Single Board Computer (SBC) - Industrielle eingebettete Computer

Produktspezifikationen

Technische Details und Fertigungskontext für Single Board Computer

Technische Definition

Ein Single Board Computer (SBC) ist ein vollständiges Computersystem, das auf einer einzigen Leiterplatte (PCB) integriert ist. Es enthält einen Mikroprozessor, Speicher, Ein-/Ausgabe-Schnittstellen (I/O) und andere wesentliche Komponenten, die für einen funktionsfähigen Computer erforderlich sind. Im Gegensatz zu herkömmlichen Desktop-Computern mit separaten Hauptplatinen und Erweiterungskarten vereint ein SBC alle Kernfunktionen in einem kompakten, integrierten Design. Aufgrund ihrer geringen Größe, des niedrigen Stromverbrauchs und der Kosteneffizienz werden sie häufig in eingebetteten Systemen, der industriellen Automatisierung, Robotik, IoT-Geräten und Bildungsanwendungen eingesetzt. Dieser Verzeichniseintrag beschreibt einen generischen SBC mit typischen Spezifikationen, die für das jeweilige Modell verifiziert werden müssen. Die Platine basiert auf einem ARM Cortex-A72-Prozessor mit einer Taktrate von 1,5 bis 2,0 GHz. Sie bietet 2 bis 8 GB RAM und verwendet eMMC-5.1-Speicher. Die Leistungsaufnahme liegt zwischen 5 und 15 Watt, und sie arbeitet in einem Temperaturbereich von -40 bis 85 °C. Die Platine verfügt über zwei Ethernet-Ports, vier USB-Ports und 40 GPIO-Pins. Der Formfaktor ist Pico-ITX, und sie akzeptiert eine Versorgungsspannung von 9 bis 36 V DC. Die Luftfeuchtigkeitstoleranz beträgt 10 bis 90 % relative Luftfeuchtigkeit (nicht kondensierend), und die Schutzart ist IP40 gemäß IEC 60529, was nur für den Innenbereich geeignet ist. Das Gewicht beträgt 150 bis 200 Gramm ohne Kühlkörper. Verwendete Materialien umfassen FR-4-Leiterplatte, Silizium, Kupfer und Kunststoff. Diese Spezifikationen sind Referenzbereiche; bestätigen Sie immer die genauen Werte und Normen mit dem Hersteller oder Lieferanten vor der Beschaffung oder Integration.

Funktionsprinzip

Ein Single Board Computer funktioniert, indem er über seine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) im Speicher gespeicherte Anweisungen ausführt. Die CPU holt Anweisungen aus dem Speicher, dekodiert sie und führt arithmetische, logische, Steuer- oder Eingabe-/Ausgabeoperationen aus. Eingangssignale werden über verschiedene Schnittstellen (wie USB, Ethernet, GPIO-Pins) empfangen, von der CPU und zugehörigen Komponenten verarbeitet, und Ausgangssignale werden erzeugt, um externe Geräte zu steuern oder Daten zu kommunizieren. Das Betriebssystem oder die Firmware verwaltet Hardware-Ressourcen und bietet eine Umgebung für die Ausführung von Anwendungen.

Hauptmaterialien

FR-4 Leiterplatte, Silizium, Kupfer, Kunststoff

Technische Parameter

Parameter	Typischer Bereich	Hinweise & Auswahlkriterien
Prozessortyp	ARM Cortex-A72 N/A	Das spezifische Modell oder die Architektur der zentralen Verarbeitungseinheit
Taktfrequenz	1.5–2.0 GHz	Betriebsfrequenz des Prozessors
Arbeitsspeicherkapazität	2–8 GB	Menge des auf der Platine installierten Arbeitsspeichers
Speichertyp	eMMC 5.1 N/A	Art des Onboard-Speichers (z.B. eMMC, SD-Kartensteckplatz, SATA)
Leistungsaufnahme	5–15 Watt	Typische Leistungsaufnahme im Betrieb
Betriebstemperatur	-40–85 °C	Temperaturbereich, in dem das Gerät zuverlässig arbeitet
Ethernet Anschlüsse	2 Stück	Anzahl der kabelgebundenen Netzwerkschnittstellen
USB Anschlüsse	4 Stück	Anzahl der Universal-Serial-Bus-Schnittstellen
GPIO Anschlüsse	40 Stück	Anzahl der universellen Eingangs-/Ausgangsanschlüsse
Bauform	Pico-ITX mm	Physikalische Abmessungen der Platine
Versorgungsspannung	9–36 V DC	Wide input range
Luftfeuchtigkeit	10–90 % RH	Non-condensing
Schutzart	IP40	Indoor use onlyIEC 60529
Gewicht	150–200 g	Without heatsink

Die Bereiche sind branchenübliche Richtwerte zur Angebotsvorbereitung und keine Zusage des Lieferanten. Bestätigen Sie jeden Wert und jede Norm vor der Bestellung beim rechtlichen Hersteller.

Komponenten / BOM

Zentraleinheit
Führt Befehle aus und führt Berechnungen für das Computersystem durch
Material: Silizium mit verschiedenen Metallschichten
Speichermodul
Speichert Daten und Befehle für den sofortigen Zugriff durch die CPU
Material: Silizium mit Metallverbindungen
Spannungsregelungsschaltung
Wandelt und regelt die Eingangsspannung auf geeignete Spannungen für die Leiterplattenkomponenten
Material: Halbleiter, Kondensatoren, Induktivitäten auf Leiterplatte
Eingangs-/Ausgangsschnittstellen
Bietet Konnektivität für externe Geräte und Kommunikation
Material: Kupferleiterbahnen, Steckverbinder, Kunststoffgehäuse
Speichercontroller
Steuert den Datentransfer zwischen dem System und den Speichergeräten
Material: Silizium-Integrierter Schaltkreis
Netzwerkschnittstellensteuerung
Ermöglicht kabelgebundene oder drahtlose Netzwerkverbindungen
Material: Siliziumchip mit unterstützenden Bauteilen
Grafikprozessor
Bildwiedergabe und Videoverarbeitung
Material: Silizium-Integrierter Schaltkreis
Echtzeituhr
Hält die genaue Zeit auch bei ausgeschalteter Hauptstromversorgung
Material: Quarzkristall, integrierter Schaltkreis, Batterie
Kühlsystem
Ableitung der von elektronischen Bauteilen erzeugten Wärme
Material: Aluminium, Kupfer, Wärmeleitpaste
Erweiterungssteckerleisten
Bietet Anschlusspunkte für zusätzliche Module oder Peripheriegeräte
Material: Kupferstifte, Kunststoffgehäuse

Anwendung und Auswahl

Eignung und Auslegungsdaten

Betriebsgrenzen

Betriebsdruck:	entfällt (nur Betrieb bei Atmosphärendruck)
Weitere Spezifikationen:	Luftfeuchte: 5-95 % nicht kondensierend, Schwingung: 5-50 Hz bei 0,1 g, Schock: 50 g Spitze (11 ms Dauer)
Betriebstemperatur:	-40 °C bis +85 °C (Industrieausführung), -20 °C bis +70 °C (kommerzielle Ausführung)

Montage- und Anwendungskompatibilität

Industrielle SchaltschränkeEingebettete KiosksystemeLabor- und Prüfgeräte

Nicht geeignet: Stark schwingende mobile Plattformen (z. B. Baumaschinen, Fahrzeuge)

Auslegungsdaten

Erforderliche E/A-Schnittstellen (USB, Ethernet, Anzahl GPIO)
Anforderungen an die Rechenleistung (CPU-Kerne, Taktfrequenz)
Anforderungen an Speicher (RAM, Flash-Kapazität)

Ergänzende technische Angaben

Technische Bewertung

Betriebsbereich

0-85 °C Umgebungstemperatur, 4,75-5,25 V DC Eingangsspannung, 0-95 % relative Feuchte (nicht kondensierend)

Belastungs- und Ausfallgrenzen

Sperrschichttemperatur über 125 °C bei siliziumbasierten Mikroprozessoren, Eingangsspannung über 5,5 V DC, anhaltende Luftfeuchte über 95 % rF

Thermisches Durchgehen, sobald die Sperrschichttemperatur die Höchstgrenze von Silizium (125 °C) überschreitet; dielektrischer Durchbruch der MOSFET-Gates bei Überspannung; elektrochemische Migration auf den Leiterbahnen bei hoher Luftfeuchte

Fertigungskontext

Single Board Computer wird innerhalb von Herstellung von Computern, elektronischen und optischen Erzeugnissen nach Material, Prozessfenster und Prüfanforderungen bewertet.

Risiken, Wartung und Normen

Zuverlässigkeits- und Risikoanalyse

Ausfallmodus und Ursache

Thermisch bedingtes Versagen der Lötstellen

Ursache: Zyklische Wärmedehnung und -schrumpfung durch Ein- und Ausschaltvorgänge oder unzureichende Kühlung führt zu Mikrorissen in den Lotkugeln von BGA-/CSP-Gehäusen.

ESD-Schädigung der ICs

Ursache: Unsachgemäße Handhabung bei Montage und Wartung ohne ESD-Schutz oder unzureichende Schirmung der Leiterplatte in rauen Umgebungen führt zu latenten oder sofortigen Bauteilausfällen.

Wartungsindikatoren

Zeitweise Systemabstürze oder Startfehler unter Last (Hinweis auf thermische Probleme oder Probleme der Spannungsversorgung)
Sichtbar aufgeblähte oder auslaufende Kondensatoren bzw. verbrannte Bauteile auf der Leiterplatte

Technische Hinweise

Aktive Kühlung mit Wärmeleitmaterialien und Umgebungsüberwachung einsetzen, um die Betriebstemperatur innerhalb der Herstellerangaben zu halten.
Die Leiterplatte mit Schutzlack versehen und bei jeder Handhabung Erdungs- und ESD-Vorschriften einhalten, um vor Feuchtigkeit und elektrischer Schädigung zu schützen.

Konformität und Fertigungsnormen

Referenznormen

CE-Kennzeichnung (EU-Richtlinie 2014/35/EU – Niederspannungsrichtlinie)IPC-A-610 (Abnahmekriterien für elektronische Baugruppen)

Fertigungsgenauigkeit

Maßtoleranz der Leiterplatte: +/-0,2 mm
Bestückungsgenauigkeit: +/-0,1 mm

Qualitätsprüfung

Automatische optische Inspektion (AOI)
In-Circuit-Test (ICT)

Fehleranalyse

FMEA · Fehleranalyse

Ursache → Fehlermodus → Engineering-Maßnahme

ESD-Ereignis über 2000 V HBM → Durchbruch des Gateoxids in CMOS-Transistoren mit dauerhaftem Kurzschluss → Integrierte ESD-Schutzdioden an allen E/A-Pins mit 6,8 V Klemmspannung sowie Leiterplattenlayout mit Masseflächen und impedanzkontrollierten Leiterbahnen

Dauerbetrieb bei 100 % CPU-Last mit unzureichender Wärmeabfuhr → Thermische Drosselung mit anschließendem Systemstillstand, sobald die Sperrschichttemperatur 125 °C überschreitet → Aktive Kühlung mit Kühlkörper von weniger als 5 °C/W Wärmewiderstand, Wärmeleitmaterial mit über 3 W/m·K Leitfähigkeit und Temperaturüberwachung mit automatischer Lastreduzierung

Beschaffungscheckliste

Keine Kundenbewertung und keine Echtzeitdaten. Prüfen Sie diese Unterlagen vor einer Bestellung.

Technische Dokumentation

Aktuelle Zeichnungen, Revisionsstand und Spezifikationsblatt anfordern.

Fertigungsfähigkeit

Anlagen, Prozessgrenzen und nachvollziehbare Fertigungsbelege prüfen.

Prüfbarkeit

Prüfmethoden, Messmittel und rückverfolgbare Prüfberichte bestätigen.

Lieferantentransparenz

Rechtsträger, Standort, Zertifikatsumfang und direkte Kontakte prüfen.

Die Kriterien dienen als Orientierung für technische Einkaufsprüfungen. Konkrete Kunden, Länder, Bewertungsdaten oder Live-Nachfragen werden nur angezeigt, wenn entsprechende belastbare Daten vorliegen.

Hersteller von Single Board Computer

11 Unternehmen führen dieses Produkt in ihrem eigenen Sortiment. Die Unternehmensangaben stammen von der jeweils eigenen Website; jede Karte nennt die Grundlage der Zuordnung.

Geniatech

Shenzhen, China (Fertigung laut offizieller Website; Auftragsstandort noch zu prüfen) · CN

Die eigene Seite zum XPI-3566 und die Spezifikation bieten einen kompletten RK3566-Einplatinencomputer mit Cortex-A55, Speicheroptionen und E/A; die chinesische und englische About-Seite nennen Eigenfertigung, die chinesische Fußzeile nennt ein Unternehmen in Shenzhen. 0,8 TOPS ist die native NPU, 26 TOPS gilt nur für eine kundenspezifische Erweiterung; Softwarekompatibilität, Umweltklasse, Kühlung und Lieferkonfiguration anhand von Mustern und Auftrag abnehmen.