XPERTS CORNER
一部のアプリケーションでは、 デバイスの仕様に定められた 最大動作ジャンクション温度よりも 高温でエレクトロニクスを動作させる 必要があります。その代表例として、 油井用カメラのデザインが挙げられます。 あらゆる電子機器の寿命は、動作温度の影
このプロジェクトは非常に難しく、かつ興
響を受けます。高温ではデバイスの劣化が速
味 深 いものがありました。 この 記 事では、
まり、寿命が短くなります。しかし、一部のア
筆者らがどのようにしてこのシステムの各要
プリケーションでは、デバイスの仕様に定めら
素を統合したかを説明します。最初に、ジャ
れた最大動作ジャンクション温度を超える温度
ンクション温度、熱抵抗およびその他の現象
でエレクトロニクスを動作させる必要がありま
を含む、温度に関するいくつかの概念につい
す。 石油/ガス業界の事例から、この問題と
て説明します。次に、デバイス内の温度上昇
その解決方法を理解できます。
の原因について検討し、温度上昇を抑えるた
Aphesa 社の開発チームは、ある顧客か
めの対策を示します。また、起こり得る熱溜
ら油井内で動作する耐熱カメラの設計依頼を
まりの問題について説明し、その解決策を提
受けました (図 1)。このデバイスにはかなり
案します。
大きな FPGA が必要であり、少なくとも最
特にこのプロジェクトでは、熱電冷却の使
大 125℃ (システムの動作温度) の耐熱性能
用が制限されていたため、ほかの解決策を見
が必要でした。筆者らは、カスタム カメラと
つける必要がありました。
(FPGA コードおよび組み込みソフトウェアを 含む) カスタム エレクトロニクスの開発に携わ
温度の変動
るコンサルタントとして、高温環境での機器
電子機器には通常、最大ジャンクション温
動作に関する経験を積んできました。しかしこ
度の仕様が定められています。残念なことに、
のプロジェクトには、従来の経験を超えた対
システム設計者に課せられるのは周囲温度の 条件です。周囲温度とジャンクション温度の差
策が必要でした。 この製品は油井検査用に設計されたダウ
は、パッケージの熱伝導性能と、システム筐
ンホール デュアル カラー カメラ (図 2) で、
体の外部へ熱を放散する冷却システムの性能
組み込み型画像処理、カラー復元および通
によって決まります。
信を実行します。またこのシステムは、メモ
熱抵抗は、特定の物質が熱の流れにどれだ
リ、LED ドライバー、ハイダイナミックレン
け耐えるかの尺度となる熱特性です。電流の
ジ (HDR) イメージング機能を備えています。
流れのために抵抗の両端で電圧が一致しない
このプロジェクトでは、温度範囲の広さ、堅
のと同様に、熱抵抗があるために熱が流れる
牢性、小型パッケージ、大容量エンベデッド
コンポーネント内部と外部の温度は一致しま
メモリ、セル数が豊富なことから、ザイリン
せん。本体の内部と外部で 20℃ の温度差
®
クスの XA6SLX45 デバイス (Spartan -6
がある場合、最大ジャンクション温度 125℃
LX45 オートモーティブ) を採用しました。
のデバイスは、最大 105℃ までの環境で
http://japan.xilinx.com/
39