特種計算機加固技術(shù)

特種計算機加固技術(shù)特種計算機加固技術(shù)特種計算機加固技術(shù)xxx公司特種計算機加固技術(shù)文件編號：文件日期：修訂次數(shù)：第1.0次更改批準審核制定方案設(shè)計，管理制度特種計算機加固技術(shù)淺析1概述為適應某種惡劣環(huán)境，在設(shè)計、制造計算機時對影響機器性能的各種因素，諸如系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、電氣特性、機械結(jié)構(gòu)等所采取的相應技術(shù)措施稱為計算機加固技術(shù)。經(jīng)加固處理后的特種計算機稱加固計算機。它是隨著計算機在軍事領(lǐng)域的應用而產(chǎn)生和發(fā)展起來的。在復雜的環(huán)境中，未經(jīng)加固的普通商用計算機難以正常穩(wěn)定工作，直接影響和制約信息系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能，成為信息化系統(tǒng)的“軟肋”。因此，如何對計算機進行加固，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性顯得至關(guān)重要。這里的復雜環(huán)境一般指計算機作業(yè)或存儲設(shè)備所處的非常規(guī)環(huán)境，主要包括以下幾方面：1)氣候環(huán)境：風、雨雪、冰、霜、霧、高溫、潮濕、低溫、沙塵、高氣壓、低氣壓、鹽霧、煙塵等有害因素；2)機械物理環(huán)境：沖擊、振動、跌落、搖擺、應力和噪聲等有害因素；3)電磁環(huán)境：電磁場強度、電磁脈沖密度、雷電沖擊強度、靜電火花等因素；4)生物環(huán)境：霉菌、昆蟲等有害因素；5)空間環(huán)境：電磁場、輻射、單粒子等因素；6)特種環(huán)境：核爆炸引起的核電磁脈沖、核輻射等因素。這里使用安全是指它工作時，必須保證其內(nèi)部的機密信息不向外泄露造成泄密，由此可見，加固計算機的“加固”兩字的確切含義是抗惡劣環(huán)境和防信息泄露。加固計算機主要軍用領(lǐng)域有：地面固定、車載、艦載、機載、彈載、星載及野外作業(yè)系統(tǒng)，戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)武器系統(tǒng)，以及軍事通信、指揮和控制系統(tǒng)等。2.特種計算機主要加固技術(shù)設(shè)計與制造一臺性能良好、功能優(yōu)越、可靠性高、性價比適當?shù)募庸逃嬎銠C是相當復雜的，它需要考慮很多問題，利用許多設(shè)計技術(shù)和知識，進行綜合優(yōu)化，才能達到預期的目的。這里涉及到這些技術(shù)：可靠性技術(shù)、熱設(shè)計技術(shù)、抗振動與沖擊設(shè)計技術(shù)、三防技術(shù)、電磁兼容技術(shù)等。加固計算機的可靠性技術(shù)可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。實現(xiàn)加固計算機可靠性的技術(shù)途徑很多，大致可分為以下兩類。1)提高計算機元器件本身的靠性：關(guān)鍵是設(shè)計、工藝和制造過程的控制。

半導體器件，特別是各類大規(guī)模集成電路、超大規(guī)模集成電路本身的加固水平，決定了加固計算機及的加固水平，這些元器件的可靠性在極大程度上決定了整機的可靠性。元器件的降額使用是提高其可靠性的重要方法，即降低元器件的負荷來提高可靠性。此外，可靠性篩選能改善元器件的失效率，最大限度的淘汰元器件的早期失效，保證產(chǎn)品的可靠性。所謂篩選就是對電子元器件施加一種應力或多種應力的試驗，暴露元器件的固有缺陷而不破壞元器件的完整性。2)采用可靠元器件構(gòu)成可靠系統(tǒng)的技術(shù)：主要包括冗余技術(shù)；可維修性技術(shù)；可靠性實驗技術(shù)等。冗余技術(shù)是采用備份的手段，對故障進行防護的一種技術(shù)?？删S修性的含義是可維修系統(tǒng)在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)的修復能力。可靠性預計是一個預測過程，根據(jù)所用元器件失效數(shù)據(jù)資料，來預測部件、分系統(tǒng)、系統(tǒng)或設(shè)備可能達到的可靠度。設(shè)備的可靠性指標不同于設(shè)備的電氣性能指標，它有時間性、綜合性和統(tǒng)計性等特點，它不能像電氣性能指標那樣直接用儀器儀表測量，一般是通過現(xiàn)場可靠性試驗和室內(nèi)的模擬可靠性試驗兩種途徑獲得。加固計算機的結(jié)構(gòu)與工藝熱設(shè)計加固計算機熱設(shè)計的目的是保證從熱源至最終散熱器有一條低熱阻的熱流通路，使各類功耗元器件的溫度低于允許的最高溫度，達到整機可靠性要求。一般來說，整機內(nèi)部的溫度不應該超過50℃—80℃。著名的10℃散熱方式主要包括風冷（自然對流和強迫通風，利用導熱核輻射）、液冷、半導體制冷、熱管技術(shù)、靜電換熱和蒸發(fā)冷卻等。采用哪種散熱方法應根據(jù)散發(fā)的熱量、工作環(huán)境、零件對溫度的靈敏度、計算機系統(tǒng)的可靠性要求以及尺寸、輕重、功率等條件來選擇。(詳細散熱技術(shù)參考內(nèi)網(wǎng)郵箱發(fā)的《散熱技術(shù)》一文)抗沖擊與抗振動設(shè)計技術(shù)加固計算機工作環(huán)境條件惡劣，其機械環(huán)境條件包括振動、沖擊、搖擺和顛振等，其中危害最大的就是振動。實踐經(jīng)驗證明，振動損壞率比沖擊損壞率大4倍。能經(jīng)受50g—70g沖擊的元器件，在持續(xù)振動環(huán)境中，最大也能承受2g—3g的振動。對電子設(shè)備進行剛性設(shè)計或附加隔振緩沖器來進行保護是有效的技術(shù)措施。緩沖減振器是常用的措施，其關(guān)鍵部件是阻尼元件。阻尼元件主要有以上幾種：1)彈性阻尼器：一般用橡膠制品及金屬制品，如彈簧減震器。2)空氣阻尼器：利用空氣出入縫隙的粘滯力工作。3)油阻尼器：利用液體摩擦工作。4)固體摩擦阻尼器：利用固體本身內(nèi)摩擦或固體之間摩擦獲得阻尼，典型而常用的有橡皮金屬減震器。在設(shè)計機箱及零部件時,盡量選用高阻尼結(jié)構(gòu)材料,如鋁、鋁鎂合金。而鋼或銅的阻尼比小于鋁，在有條件的情況下不應作為首選材料。除了合理選用緩沖減振器外，還要采取一系列緩沖減振結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)。1)隔離技術(shù)：在振源和被隔離物之間裝入隔離介質(zhì)。2)去耦技術(shù)去耦就是消除多自由度系統(tǒng)各振型的相關(guān)耦,減少系統(tǒng)中諧振系統(tǒng)的數(shù)量,從而減少共振峰數(shù)量并抑制共振峰值。去除耦合的方法有：減小高度、在機箱頂部增加固定點、將右下角的鎖緊螺母置于右上角、使固定點的中心與組合剛度中心以及機箱重心大致重合。在機箱內(nèi)進行布局設(shè)計時,電路板的法線應是機箱剛度較高的方向,即機箱與電路板的主振方向不重合,減小施加給電路板的振動激勵。另外,垂直于電路板的方向應是振動激勵最小的方向。對機箱結(jié)構(gòu)采用等剛度設(shè)計,并將各組件均勻布置,這樣將具有集中參數(shù)的組件轉(zhuǎn)換為分布參數(shù),使機箱內(nèi)局部諧振的次數(shù)減少,避免了局部諧振的相互耦合。對變壓器等組裝型器件,用環(huán)氧樹脂或硅橡膠進行灌封處理,使其內(nèi)部的各個集中慣量成為分布式慣量,消除了內(nèi)部的振動耦合,大大提高了器件的抗振能力。3)去諧技術(shù)去諧就是避免系統(tǒng)內(nèi)部的局部共振現(xiàn)象。對箱體而言,去諧設(shè)計應使箱體與電路板的固有頻率相差很大。從理論上來說,兩者的固有頻率比值大于2時,相互的共振響應就較小（稱倍頻法則）,若固有頻率重合或接近時,將出現(xiàn)共振現(xiàn)象。在工程設(shè)計,由于空間、重量的限制,將箱體、電路板的固有頻率設(shè)計為1∶2以上有很多約束條件。例如,為了保證箱體在振動、沖擊下的動強度,要求機箱具備較好的剛性,同時要求尺寸小,重量輕,按f=1/(2π)公式可知其固有頻率應高于普通電子設(shè)備,一般應在60Hz以上。若機箱固有頻率高于120Hz,則要求電路板固有頻率高于240Hz,將給電路板的結(jié)構(gòu)設(shè)計帶來困難。所以,機箱的固有頻率應設(shè)計在60Hz～100Hz范圍內(nèi)。機箱在安裝架上的緊固方式及位置對機箱固有頻率影響很大,要重點考慮。在機箱內(nèi)安裝電路板的部位,局部加強剛度,均勻布置電路板的安裝點,這樣可以提高電路板的固有頻率,達到去諧的目的。4)剛性化技術(shù)結(jié)構(gòu)剛性化的方法很多，如通過板金沖壓肋、槽，減小印制板面積，把所有裝配件有機的組成一個完整的受力整體。加固計算機的三防技術(shù)由于潮熱、鹽霧、霉菌三種環(huán)境因素對電子產(chǎn)品有較大的影響，習慣上把這三項防護技術(shù)稱為三防技術(shù)。主要的三防措施有：1)機箱密閉工藝機箱外殼通常采用鑄鋁合金、不銹鋼外殼以及其他金屬材料制成。為了密封可靠，還可以在接縫處附以密封劑，這對防止潮起等的侵入十分有效。為了進一步防止機箱密封不足，在密封機箱內(nèi)還放置吸潮劑，如變色硅膠和吸濕板等。2)采用三防涂料加固計算機選用的三防涂料主要要求是：良好的三防性能；對所覆蓋的金屬無腐蝕作用；良好的絕緣性能和電氣性能；環(huán)境適應性強；工藝性好。根據(jù)上述要求大多選用聚丁二烯環(huán)氧甲基丙烯聚酯、沉浸型快干溶劑漆或聚氨基甲酸酯絕緣漆等作為涂料。DTB-823電接觸保護劑具有上述優(yōu)良性能。為了提高防護效果，大多采用真空金字噴涂或刷涂，一般要有兩層或三層，以避免涂層有針孔。它主要用于分立元器件印制板、整機接插件、底板等。3)灌封處理加固計算機中的變壓器，延遲線等要進行密封灌封處理。灌封材料多為胺類和酸酐類固化劑的環(huán)氧樹脂或室溫固化的硅橡膠、有機硅凝膠、泡沫硅橡膠等。4)整機外殼靜電噴涂處理有一些加固計算機的外殼采用了靜電噴涂塑料的工藝，用以代替油漆涂覆。靜電噴涂塑料粉主要是氯化聚醚、三氯氟乙烯、環(huán)氧、尼龍等。電磁兼容技術(shù)計算機設(shè)備本身產(chǎn)生的干擾頻譜很寬，從10KHz至200KHz（隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，干擾頻率上限還會增高），因此，它對廣播、移動通信、軍用通信、電視等領(lǐng)域的通信和接收質(zhì)量將產(chǎn)生很大影響。在電磁兼容性的設(shè)計過程中，有三種主要的電磁干擾抑制方法，即屏蔽、接地和濾波。1)屏蔽技術(shù)屏蔽有兩個目的：一是限制內(nèi)部輻射的電磁能越出某一區(qū)域；二是防止外來的電磁輻射進入某一區(qū)域。屏蔽的作用是通過一個將上述區(qū)域封閉起來的殼體實現(xiàn)的。=1\*GB3①縫隙處理目前加固計算機機殼以鋁結(jié)構(gòu)和鋁合金結(jié)構(gòu)居多,主要是因為鋁板和鋁合金板導電性好且不易變形,銑切加工精度高,易于解決電磁兼容設(shè)計中的縫隙問題。理論和實驗研究表明：透過孔縫的電磁泄露使屏蔽效能減小最為嚴重，實際上是它們起著決定性作用。為了減小孔縫的電磁泄露，增加屏蔽效能，加固計算機在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，一方面廣泛采用折彎、焊接工藝，盡最大可能減小接縫的數(shù)目，另一方面，通過采用折邊工藝（增加接觸面的剛性,防止因翹曲而使縫隙加大）加裝導電襯墊（提高結(jié)合面接觸質(zhì)量,減小連接電阻）、增加縫隙深度（增加吸收損耗）來提高縫隙的屏蔽效能。例如簧片，主要用于兩平面之間，以加強兩個平面之間的接觸連續(xù)性。=2\*GB3②各類孔洞處理光驅(qū)軟驅(qū)插入孔及指示燈掛插孔的處理：屏蔽機箱可設(shè)計一個可轉(zhuǎn)動的門來屏蔽插入孔和觀察孔，當門打開時，可插入、取出光盤及軟盤，門關(guān)上時，插入孔和觀察孔就被屏蔽了。門上開一小窗，可隨時觀察指示燈，窗上裝有導電玻璃，使它們構(gòu)成一個完整的電連續(xù)體。通風散熱孔的處理：在兼顧機箱通風散熱的情況下，計算機采用安裝風壓損失較小的波導板方法來處理通風散熱孔的問題。根據(jù)RE102極限的要求，設(shè)計的波導板截止頻率為10GHz,屏蔽效能達70dB。電源線、信號線安裝孔洞處理：電源線及信號線用圓形電連接器引出，圓形電連接器具有拆裝方便、連接可靠、抗振動沖擊能力強的特點。圓形電連接器有卡口式、螺紋式兩種,螺紋式連接電磁兼容性較好，因此選擇螺紋式圓形電連接器。將電源線、信號線外部纏以電纜屏蔽層，屏蔽層用連接器護套壓接，連接器座與機箱接縫處加裝導電橡膠，這樣，電纜屏蔽層、連接器外殼和機箱就構(gòu)成了一個完整的屏蔽體，有效地防止了EMI耦合到導線上或通過安裝孔進入機箱內(nèi)部。

2)濾波技術(shù)軍用工程裝備中的計算機需要電源供電，根據(jù)具體使用條件的不同，有的由電源提供220V、50Hz交流電，有的供給直流電壓。不論是交流電源還是直流電壓都會產(chǎn)生比較嚴重的傳導EMI，影響設(shè)備的功能和性能。這些電源線的EMI信號來自很多方面，例如空間電磁場在電源線上的感應信號、多個電子設(shè)備共用一個電源時造成的共電源耦合、電機啟動或感性負載電路產(chǎn)生瞬態(tài)過程等。GJB151A規(guī)定了電源線傳導干擾的電平極限值，計算機若不采取濾波措施，很難達到該標準的要求。電源濾波器是一種低通抑制干擾濾波器，可用于毫無衰減地把直流或50Hz、400Hz等低頻電源功率輸送到設(shè)備上，同時又能使高頻干擾信號大大衰減，以保護設(shè)備免受損壞，還能抑制設(shè)備本身產(chǎn)生的傳導干擾，防止進入電源而危害其他設(shè)備。電源濾波器作為一種抑制干擾濾波器，與普通濾波器相比具有下列特點：=1\*GB3①電源系統(tǒng)的阻抗值與干擾源的阻抗值變化范圍較大，很難得到一個可供設(shè)計用的恒定值。因此，電源濾波器并非在阻抗匹配的狀態(tài)下工作。=2\*GB3②EMI頻譜很寬，從低頻到超高頻都存在EMI能量。濾波器元件在這個頻率范圍內(nèi)高頻特性顯得十分復雜，難以用元件的等效集中參數(shù)表示濾波器的高頻特性。=3\*GB3③電源濾波器在阻帶范圍內(nèi)應具有足夠高的衰減量，把傳導干擾電平降低到規(guī)定范圍內(nèi)。=4\*GB3④電源濾波器對傳輸?shù)碾娫垂ぷ麟娏鞯膿p耗應降低到最低程度。3)接地技術(shù)接地就是在兩點之間簡歷導電的通路，把系統(tǒng)中的電氣或電子元件互相連接起來，或把他們同時與某個稱作“地”的參考點連接起來。一個接地系統(tǒng)的接地效果，取決于系統(tǒng)中兩點之間可能存在的電位差及通過該系統(tǒng)的電流大小。一個好的“地”，其地位應該是：與線路中任何功能部分的電位比較，都可以忽略不計。三種接地方式是浮地、單點接地和多點接地。浮地的目的是將電路或設(shè)備與公共地或可能引起環(huán)流的公共導線在電氣上隔離開來。單點接地是指在一個線路中，只有一個物理點被定義為接地參考點，其他各個需要接地的點都直接接到這一點上。多點接地是指某一個系統(tǒng)中，各個點都直接接到距它最近的接地平面上，以使接地的引線長度為最短。由于多點接地系統(tǒng)中存在著各種地線回路，它們對于設(shè)備內(nèi)較低的頻率會產(chǎn)生不良影響。如果出現(xiàn)，可以采用混合接地的概念，即將那些只需要高頻接地的點，利用旁路電容和接地平面連接起來。接地線長度必須小于λ，但小到多少為佳，還要看通過該接地線的電流大小，以及允許在每一接地線上產(chǎn)生多大的電壓降。如果一個電路對該電壓降很敏感，則接地線長度不應該大于λ或更小。如果電路只是一般的敏感，則接地線可以長到λ。3．加固計算機的分類加固計算機一般可分為3類。1)防信息泄露型或稱T型（Tempest

Computer），是具有一定的防止信息泄露能力的計算機。如浪潮、電子33所、北京安方等的低泄漏安全保密計算機產(chǎn)品。2)軍用規(guī)范性或稱M型（M