特種計(jì)算機(jī)加固技術(shù)

特種計(jì)算機(jī)加固技術(shù)特種計(jì)算機(jī)加固技術(shù)特種計(jì)算機(jī)加固技術(shù)xxx公司特種計(jì)算機(jī)加固技術(shù)文件編號(hào)：文件日期：修訂次數(shù)：第1.0次更改批準(zhǔn)審核制定方案設(shè)計(jì)，管理制度特種計(jì)算機(jī)加固技術(shù)淺析1概述為適應(yīng)某種惡劣環(huán)境，在設(shè)計(jì)、制造計(jì)算機(jī)時(shí)對(duì)影響機(jī)器性能的各種因素，諸如系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、電氣特性、機(jī)械結(jié)構(gòu)等所采取的相應(yīng)技術(shù)措施稱(chēng)為計(jì)算機(jī)加固技術(shù)。經(jīng)加固處理后的特種計(jì)算機(jī)稱(chēng)加固計(jì)算機(jī)。它是隨著計(jì)算機(jī)在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用而產(chǎn)生和發(fā)展起來(lái)的。在復(fù)雜的環(huán)境中，未經(jīng)加固的普通商用計(jì)算機(jī)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(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)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(fù)雜環(huán)境一般指計(jì)算機(jī)作業(yè)或存儲(chǔ)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(fēng)、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(jī)械物理環(huán)境：沖擊、振動(dòng)、跌落、搖擺、應(yīng)力和噪聲等有害因素；3)電磁環(huán)境：電磁場(chǎng)強(qiáng)度、電磁脈沖密度、雷電沖擊強(qiáng)度、靜電火花等因素；4)生物環(huán)境：霉菌、昆蟲(chóng)等有害因素；5)空間環(huán)境：電磁場(chǎng)、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(shí)，必須保證其內(nèi)部的機(jī)密信息不向外泄露造成泄密，由此可見(jiàn)，加固計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)主要軍用領(lǐng)域有：地面固定、車(chē)載、艦載、機(jī)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(jì)算機(jī)主要加固技術(shù)設(shè)計(jì)與制造一臺(tái)性能良好、功能優(yōu)越、可靠性高、性?xún)r(jià)比適當(dāng)?shù)募庸逃?jì)算機(jī)是相當(dāng)復(fù)雜的，它需要考慮很多問(wèn)題，利用許多設(shè)計(jì)技術(shù)和知識(shí)，進(jìn)行綜合優(yōu)化，才能達(dá)到預(yù)期的目的。這里涉及到這些技術(shù)：可靠性技術(shù)、熱設(shè)計(jì)技術(shù)、抗振動(dòng)與沖擊設(shè)計(jì)技術(shù)、三防技術(shù)、電磁兼容技術(shù)等。加固計(jì)算機(jī)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(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。實(shí)現(xiàn)加固計(jì)算機(jī)可靠性的技術(shù)途徑很多，大致可分為以下兩類(lèi)。1)提高計(jì)算機(jī)元器件本身的靠性：關(guān)鍵是設(shè)計(jì)、工藝和制造過(guò)程的控制。

半導(dǎo)體器件，特別是各類(lèi)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(jì)算機(jī)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(jī)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(fù)荷來(lái)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(duì)電子元器件施加一種應(yīng)力或多種應(yīng)力的試驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)技術(shù)等。冗余技術(shù)是采用備份的手段，對(duì)故障進(jìn)行防護(hù)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(shí)間內(nèi)的修復(fù)能力?？煽啃灶A(yù)計(jì)是一個(gè)預(yù)測(cè)過(guò)程，根據(jù)所用元器件失效數(shù)據(jù)資料，來(lái)預(yù)測(cè)部件、分系統(tǒng)、系統(tǒng)或設(shè)備可能達(dá)到的可靠度。設(shè)備的可靠性指標(biāo)不同于設(shè)備的電氣性能指標(biāo)，它有時(shí)間性、綜合性和統(tǒng)計(jì)性等特點(diǎn)，它不能像電氣性能指標(biāo)那樣直接用儀器儀表測(cè)量，一般是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)可靠性試驗(yàn)和室內(nèi)的模擬可靠性試驗(yàn)兩種途徑獲得。加固計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)與工藝熱設(shè)計(jì)加固計(jì)算機(jī)熱設(shè)計(jì)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(lèi)功耗元器件的溫度低于允許的最高溫度，達(dá)到整機(jī)可靠性要求。一般來(lái)說(shuō)，整機(jī)內(nèi)部的溫度不應(yīng)該超過(guò)50℃—80℃。著名的10℃散熱方式主要包括風(fēng)冷（自然對(duì)流和強(qiáng)迫通風(fēng)，利用導(dǎo)熱核輻射）、液冷、半導(dǎo)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(yīng)根據(jù)散發(fā)的熱量、工作環(huán)境、零件對(duì)溫度的靈敏度、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可靠性要求以及尺寸、輕重、功率等條件來(lái)選擇。(詳細(xì)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(dòng)設(shè)計(jì)技術(shù)加固計(jì)算機(jī)工作環(huán)境條件惡劣，其機(jī)械環(huán)境條件包括振動(dòng)、沖擊、搖擺和顛振等，其中危害最大的就是振動(dòng)。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，振動(dòng)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(dòng)環(huán)境中，最大也能承受2g—3g的振動(dòng)。對(duì)電子設(shè)備進(jìn)行剛性設(shè)計(jì)或附加隔振緩沖器來(lái)進(jìn)行保護(hù)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(jì)機(jī)箱及零部件時(shí),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(yīng)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(jì)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(jī)箱頂部增加固定點(diǎn)、將右下角的鎖緊螺母置于右上角、使固定點(diǎn)的中心與組合剛度中心以及機(jī)箱重心大致重合。在機(jī)箱內(nèi)進(jìn)行布局設(shè)計(jì)時(shí),電路板的法線應(yīng)是機(jī)箱剛度較高的方向,即機(jī)箱與電路板的主振方向不重合,減小施加給電路板的振動(dòng)激勵(lì)。另外,垂直于電路板的方向應(yīng)是振動(dòng)激勵(lì)最小的方向。對(duì)機(jī)箱結(jié)構(gòu)采用等剛度設(shè)計(jì),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(jī)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(duì)變壓器等組裝型器件,用環(huán)氧樹(shù)脂或硅橡膠進(jìn)行灌封處理,使其內(nèi)部的各個(gè)集中慣量成為分布式慣量,消除了內(nèi)部的振動(dòng)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(duì)箱體而言,去諧設(shè)計(jì)應(yīng)使箱體與電路板的固有頻率相差很大。從理論上來(lái)說(shuō),兩者的固有頻率比值大于2時(shí),相互的共振響應(yīng)就較?。ǚQ(chēng)倍頻法則）,若固有頻率重合或接近時(shí),將出現(xiàn)共振現(xiàn)象。在工程設(shè)計(jì),由于空間、重量的限制,將箱體、電路板的固有頻率設(shè)計(jì)為1∶2以上有很多約束條件。例如,為了保證箱體在振動(dòng)、沖擊下的動(dòng)強(qiáng)度,要求機(jī)箱具備較好的剛性,同時(shí)要求尺寸小,重量輕,按f=1/(2π)公式可知其固有頻率應(yīng)高于普通電子設(shè)備,一般應(yīng)在60Hz以上。若機(jī)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(jì)帶來(lái)困難。所以,機(jī)箱的固有頻率應(yīng)設(shè)計(jì)在60Hz～100Hz范圍內(nèi)。機(jī)箱在安裝架上的緊固方式及位置對(duì)機(jī)箱固有頻率影響很大,要重點(diǎn)考慮。在機(jī)箱內(nèi)安裝電路板的部位,局部加強(qiáng)剛度,均勻布置電路板的安裝點(diǎn),這樣可以提高電路板的固有頻率,達(dá)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(guò)板金沖壓肋、槽，減小印制板面積，把所有裝配件有機(jī)的組成一個(gè)完整的受力整體。加固計(jì)算機(jī)的三防技術(shù)由于潮熱、鹽霧、霉菌三種環(huán)境因素對(duì)電子產(chǎn)品有較大的影響，習(xí)慣上把這三項(xiàng)防護(hù)技術(shù)稱(chēng)為三防技術(shù)。主要的三防措施有：1)機(jī)箱密閉工藝機(jī)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(duì)防止潮起等的侵入十分有效。為了進(jìn)一步防止機(jī)箱密封不足，在密封機(jī)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(jì)算機(jī)選用的三防涂料主要要求是：良好的三防性能；對(duì)所覆蓋的金屬無(wú)腐蝕作用；良好的絕緣性能和電氣性能；環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)；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(hù)劑具有上述優(yōu)良性能。為了提高防護(hù)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(jī)接插件、底板等。3)灌封處理加固計(jì)算機(jī)中的變壓器，延遲線等要進(jìn)行密封灌封處理。灌封材料多為胺類(lèi)和酸酐類(lèi)固化劑的環(huán)氧樹(shù)脂或室溫固化的硅橡膠、有機(jī)硅凝膠、泡沫硅橡膠等。4)整機(jī)外殼靜電噴涂處理有一些加固計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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(huì)增高），因此，它對(duì)廣播、移動(dòng)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(jì)過(guò)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(gè)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(lái)的電磁輻射進(jìn)入某一區(qū)域。屏蔽的作用是通過(guò)一個(gè)將上述區(qū)域封閉起來(lái)的殼體實(shí)現(xiàn)的。=1\*GB3①縫隙處理目前加固計(jì)算機(jī)機(jī)殼以鋁結(jié)構(gòu)和鋁合金結(jié)構(gòu)居多,主要是因?yàn)殇X板和鋁合金板導(dǎo)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(jì)中的縫隙問(wèn)題。理論和實(shí)驗(yàn)研究表明：透過(guò)孔縫的電磁泄露使屏蔽效能減小最為嚴(yán)重，實(shí)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(jì)算機(jī)在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，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(guò)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(dǎo)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(lái)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(qiáng)兩個(gè)平面之間的接觸連續(xù)性。=2\*GB3②各類(lèi)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(jī)箱可設(shè)計(jì)一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的門(mén)來(lái)屏蔽插入孔和觀察孔，當(dāng)門(mén)打開(kāi)時(shí)，可插入、取出光盤(pán)及軟盤(pán)，門(mén)關(guān)上時(shí)，插入孔和觀察孔就被屏蔽了。門(mén)上開(kāi)一小窗，可隨時(shí)觀察指示燈，窗上裝有導(dǎo)電玻璃，使它們構(gòu)成一個(gè)完整的電連續(xù)體。通風(fēng)散熱孔的處理：在兼顧機(jī)箱通風(fēng)散熱的情況下，計(jì)算機(jī)采用安裝風(fēng)壓損失較小的波導(dǎo)板方法來(lái)處理通風(fēng)散熱孔的問(wèn)題。根據(jù)RE102極限的要求，設(shè)計(jì)的波導(dǎo)板截止頻率為10GHz,屏蔽效能達(dá)70dB。電源線、信號(hào)線安裝孔洞處理：電源線及信號(hào)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(dòng)沖擊能力強(qiáng)的特點(diǎn)。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(hào)線外部纏以電纜屏蔽層，屏蔽層用連接器護(hù)套壓接，連接器座與機(jī)箱接縫處加裝導(dǎo)電橡膠，這樣，電纜屏蔽層、連接器外殼和機(jī)箱就構(gòu)成了一個(gè)完整的屏蔽體，有效地防止了EMI耦合到導(dǎo)線上或通過(guò)安裝孔進(jìn)入機(jī)箱內(nèi)部。

2)濾波技術(shù)軍用工程裝備中的計(jì)算機(jī)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(huì)產(chǎn)生比較嚴(yán)重的傳導(dǎo)EMI，影響設(shè)備的功能和性能。這些電源線的EMI信號(hào)來(lái)自很多方面，例如空間電磁場(chǎng)在電源線上的感應(yīng)信號(hào)、多個(gè)電子設(shè)備共用一個(gè)電源時(shí)造成的共電源耦合、電機(jī)啟動(dòng)或感性負(fù)載電路產(chǎn)生瞬態(tài)過(guò)程等。GJB151A規(guī)定了電源線傳導(dǎo)干擾的電平極限值，計(jì)算機(jī)若不采取濾波措施，很難達(dá)到該標(biāo)準(zhǔn)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(wú)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(shí)又能使高頻干擾信號(hào)大大衰減，以保護(hù)設(shè)備免受損壞，還能抑制設(shè)備本身產(chǎn)生的傳導(dǎo)干擾，防止進(jìn)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(diǎn)：=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(gè)可供設(shè)計(jì)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(gè)頻率范圍內(nèi)高頻特性顯得十分復(fù)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(yīng)具有足夠高的衰減量，把傳導(dǎo)干擾電平降低到規(guī)定范圍內(nèi)。=4\*GB3④電源濾波器對(duì)傳輸?shù)碾娫垂ぷ麟娏鞯膿p耗應(yīng)降低到最低程度。3)接地技術(shù)接地就是在兩點(diǎn)之間簡(jiǎn)歷導(dǎo)電的通路，把系統(tǒng)中的電氣或電子元件互相連接起來(lái)，或把他們同時(shí)與某個(gè)稱(chēng)作“地”的參考點(diǎn)連接起來(lái)。一個(gè)接地系統(tǒng)的接地效果，取決于系統(tǒng)中兩點(diǎn)之間可能存在的電位差及通過(guò)該系統(tǒng)的電流大小。一個(gè)好的“地”，其地位應(yīng)該是：與線路中任何功能部分的電位比較，都可以忽略不計(jì)。三種接地方式是浮地、單點(diǎn)接地和多點(diǎn)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(dǎo)線在電氣上隔離開(kāi)來(lái)。單點(diǎn)接地是指在一個(gè)線路中，只有一個(gè)物理點(diǎn)被定義為接地參考點(diǎn)，其他各個(gè)需要接地的點(diǎn)都直接接到這一點(diǎn)上。多點(diǎn)接地是指某一個(gè)系統(tǒng)中，各個(gè)點(diǎn)都直接接到距它最近的接地平面上，以使接地的引線長(zhǎng)度為最短。由于多點(diǎn)接地系統(tǒng)中存在著各種地線回路，它們對(duì)于設(shè)備內(nèi)較低的頻率會(huì)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(diǎn)，利用旁路電容和接地平面連接起來(lái)。接地線長(zhǎng)度必須小于λ，但小到多少為佳，還要看通過(guò)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(gè)電路對(duì)該電壓降很敏感，則接地線長(zhǎng)度不應(yīng)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(zhǎng)到λ。3．加固計(jì)算機(jī)的分類(lèi)加固計(jì)算機(jī)一般可分為3類(lèi)。1)防信息泄露型或稱(chēng)T型（Tempest

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