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工控主板與商用主板的全面對比

發(fā)布時(shí)間:2020-11-28 10:10:18 瀏覽次數(shù):1944

關(guān)鍵詞:超低功耗 無風(fēng)扇 嵌入式 工控主板 工控機(jī) 商用主板 鉭電容電解電容 耐高溫CPU

 

在我們的工作和生活中,很多人會接觸到商用主板和工控主板,很多人問到商用主板和工控主板有什么區(qū)別?工控主板到底有什么好?好在哪里?為什么工控主板的價(jià)格比商用主板高?本文對商用主板和工控主板做一個(gè)詳細(xì)的對比,具體介紹兩者間的區(qū)別。

 

1.主板元器件的用料與設(shè)計(jì):

商用主板:

商用主板由于其更新?lián)Q代的速度比較快,且對產(chǎn)品的穩(wěn)定性及使用環(huán)境的要求比較低,故此追求的是產(chǎn)品的時(shí)效性,以及本身產(chǎn)品的市場定位,對元器件選擇要求上一般只需滿足系統(tǒng)運(yùn)行2到3年的使用壽命即可(3年之后大部分已經(jīng)更新?lián)Q代了),元器件的用料上使用普通級別的就可以了。例如電容,商用主板都是大量使用普通的電解電容,一是出于商用市場產(chǎn)品的使用考慮,二是為降低主板的成本考慮。

工控主板:

1)工控主板的元器件

工控主板選料會選用經(jīng)過長時(shí)間,高要求驗(yàn)證元器件,用以保證產(chǎn)品在惡劣條件下高可靠性要求。例如工控主板的元器件需要適應(yīng)寬溫環(huán)境(-20℃~60℃),保證在惡劣環(huán)境下(壽命期內(nèi)永久開機(jī)、氣候惡劣、潮濕、振動、多塵、輻射、高溫等等)正常工作;主板元器件需要耐高溫、抗潮濕等等。

2)工控主板的電容

工控主板采用的是高質(zhì)量的貼片式的電解、鉭、陶瓷電容 ,即使使用的電解電容,對其品質(zhì)、性能及壽命要求也遠(yuǎn)高于商用產(chǎn)品。商用主板基本都是大量采用針腳式的大電解電容 ,因?yàn)榇箅娊怆娙莩杀镜汀⑷葜荡笠粋€(gè)可以頂多個(gè)貼片或坦電容。從性質(zhì)來說,電解電容穩(wěn)定性不及鉭電容、陶瓷電容高,壽命不及它們長,耐高溫程度不及它們好。貼片式電容比針腳式電容更加穩(wěn)定。從價(jià)格上,鉭電容比普通的電解電容要貴,且由于鉭電容的電容量較小,使用在主板上時(shí),需要使用更多數(shù)量的電容,單單鉭電容的成本就是電解電容的幾十倍,這也是導(dǎo)致工控主板比商用主板成本價(jià)格高的原因之一。

3)工控主板的PCB

商用主板采用的是4層PCB設(shè)計(jì),一般的PCB線路板分有四層,最上和最下的兩層是信號層,中間兩層是接地層和電源層,將接地和電源層放在中間。工業(yè)主板采用的是6層以上PCB線路板設(shè)計(jì),其設(shè)計(jì)是為了加強(qiáng)主板的抗電磁干擾、電磁兼容能力,增強(qiáng)主板的穩(wěn)定性等等。

4)工控主板的壽命

與商用主板2到3年使用壽命不同,大多數(shù)的工控主板壽命要求在3年以上,部分高品質(zhì)的工控主板,使用壽命甚至達(dá)到5—7年。

 

2.CPU的差異:

以往,商用主板的CPU與工控主板的CPU之間的差異不明顯,導(dǎo)致有部分最求最大利潤的商家用商用主板的CPU充當(dāng)工控主板CPU,賺取更多的利潤。但是,在2009年Intel成立專門為工控領(lǐng)域服務(wù)的嵌入式部門,商用CPU與工控CPU的差異則越來越大。

1)CPU的功耗和制程

    工控主板一般選用的是低功耗的CPU,以便適應(yīng)工控行業(yè)惡劣的環(huán)境應(yīng)用。在Atom N270 CPU之前,Intel并沒有專門的嵌入式部門,只把工控領(lǐng)域作為普通的CPU應(yīng)用行業(yè)。自2009年Intel正式成立嵌入式部門,意味著Intel將商用CPU和工控CPU正式分開,而且Intel對嵌入式工控領(lǐng)域的發(fā)展也越來越重視,相繼發(fā)布Atom N230、N270、N280等低功耗CPU,以區(qū)分商用CPU和工控CPU。在今后,Intel將為工控行業(yè)應(yīng)用研發(fā)更低功耗和制程,將南北橋部分功能整合在處理器上的CPU,以滿足工控行業(yè)的使用要求。

2)CPU的線路設(shè)計(jì)

    由于工控主板需要適應(yīng)寬溫、寬壓的工業(yè)應(yīng)用環(huán)境,工控主板對電壓的適應(yīng)范圍比商用主板更寬,工控主板的電壓范圍一般在9—20V之間。對于CPU的線路布局和設(shè)計(jì),要求更加精密。

3)抗電磁波干擾能力不同

由于普通商用主板的市場定位和良好的使用環(huán)境,其產(chǎn)品一般只會做商用級的電磁兼容測試,抗電磁波干擾能力較低。

工控主板由于其針對的是工業(yè)市場,對抗電磁波干擾能力要求較高,需要通過EMI、EMC等測試和認(rèn)證。這需要從兩個(gè)方面考慮,一是從主板的線路布局設(shè)計(jì)上考慮,二是從機(jī)箱選料和結(jié)構(gòu)、電源、接地情況上進(jìn)行考慮。

 

3.排產(chǎn)流程與檢測流程

工控主板很多時(shí)候是根據(jù)某種應(yīng)用開發(fā)出來的,可能只適應(yīng)某種應(yīng)用,所以它的使用量是很有限的,而商用主板是面對全民的,所以它一次性的投產(chǎn)可以非常大。由于產(chǎn)量的原因,工業(yè)主板會比商用主板的排產(chǎn)費(fèi)用分?jǐn)偢叱龊芏?。這也是造成工業(yè)主板與商用主板成本差異的一個(gè)方面。

一些大廠家對商用主板的測試是通過T3三道測試工序:ICT、FUNTION、MANU。絕大多數(shù)的廠家對商用主板只通過T1一道測試工序:ICT。甚至一些廠家為了節(jié)省成本連T1都沒有做,就直接將主板做銷售,將T級測試放到了用戶的身上,所以這類型的主板返修率特高(通常這些小廠的產(chǎn)品的服務(wù)態(tài)度非常好,有壞即換,給用戶很大的錯(cuò)覺)。

ICT 就是線路測試,是否有開路,短路,這個(gè)時(shí)候不加任何外設(shè)(CPU, DIMM(內(nèi)存)等治具),目的就是避免到后面funtion的時(shí)候燒壞治具。FUNTION 主要就是功能測試,會加上CPU,DIMM,等等外設(shè),做一次開機(jī)測試,這里會發(fā)現(xiàn)所有的問題,基本funtion通過就OK了。MANU 就是實(shí)測了,所有的外設(shè)全部接上,開機(jī)測試,檢測兼容性等等。

工控主板出產(chǎn)前是要嚴(yán)格通過多道測試工序一般T5~T7,除ICT、FUNTION、MANU外還要做的測試,如溫度、振動、安全性等測試,確保每片主板的質(zhì)量。

由于普通商業(yè)級主板的市場定位,其產(chǎn)品一般只會做電子產(chǎn)品需要的CCC認(rèn)證,長城認(rèn)證,民用級的電磁兼容認(rèn)證 工業(yè)級主板由于其針對的是工業(yè)市場,所以出于可靠度的需求,在每一款主板在上市前都會做CE EMC,F(xiàn)CC,QA realbility,CCC,震動,落下,等工業(yè)級要求測試認(rèn)證。

 

4.尺寸規(guī)格:

商用主板目前主要采用ATX架構(gòu);

工控主板為了適應(yīng)多種應(yīng)用環(huán)境,采用集成度高,體積小,多種尺寸規(guī)格的主板,包括3寸板、5寸板、ATX、Micro-ATX、LPX、半長卡、全長卡等各種規(guī)格。這里有一點(diǎn)需要注意,由于工控主板價(jià)格較高,部分商家用商用主板的材料做成工控主板的規(guī)格,以賺取更大的利潤空間。

 

5.接口的支持:

商用主板,往往只能提供4根PCI插槽,由于受制于PCI 規(guī)范,基本上PCI 4的驅(qū)動能力有相當(dāng)大的衰減,因此大多數(shù)商用主板僅提供3根PCI槽;

工控主板,由于其設(shè)計(jì)用料的工業(yè)性,除支持PCI插槽外,同時(shí)可以支持Mini PCI-E、PC 104+ 、COM口等接口,內(nèi)嵌GPIO總線,可以實(shí)現(xiàn)GPI,GPO功能,而且工業(yè)半長卡、全場卡能與底板配合更具擴(kuò)展性支持多個(gè)ISA、PCI、MINIPCI擴(kuò)展。

當(dāng)然3寸、5寸等嵌入式的主板是屬于定制類的規(guī)格,其擴(kuò)展性就不會考慮太多。

 

6.使用環(huán)境:

工控主板常在惡劣環(huán)境下工作(壽命期內(nèi)永久開機(jī)、氣候惡劣、潮濕、振動、多塵、輻射、高溫等等),而這些環(huán)境下是商用主板無法勝任,當(dāng)今商業(yè)主板大部分只能運(yùn)行在安定的環(huán)境下(工作時(shí)間短、室內(nèi)、常溫等等)。

 

7.工作溫度與散熱方式:

商用主板基本只能在5℃~38℃之間的環(huán)境溫度中使用,對機(jī)構(gòu)的散熱要求低,講究外觀夠炫夠酷。

工控主板可以在-20℃~60℃之間的環(huán)境中穩(wěn)定、無故障的工作,甚至某些工業(yè)主板采用特殊的寬溫設(shè)計(jì),溫度范圍可達(dá)-20度~70度。這對機(jī)構(gòu)的散熱方案,散熱效率都是一個(gè)嚴(yán)峻的考驗(yàn)。在工控主板機(jī)構(gòu)的散熱設(shè)計(jì)上,必須使用的特殊散熱設(shè)計(jì),甚至還采用全鋁制的機(jī)構(gòu)外殼,而且對CPU、南北橋和硬盤等發(fā)熱大戶,進(jìn)行特殊處理,保證工控主板和整機(jī)的正常運(yùn)行。

很多工控機(jī)由于在惡劣的應(yīng)用環(huán)境下(例如潮濕、振動、多塵、輻射、高溫等等應(yīng)用環(huán)境)使用,空氣中的塵埃和鹽分,都會對主板造成腐蝕,影響主板的正常使用,因此很多工控機(jī)有必要采用無風(fēng)扇的機(jī)箱結(jié)構(gòu),防止惡劣環(huán)境對系統(tǒng)造成傷害。但是全密封無風(fēng)扇的結(jié)構(gòu),因?yàn)闊嵩吹幕ハ喔蓴_,對主板的性能和穩(wěn)定性的要求比較高,對機(jī)構(gòu)的散熱方式和散熱效能的要求很高,務(wù)必要將積熱有效散發(fā)出去。

 

8.管理性:

商用主板只提供最簡單的遠(yuǎn)程管理(通過連接網(wǎng)絡(luò),使用第3方的軟件,如REAL VNC,PC ANYWHARE等實(shí)現(xiàn))。

工控主板除了可以提供類似的遠(yuǎn)程連接管理外,還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無人值守的自動開關(guān)機(jī)功能。通過內(nèi)嵌的IPMB,SMNP-1000模塊,可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行信息的管理、記錄、發(fā)送功能。

 

9.客制化:

商用主板一但生產(chǎn)出來就無法再針對市場需求更改,完全無用戶化的設(shè)計(jì),用戶只能選擇通用型的主板。

在工控領(lǐng)域,很多工控主板可以靈活的滿足一些客戶后續(xù)的特殊需求而實(shí)現(xiàn)用戶的定制化,更好、更完美配合客戶的使用需求環(huán)境。

 

10.存儲界面:

商用主板只提供常見的存儲界面IDE和SATA;

工控主板可以提供IDE、SATA、CF卡等多樣化的存儲界面。

 

11.保護(hù)功能:

商用主板沒有提供的任何的保護(hù)功能;

工控主板通過特殊設(shè)計(jì),在遇到死機(jī)等異常情況,可以實(shí)現(xiàn)看門狗自動重新啟動、防浪涌沖擊等功能,全力的保證系統(tǒng)在惡劣環(huán)境的高穩(wěn)定性的要求。

 

12. 市場規(guī)模

商用主板以標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品為主、產(chǎn)量以及市場規(guī)模較大、可輕易轉(zhuǎn)換成其他品牌的主板。

工控主板以客制化產(chǎn)品為主、產(chǎn)量以及市場規(guī)模比較小、轉(zhuǎn)換成其他品牌的主板成本較高,因此選用工控主板的用戶,一般情況下不會輕易轉(zhuǎn)換其他品牌。

 

總結(jié):

從以上種種可以清晰了解到,工控主板從設(shè)計(jì),用料,生產(chǎn),制造都是經(jīng)過嚴(yán)格的篩選和測試,保證工控用戶正常、高可靠性的使用。同時(shí)也應(yīng)該了解為什么工業(yè)主板會比商用主板貴。

雖然工業(yè)主板貴,但其穩(wěn)定、低功耗的特點(diǎn)使用戶在使用過程中能極大降低其使用及維護(hù)成本,現(xiàn)在越來越多的用戶已經(jīng)意識到工控主板的優(yōu)勢,在一些對使用環(huán)境及穩(wěn)定性要求比較高的場合,很多以前使用商用主板的客戶也開始改用工業(yè)主板了,因?yàn)閷τ谝恍┕こ添?xiàng)目來說,采用工業(yè)主板后,減少了后期的人工維護(hù)成本和使用成本,而且提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

近幾年,隨著技術(shù)的進(jìn)一步成熟,工控主板的銷售量越來越大,工控主板的成本也大幅度下降,其價(jià)格與商用主板的價(jià)格也不斷拉近,一些對電腦功能要求單一但穩(wěn)定性要求高的場合,如多媒體廣告系統(tǒng)、證券交易系統(tǒng)、智能家居等等很多都改用了工控主板。另外,一些傳統(tǒng)使用單片機(jī)應(yīng)用的行業(yè),如機(jī)床控制也開始改用X86結(jié)構(gòu)工控主板,因?yàn)楣た刂靼鍍r(jià)格在用戶接受范圍,并能達(dá)到高穩(wěn)定性,在X86架構(gòu)下大大減輕了軟件編程難度,大大降低人工成本。

   工控主板的應(yīng)用面越來越廣,也證明了用戶對主板品質(zhì)要求的提高,但也不能盲目的一味要求品質(zhì),在應(yīng)用的時(shí)候需要明確需求,什么場合什么環(huán)境應(yīng)用什么主板??傊痪湓挘?strong>適用的才是最好的!

愿廣大用戶能真正了解自己的需求,選著最適合自己應(yīng)用的產(chǎn)品。祝大家工作順利!

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