¿Qué implica el diseño de electrónica robusta?

Intenta buscar "electrónica robusta" en internet, y probablemente encontrarás muchos videos de personas pisando sus smartphones. La electrónica robusta necesita resistir un golpe mecánicamente, pero hay más que se necesita para un sistema robusto que simplemente poder sobrevivir a una caída en el pavimento. Esto tiene tanto que ver con el diseño del recinto como con la selección de componentes y las decisiones de fabricación.

Los diseñadores de mil-aero a menudo usan el término "ambiente hostil" para describir una serie de escenarios donde la fiabilidad y la vida útil de un dispositivo electrónico serán puestas a prueba. Si quieres que tu próximo producto sea verdaderamente robusto, ayuda adoptar algunas de sus estrategias en tu diseño de PCB. En este artículo, veremos algunas de las estrategias de diseño utilizadas en los diseños mil-aero, así como estrategias utilizadas para diseños industriales.

¿Qué califica como un Ambiente Hostil en la Electrónica Robusta?

El término "ambiente", según se define en algunos estándares de la industria, puede referirse a cualquier cosa desde condiciones ambientales reales (temperatura, humedad, etc.) hasta el ambiente mecánico (por ejemplo, vibración) o ambiente eléctrico (ruido, potencial para ESD). La electrónica robusta está diseñada típicamente para resistir una o más condiciones típicamente encontradas en ambientes hostiles:

• Temperaturas excesivamente altas o bajas
• Extremos y frecuentes ciclos de temperatura
• Humedad y alta/baja presión
• Vibración mecánica o choques
• Descarga eléctrica a alta tensión/corriente
• Partículas, como el polvo
• Gases oxidantes o explosivos

Esta es una lista bastante extensa y sorprendente. Generalmente, no puedes diseñar un solo dispositivo para resistir cada factor en la lista anterior. Los ambientes hostiles son difíciles de manejar simplemente porque hay una amplia gama de factores que pueden destruir un dispositivo electrónico. Estos problemas podrían afectar la placa, los componentes, el ensamblaje completo de la PCBA, o todo lo anterior.

Algunas Estrategias de Robustecimiento

La tabla a continuación resume algunas de las soluciones que puedes implementar en tu diseño para hacerlo más robusto y resistir mejor la lista anterior de factores ambientales.

De la tabla anterior, debería quedar claro que la robustez se extiende más allá del nivel de la placa. Algunas soluciones solo se pueden implementar a nivel de placa, mientras que otras requieren considerar todo, desde la placa hasta los componentes y la carcasa. Algunos de los estándares de la industria que rigen estas soluciones incluyen:

• El estándar de Protección de Ingreso (IP), que limita la entrada de humedad en la electrónica robusta
• MIL-S-901D, que especifica requisitos de choque mecánico de alto impacto para equipos en barcos
• MIL-STD-810G, que especifica requisitos de prueba para equipos militares que han sido adoptados comercialmente
• La Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos (NEMA), que especifica carcasas, armarios y alojamientos
• La Asociación Nacional de Protección contra Incendios (NFPA), que especifica una gama de requisitos sobre electrónica en ciertos entornos para asegurar la supresión o contención de incendios
• Atmósferas Potencialmente Explosivas (ATEX), NFPA 497 y HazLoc, que especifican requisitos de diseño para prevenir explosiones cuando un dispositivo se despliega en un entorno que contiene gases explosivos

La Carcasa y el Estilo de Montaje Importan

Hasta ahora, solo hemos discutido el diseño eléctrico, la disposición física y el PCBA. Obviamente, diseñar electrónica robusta requiere más que simplemente colocar una carcasa de plástico más gruesa alrededor del PCB y considerarlo suficiente. La carcasa, el estilo de montaje de la placa y los accesorios jugarán un papel importante en determinar la fiabilidad y en combatir algunos de los factores ambientales mencionados anteriormente.

Una forma sencilla de abordar el choque mecánico y la vibración junto con posibles factores eléctricos/térmicos es usar un montaje antichoque con un amortiguador de vibraciones. El amortiguador mostrado a continuación es de grado aficionado, pero tiene una estructura muy similar a los montajes utilizados en drones cuadricópteros.

Otros aspectos del diseño de la carcasa y el montaje necesitarán considerar el factor ambiental específico que necesitas abordar. Acomodar un ambiente con un gas a alta presión no utilizará la misma estrategia que se usa en un ambiente de líquido a alta presión, aunque ambas son soluciones a nivel de carcasa que dependen de la igualación de presión. El diseño de electrónica robusta es un gran ejemplo de donde el equipo de diseño eléctrico necesita comunicarse estrechamente con el equipo mecánico para asegurar que la estrategia de robustez no interfiera con los requisitos eléctricos.

Pensamientos Finales sobre la Electrónica Robusta

El último consejo que puedo dar sobre electrónica robusta es que no siempre estarás desplegando un dispositivo en un escenario que comprenda toda la lista de ambientes hostiles. Por lo tanto, el primer paso en el diseño de electrónica robusta es considerar los factores ambientales específicos que podrían dañar el producto y centrarse en estos en su diseño. Por ejemplo, no te preocupes por diseñar protección contra gases oxidantes si tu principal preocupación es el ciclo de temperatura (aunque podrías obtener esta protección como un beneficio secundario). Concéntrate en lo que importa para tu diseño y aún así puedes producir algo que sea compacto y rentable.

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