener la distribución de temperatura durante el funcionamiento. Creo que es importante hacer esto en la carcasa, especialmente si la carcasa tiene un requisito de temperatura al tacto. Si su sistema embebido tiene una fuente de alimentación integrada, esas carcasas pueden calentarse mucho, y el usuario no podrá tocar o manejar el sistema si no se implementa una refrigeración activa o pasiva directamente en la carcasa.

Si tiene un problema con el exceso de calor en el diseño, saque la PCB de la carcasa y mida la distribución de temperatura directamente con una cámara térmica. Si toma algunas imágenes con una cámara, podrá ver directamente dónde están los componentes más calientes y qué temperaturas alcanzarán. Esto es muy importante, ya que informará la estrategia de refrigeración a seguir.

Si su carcasa está creando un efecto de horno debido a componentes calientes, entonces puede ser necesario rediseñar la carcasa o la estrategia de refrigeración. Lea el artículo vinculado a continuación para aprender sobre algunas estrategias de diseño de carcasas que pueden ayudar a mantener fresco un sistema embebido.

• Descubre por qué tu carcasa puede convertirse en un horno

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