Estudo dos efeitos combinados da interferência eletromagnética e envelhecimento na confiabilidade do microcontrolador Cortex-M4

Abstract

A tecnologia evoluiu significativamente ao longo do tempo, trazendo mudanças consideráveis para a sociedade. Conforme o avanço tecnológico, os microcontroladores, importantes componentes eletrônicos de sistemas, são cada vez mais utilizados em aplicações críticas ao mesmo passo que o ambiente de operação se torna cada vez mais desfavorável, com maiores interferências prejudiciais a um funcionamento adequado. Nesse contexto, a interferência eletromagnética (EMI), representa um dos problemas mais críticos quando abordamos a confiabilidade e robustez dos sistemas eletrônicos e, se agrava quando associada ao efeito natural do envelhecimento, tornando esses parâmetros como essenciais para o desenvolvimento e confiabilidade de circuitos integrados. Esse trabalho detalha o desenvolvimento de uma metodologia de ensaios que possibilite avaliar o comportamento de microcontroladores em função do envelhecimento e da EMI conduzida nos terminais de alimentação. A análise do comportamento e variações das características foi efetuada através da realização dos ensaios descritos nas normas IEC 61000-4-4 e IEC 61000-4-6 em um microcontrolador Cortex-M4, utilizando três diferentes métodos de envelhecimento acelerado: altas temperaturas, ciclos térmicos e sobretensão na alimentação. Os resultados obtidos demonstraram uma expressiva variação da confiabilidade da amostra e seus parâmetros de funcionamento após diferentes níveis de envelhecimento. Dessa forma, a metodologia desenvolvida permite aos desenvolvedores de sistemas e circuitos integrados um método eficaz para avaliar a susceptibilidade a EMI conduzido, possibilitando desenvolvimento de técnicas de aumento de confiabilidade e robustez dos projetos.

Technology has evolved significantly over time, bringing considerable changes to society. As technology advances, microcontrollers, important electronic components of systems, are increasingly used in critical applications while the operating environment becomes increasingly unfavorable, with greater interferences detrimental to proper functioning. In this context, electromagnetic interference (EMI), represents one of the most critical problems when we approach the reliability and robustness of electronic systems and, it worsens when associated with the natural effect of aging, making these parameters essential for the development and reliability of integrated circuits. This work details the development of a testing methodology that makes it possible to evaluate the behavior of microcontrollers as a function of aging and the EMI conducted at the power terminals. The analysis of the behavior and variations of the characteristics was carried out through the tests described in the IEC 61000-4-4 and IEC 61000-4-6 standards in a Cortex-M4 microcontroller, using three different accelerated aging methods: high temperatures, thermal cycles, and overvoltage in the supply. The results obtained have showed a significant variation in the reliability of the microcontroller sample and its operating parameters after different levels of aging. Thus, the methodology developed allows developers of systems and integrated circuits an effective method to assess susceptibility to conducted EMI, enabling the development of techniques to increase the reliability and robustness of projects.