發布日期：2022-04-17 點擊率：93
Box Pc，經過二十年的發展已經逐漸滲入到不同的嵌入式系統市場，然而，然而現有的Box Pc的外殼設計似乎并不能滿足市場的要求，其中包括：堅固的系統、不同應用領域的差異性、良好的機械性能以及良好的散熱性能。 專用的Box PC已經能應對復雜的需求，為選擇真正適合的產品，OEM與集成商必須深入理解Box PC的內部構造。本文將揭開Box PC的外殼，深入探討這類產品的工程原理及其冷卻系統設計。 20年來，桌面型計算機技術已逐漸滲透到不同的嵌入式系統市場。通常，這些原動力均來自于大家已熟悉的軟件與開發工具、使用者接口、儲存裝置與基本I/O接口等。在這段期間內，為了使電子產品更加微型化，業界催生了小型尺寸（SFF）的主板。這種主板僅針對A/D轉換、圖像采集、固態儲存、無線通訊以及其它每一種獨特應用所要求的I/O，提供所需的少量擴充接口。 雖然小型尺寸主板和現成的I/O卡已相當普遍，不過，完整的‘Box’解決方案也同樣有一些進展：針對辦公環境應用的桌面型ATX規格直立式計算機( ‘tower’ PC)，范圍包括從護理站IT系統，到視訊監控系統等。隨著時間推移，桌面型計算機OEM廠商所開發的小型計算機也逐步擴大其滲透率。 在這個市場中，有兩種不同的產品發展方向。過去10年來，諸如平板計算機 (panel PC)與工業計算機用機箱等完全整合型解決方案，已被廣泛應用于人機界面 (Human-Machine Interface, HMI)、信息亭（Kiosk），甚至是FDA認證的醫療設備等應用領域。另一方面，快速普及的Mini-ITX規格主板，也讓嵌入式供貨商與桌面型設備供貨商在從工業控制到數字廣告牌等應用領域中展開激烈競爭。 這是一個高度競爭的市場，所謂的成本最佳化，意味著必須采用高散熱設計功耗（thermal design power, TDP）的處理器、冷卻風扇以及旋轉式磁盤驅動器。圖1所示的ADlink MK-100是針對嵌入式應用的Mini-ITX系統。該系統支持Core?2 Duo處理器、3.5寸硬盤、具有一個超薄型CD-ROM光驅、內建ATX電源、以及根據所安裝的主板而定的，可用于PCI Express?卡或PCI?卡的擴展卡接口。該系統外形尺寸為8.8 x 10英寸，大約與一張紙相當。同時，由于采向右展型的接口轉接卡 (right angle riser card) 設計，其高度僅3.3英寸。這套解決方案適合具有風扇及旋轉式磁盤的高性能室內應用。 更強固的系統 目前，市面上的Box PC普遍不夠堅固，舉例來說，在一些戶外應用中，某些情況下，構建一款解決方案是以模塊化的概念為基礎，在一開始時，可能采用便宜的主板，但到了系統級階段再加以強固化(ruggedizing)。不過，只要進行一些改良，例如透過散熱膠、間隙填充物（gap filler，可用在產生熱量的組件間填縫，消除間隙以降低熱阻，進行散熱）與散熱銅管（copper chimneys）等，將處理器與芯片組的熱傳導到金屬外殼，就有可能形成無風扇的設計。只要移除風扇與旋轉式的存儲介質，即可顯著提升可靠度，縮短平均故障間隔（mean time between failures, MTBF）。 即使一款解決方案能夠通過改善操作來通過熱測試，但仍需注意這整體組合的長期可靠性。畢竟，在一款Box PC中，所有電子裝置的可靠度都會隨著內部溫度的上升而直線下降。 散熱設計必須同時考慮幾項要點。首先，必須將熱源與外部外圍環境之間的熱阻減至最少。熱傳導解決方案中，每一個部件均包含了一個會依照其熱屬性而升溫的接口。這種最佳的解決方案能同時做到與表面接觸，又具有緩沖性（z軸行程），因此能預防空氣間隙成為隔絕層，并從而導致溫度的升高。
圖1：搭載了Intel? Core?2 Duo處理器的凌華MK-100 Mini-ITX系統。
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