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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Lebensdauer uC <=> Frequenz & Spannung


Autor: Ping Pong (Gast)
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Hallo,

habe eigentlich eine einfache Frage:

Wie verhält sich die Lebensdauer eines uCs bei Änderung der
Taktfrequenz bzw. Spannung ?
Natürlich wird dabei nicht über die zulässigen Bereiche variiert.
Man nehme an, dass die Temperatur gleich bleibt.

Z.B.:
uC 10 Mhz -> Lebensdauer x Jahre (24h/7)
uC 40 Mhz -> Lebensdauer ? Jahre (24h/7)

uC 5 V -> Lebensdauer y Jahre (24h/7)
uC 3 V -> Lebensdauer ? Jahre (24h/7)

Man sollte doch annehmen, dass die Lebensdauer eines uCs zumindest
linear mit steigender Taktfrequenz sinkt (Temp.einfluss soll
vergleichsweise nicht berücksichtigt werden) ?

Hat jemand Erfahrung damit ?
Ziel ist es eine uC-Schaltung aufzubauen die möglichst lange
funktionieren soll.

Autor: Wolfgang (Gast)
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Hallo,

ich empfehle DIr bei dem jeweiligen Hersteller nachzufragen. Zumal ein
Controller ja verschiedenartigste Technologien enthält (analog,
digital, Speicher ....)

Gruß

Wolfgang   www.ibweinmann.de

Autor: Drei Newton (3_newton)
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Ganz grob kann mal wohl sagen jeweniger Strom fließt und je kälter das
Ding ist, desto länger hält es. Demmnach ergeben auch niedrigere
Taktfrequenzen evtl. eine etwas längere Haltbarkeit.
Wie lange solls denn halten?

Autor: Ping Pong (Gast)
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In den datasheets findet man bezüglich dieser Fragestellung nichts.
Ich werde es auch im microchip Forum versuchen.

Dass mehr Spannung und Frequenz ohne zutun die Temp. steigen lassen ist
auch klar, wodurch die Lebensdauer sinkt.

Aber angenommen die Temp. bleibt const., was ist dann ?

In irgendeiner Weise muss doch auch die Anzahl der Zyklen in die
Lebensdauer einfließen. D.h. bei einer bestimmten Temperatur kann der
Baustein 10^x mal flippen, dann ist er hinüber...

Ich will einen 18F für eine Haustechnik Applikation verwenden, d.h. die
Lebensdauer sollte so lange wie möglich sein z.B. 20 Jahre...

Autor: pete (Gast)
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"Haustechnik Applikation" was genau?

Autor: Benedikt (Gast)
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Viel wichtiger als alleine die Taktfrequenz sind Faktoren wie
Spannungsstabilität, Spannungsspitzen, Temperaturschwankungen usw.

Wenn du ganz sicher gehen willst, solltest du automotive Teile
verwenden, die sollten das alles besser überstehen.

Autor: Klaus____ (Gast)
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Die Microcontroller-Hersteller geben für die Daten im Flash-Speicher
eine bestimmte Haltbarkeitszeit an. Bei manchen sind es nur 2 Jahre,
bei Microchip sind es glaube ich 10 bis 100.

Autor: Johnny (Gast)
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Wenn uC's innerhalb der Spezifikationen betrieben werden, dann würde
ich mal schätzen, dass der Flash Speicher als erstes den Geist aufgibt.

Autor: Jörg Rehrmann (Firma: Rehrmann Elektronik) (j_r)
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Schaltvorgänge verursachen bei Halbleitern normalerweise keinen
Verschleiss. Deshalb hat die Taktfrequenz selbst nur wenig Einfluss auf
die Lebensdauer. Solange die Grenzdaten nicht überschritten werden und
die Temperatur einigermassen konstant und niedrig ist, können die Teile
praktisch ewig halten. Schwachpunkt bei µCs sind eher die
programmierbaren Programmspeicher (Flash, EPROM). Da kann nach 10
Jahren schonmal ein Bit umkippen und das ganze System lahmlegen. Die
Speicherzellen bestehen aus winzigen Kondensatoren, deren Ladung über
lange Zeit erhalten bleibt. Ein kleiner Fehler in der Isolation oder
kosmische Strahlung können die Ladung soweit verfälschen, dass ein Bit
sporadisch oder permanent nicht mehr richtig gelesen werden kann.

Jörg

Autor: Winfried (Gast)
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20 Jahre sollten mit den meisten Microcontrollern, egal wie betrieben,
kein Problem darstellen. Innerhalb der Herstellerspezifikation
natürlich.

Das sollten sie auch, werden die doch z.B. im Auto verwendet, wo 20
Jahre schon garantiert sein sollten. Ebenso bei Fernsehapparaten,
Waschmaschinen, Trocknern etc.

Das Transistorelektronik auch 50 Jahre und länger halten kann, damit
haben wir ja bereits Langzeiterfahrung. Warum sollte das bei
Controllern anders sein. Und das ein Flash z.T. mit 100 Jahren
Datenerhalt spezifiziert ist, macht auch da Hoffnung, dass das
funktioniert. Geräte mit Eproms laufen ja teilweise auch schon 30
Jahre.

Wärme wird ein entscheidendes Stichwort bei der Haltbarkeit sein. Ein
AVR bei 10-20 MHz erhitzt sich nirgendwo so, dass man von schneller
Alterung ausgehen kann.

Autor: Daniel W. (danie)
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meine erfahrung sagt dass entweder der interne speicher irgentwann
"vergisst" dies ist im datenblatt angegeben.

häufiger:
elkos verrecken spannungsregler gehen ein stecker oxidieren oder
irgenteiner leert brühe hinein (schon in den seltsamsten geräten
entdeckt wie lichtschalter sicherungsautomaten etc stirnrunzel)

grüße danie

Autor: Johnny (Gast)
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Einem Kollegen ist auch schon eine Play Station untergekommen, auf
welche eine Katze gepinkelt hat.
Aber da kann ja die Elektronik auch nichts dafür....

Autor: Läubi (Gast)
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ggf ne OTP Version die dürften doch sogar noch länger halten oder?

Autor: Jörg Rehrmann (Firma: Rehrmann Elektronik) (j_r)
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@Läubi:
Meines Wissens sind OTPs einfach nur fensterlose EEPROM-Versionen
(weiss nicht, ob es Unterschiede auf Chip-Ebene gibt). Die sind zwar
resistent gegen Licht, aber nicht gegen ionisierende Strahlung und
sonstige Ursachen der Vergesslichkeit, denen auch Flash- oder
EPROM-Versionen unterliegen. Wer die Möglichkeit dazu hat, kann ja mal
versuchen, ein OTP mit Röntgenstrahlen zu löschen.

Jörg

Autor: Jörg Rehrmann (Firma: Rehrmann Elektronik) (j_r)
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"Meines Wissens sind OTPs einfach nur fensterlose EEPROM-Versionen"
sorry, ich meine natürlich EPROM-Versionen

Autor: Läubi (Gast)
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Naja aber bei nem OTP wird doch meist was "ruasgebrannt" so das es
irreversibel ist, nen Flash muß ja rücksetzbar sein, daher hatte ich
vermutet das das dann länger hält

Autor: Daniel W. (danie)
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der dateninhalt in eepromartigen speichern hält imho auch sehr lange im
vergleich zu flash oder eeprom

Autor: A.K. (Gast)
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@Läubi: EPROM,EEPROM,Flash verwenden im Prinzip alle die gleiche
Technik, das Floating Gate. EEPROM und Flash können aber das Gate auch
per Tunneleffekt entladen, EPROM nicht. Auch OTP lässt sich per UV
löschen, wenn man den Deckel wegkriegt ohne den Chip zu töten.

Unterschiede in der Lebensdauer sind daher nicht so sehr dem Prinzip zu
verdanken, sondern der konkreten Implementierung. Siehe auch
NAND/NOR-Flash, Multilevel-Cells usw.

Wirklich weggebrannt wurde bei den uralten PROMs (z.B. SN74188), mit
ähnlicher Methode wie bei PALs. Aber auch da konnte man Pech haben:
Wenn die Programmierung nicht ganz korrekt erfolgte, konnte sich das
Teil u.U. wieder "reparieren".

Autor: Philipp Burch (philipp_burch)
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Also wenn man's ganz sicher und aufwändig haben will, wäre es evtl.
eine Möglichkeit, dass sich der Chip alle paar Wochen oder so selbst
neu programmiert. Also zwei Bootloader, die jeweils ein paar Byte aus
dem Flash lesen und wieder am gleichen Ort hinschreiben. Die beiden
Bootloader müssen sich dann natürlich jeweils gegenseitig auch
überschreiben, sonst wird's nicht funktionieren.

Autor: A.K. (Gast)
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Was immer empfehlenswert ist: CRC über den ROM- und EEPROM-Inhalt
berechnen und gelegentlich überprüfen.

Autor: Rufus Τ. Firefly (rufus) (Moderator) Benutzerseite
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Wirklich lange halten maskenprogrammierte ROMs, die aber lohnen sich
erst ab gewissen Stückzahlen.
Drollig wird es, wenn in maskenprogrammierter Software ein Fehler
gefunden wird ... so schnell können Geldscheine gar nicht brennen.

Autor: Jörg Rehrmann (Firma: Rehrmann Elektronik) (j_r)
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@Philipp:

"Also wenn man's ganz sicher und aufwändig haben will, wäre es evtl.
eine Möglichkeit, dass sich der Chip alle paar Wochen oder so selbst
neu programmiert"

So sicher ist das auch nicht. U.U. riskiert man durch das permanente
Neuschreiben sogar eine höhere Fehlerquote. Zunächst müßte man wissen,
wie die Angaben der Lebensdauer der Daten zu verstehen ist und in
welcher Weise die Fehler auftreten. Eine Daten-Lebenserwartung von 100
Jahren kann z.B. bedeuten, dass nach 100 Jahren bei 50% aller Exemplare
mindestens ein Fehler aufgetreten ist. Wenn Du 10.000 Stück davon
verbaust, müßtest Du bereits nach wenigen Tagen mit den ersten
Ausfällen rechnen.
Weiterhin ist die Frage, ob die Ladung der Gates kontinuierlich
entfleucht oder schlagartig, z.B. durch einen Treffer eines
energiereichen Teilches aus der kosmischen Strahlung. In letzeren Fall
bringt die "Refresh-Methode" garnichts.
Ich würde da einen redundanten Programmcode mit Fehlerkorrektur
vorziehen. Eine Prüfroutine würde dann den Programmcode regelmäßig
überprüfen und im Fehlerfall die defekten Daten rekonstruieren und neu
schreiben.

Jörg

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