Stabilizatory do aplikacji lotniczych i militarnych

Przyczyniła się ona, wraz z poprawą niezawodności układów półprzewodnikowych, do ograniczenia wymagań kwalifikacyjnych układów scalonych 883 czy JAN. Umożliwiono wojsku stosowanie w sprzęcie bojowym zwykłych układów elektronicznych. Tendencja ta pozwoliła projektantom broni i awioniki poszerzyć grono dostawców o producentów, którzy nie specjalizowali się dotychczas w tej dziedzinie.

Dzięki COTS koszty oraz czas opracowań i konserwacji sprzętu wojskowego uległy zmniejszeniu. Jednakże wymagania związane z tym sprzętem nadal pozostały surowe. Zwykłe i bezzałogowe samoloty poruszają się na wysokościach przekraczających 10km, na których panuje temperatura -50ºC, a nawet niższa. Zatem minimalna dopuszczalna temperatura układów scalonych przemysłowych (-40ºC) czy rynkowych (0ºC) jest dla specjalnych zastosowań za wysoka.

Niektóre z istotnych urządzeń lotniczych korzystają z umieszczonych poza kadłubem czujników (szybkości, temperatury, wilgotności), a ze znajdujących się w kokpicie komputerów sterowania lotem, czujników podczerwieni obrazu, rejestratorów głosu. W ostatnich czasach wraz ze wzmożeniem walki z terroryzmem i potrzebą zwiększenia osłonności sił zbrojnych na ziemi, na morzu i w powietrzu, wzrosło zapotrzebowanie tak na techniki pierwszego uderzenia, jak i na środki obrony i kontrataku.

Ważnymi aplikacjami w tej dziedzinie są:

• zintegrowane środki kontrataku elektronicznego,
• skomplikowane samoloty myśliwskie i bezzałogowe,
• pociski powietrze-ziemia,
• amunicja ataku bezpośredniego, inteligentne bomby z wbudowanym modularnym systemem GPS kierowania bezwładnościowego, rozmaite systemy zakłócania radarów.

W tych wszystkich urządzeniach, ze względu na zróżnicowane środowiska stosowania, są wymagane układy scalone o rozszerzonym, militarnym zakresie temperatury pracy. Liczne militarne aplikacje naziemne (niektóre o bateryjnym zasilaniu), osobiste, jak wyposażenie żołnierzy, systemy radarowe, taktyczne systemy radiowe, pojazdy opancerzone i noktowizory wymagają układów scalonych, działających w skrajnych temperaturach, od +125ºC do -55ºC, mogą bowiem znaleźć się wszędzie i to zarówno w środowisku bardzo wilgotnym, jak i bardzo suchym.

Bardzo niskie temperatury

Tabela 1. Wybrane układy stabilizatorów LDO z serii MP

Skrajne temperatury mogą poważnie, a nawet katastrofalnie, wpływać na działanie i parametry układów scalonych. Skutki wysokiej temperatury, w tym elektromigracje, dryf parametrów, pasożytnicze upływy, gorące miejsca czy zwiększone wydzielanie ciepła, zostały zidentyfikowane i pokonuje się je usprawnieniami w technice projektowania i rozmieszczania.

Skutki niskiej temperatury dla układów scalonych są wyraźniej eksponowane w aplikacjach lotniczych. Projektant musi zmagać się ze skutkami dryfu parametrów, upływów i zwarć, spowodowanych kondensacją pary wodnej czy szoków termicznych wywoływanych gwałtownym zmianami temperatury, oscylacjami w niskiej temperaturze, niestabilnością, przerzutami i złą filtracją.

Wszystkie te efekty muszą być starannie kompensowane. Zarówno w przenośnych, jak i stacjonarnych profesjonalnych systemach elektronicznych powszechnie stosuje się napięciowe liniowe stabilizatory o małym spadku napięcia (LDO-low dropout), które mają małe szumy wyjściowe i nie generują zaburzeń EM. Zalety te, powiązane z prostotą, pozwalają stosować stabilizatory LDO do obciążeń 1A do 5A, w zakresie, który dotychczas był domeną stabilizatorów impulsowych.

Przykładem serii układów do zastosowań w wojsku i lotnictwie jest seria liniowych stabilizatorów LDO, działająca z dużą dokładnością i zapewniająca odporność cieplną w całym zakresie temperatury od -55ºC do +125ºC firmy Linear Technology. Udoskonalenia technologii produkcji materiałów półprzewodnikowych i ulepszenia w obudowach pozwoliły na poszerzenie roboczego zakresu temperatury pracy złączy do -55ºC dla układów w obudowach plastikowych (klasy MP).

Seria układów MP obejmuje układy o prądzie wyjściowym od 20mA (LT3008) do 5A (LT3070) i małym spadku napięcia (LDO) do 85mV, napięciach wejściowych do 80V, ultraniskich szumach wyjściowych 20μVsk, prądzie spoczynkowym niższym od 5μA, wyposażonych w szereg systemów ochronnych (tabela 1).

Krzysztof Pochwalski