資料介紹
功能安全是諸多行業(yè)整體安全策略的一部分,其目的是將對人或作業(yè)設(shè)備造成傷害的概率降至可接受的范圍以內(nèi)。近年來,人們對系統(tǒng)功能安全的要求顯著增長。從核電站到醫(yī)療設(shè)備,無故障系統(tǒng)已成為部分應(yīng)用的理想選擇,也是其他應(yīng)用的必備條件。例如,在傳感領(lǐng)域,獲取的數(shù)據(jù)如果不正確或遭到損壞,結(jié)果可能具有破壞性,甚至可能致命,具體取決于系統(tǒng)和所涉及的風險級別。
傳統(tǒng)上,系統(tǒng)開發(fā)人員有責任將診斷和故障預(yù)防機制集成到其產(chǎn)品當中,確保來自傳感IC的數(shù)據(jù)的完整性。但其代價是會增加PCB面積、物料成本和處理開銷,最終會導致費用增加。從那時起,通過與系統(tǒng)設(shè)計工程師的廣泛合作,人們開發(fā)出了一種解決方案來解決這個問題。為此,人們已經(jīng)開始在IC級設(shè)計中考慮功能安全特性。
本文旨在從確保數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)整體完整性的角度,探討通過ADC實現(xiàn)功能安全的潛力。C 級設(shè)計中考慮功能安全特性。
傳統(tǒng)的功能安全解決方案與更佳的方式
在圖1中,我們看到的例子是一個多年以前的功能安全系統(tǒng),我們將它與更現(xiàn)代的解決方案進行比較。其核心是數(shù)據(jù)采集ADC,它負責轉(zhuǎn)換模擬輸入并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)?a target='_blank' class='arckwlink_none'>微控制器。然而,要實現(xiàn)這一解決方案,需要采用許多外部元件,重復(fù)執(zhí)行SPI事務(wù),甚至需要一個冗余ADC,結(jié)果極大地增加了物料成本、PCB面積、處理開銷和成本。同時還會給系統(tǒng)設(shè)計人員帶來額外的負擔,比如,增加開發(fā)時間,降低可靠性等。
有一種單IC解決方案,只需極少的外部元件即可運行功能安全特性。
具有功能安全要求的示例系統(tǒng)
在包含ADC的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中,可能發(fā)生多種故障,根據(jù)具體的應(yīng)用,這些故障可能會增加人或機器的健康風險。系統(tǒng)設(shè)計師必須區(qū)分可接受的風險和不可接受的風險。
例如,在氣室壓力測量和調(diào)節(jié)系統(tǒng)中,如果罐內(nèi)壓力不能大幅偏離外部壓力,則可將使用容差為5%的傳感器的做法視為可接受的風險。然而,如果微控制器接收到錯誤的ADC數(shù)據(jù),結(jié)果可能導致致命的事故,腔室中的壓力可能導致內(nèi)爆或外爆,這兩種情況都有可能導致附近的人受傷或死亡。這種風險水平是不可接受的。因此,必須實施一些功能安全措施,確??刂破鹘邮盏?a target='_blank' class='arckwlink_none'>信息的完整性。
可能導致這類錯誤的一些故障源為
* 電源:電源電壓低,低壓差(LDO)調(diào)節(jié)器的輸出電壓低;
* 模擬前端(AFE):傳感器受損,或放大器驅(qū)動到ADC的電壓不正確;
* 數(shù)字邏輯:數(shù)字域中發(fā)生可能影響轉(zhuǎn)換結(jié)果的誤碼。例如,工廠增益或偏移調(diào)整系數(shù);
* SPI 傳輸:由于傳輸線環(huán)境嘈雜,轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳輸和命令的接收中存在誤碼;
* 環(huán)境:超出IC的額定環(huán)境溫度。
AD7768-1是 ADI 公司功能安全產(chǎn)品組合中的Σ-Δ ADC之一,具有廣泛的診斷特性,能賦予用戶誤碼檢測和診斷以及其他能力。圖2突出顯示了典型壓力檢測系統(tǒng)中的部分可能故障源。
用ADC診斷系統(tǒng)錯誤
借助ADI公司的ADC功能安全產(chǎn)品組合,用戶可以用ADC幫助診斷和/或減少系統(tǒng)錯誤。這種系統(tǒng)誤差測量能力對于保持精確測量極為重要,并且在具有功能安全要求的系統(tǒng)中,這種準確性甚至更加重要。
從參考輸入獲取的正負滿量程電壓用于測量系統(tǒng)的增益誤差。通過零電平內(nèi)部短路測量失調(diào)誤差。然后,用戶可以使用ADC的增益和失調(diào)調(diào)整寄存器來調(diào)整系統(tǒng)的失調(diào)和增益誤差性能。
溫度傳感器識別IC局部溫度的變化,包括超范圍溫度。在對失調(diào)和增益誤差溫度漂移敏感的系統(tǒng)中,這可能是一項具有吸引力的功能。如果溫度變化較大,用戶可能會決定在該新溫度下調(diào)整增益和失調(diào)誤差。圖3說明了如何在AD7768-1內(nèi)部將模擬診斷多路復(fù)用器連接到ADC。
診斷錯誤標志:寄存器映射診斷狀態(tài)指示器
可以使能多個診斷特性,并且通??梢酝ㄟ^寄存器映射將其狀態(tài)告知用戶。發(fā)生故障時,會在寄存器中設(shè)置錯誤標志。用戶可以在收到故障警報后進一步調(diào)查。
接下來,我們探討可能發(fā)生并且可以通過ADI功能安全ADC產(chǎn)品組合進行診斷的一些真實故障。我們首先假設(shè),我們的壓力傳感器系統(tǒng)裝在一個工廠里,其工作溫度波動不定,由于基本維護工作而多次停電,并且周圍工業(yè)環(huán)境產(chǎn)生的電磁干擾(EMI)有可能被傳導至系統(tǒng)PCB上。
ADC電源錯誤
我們假設(shè),由于工作環(huán)境溫度高,并且系統(tǒng)功率循環(huán)會引起電流沖擊,所以,負責ADC的LDO電源輸出的LDO電容已經(jīng)磨損和損壞。使這些輸出維持在已知電壓,需要采用一個外部電容,這對于整個系統(tǒng)正常工作至關(guān)重要。如果電容器因該故障損壞,用戶可能會發(fā)現(xiàn),轉(zhuǎn)換后的ADC數(shù)據(jù)或其他功能的性能會出乎意料。通過使能LDO監(jiān)視器,一旦電壓電平降至某個跳變點以下,系統(tǒng)會設(shè)置錯誤標志以提醒用戶LDO輸出的問題。
模擬前端錯誤
我們假設(shè),在該系統(tǒng)中,ADC的輸入不得超過ADC的滿量程范圍。如果用戶意外地將不正確的值編程到增益寄存器,導致ADC看到的電壓大于滿量程范圍,結(jié)果就會極大地影響系統(tǒng)的增益誤差性能,我們應(yīng)該將此視為一種嚴重的風險。但是,濾波器飽和錯誤檢查器監(jiān)視ADC輸出,會提醒用戶注意超出范圍的模擬輸入。
數(shù)字邏輯隨機誤碼
在數(shù)字邏輯和存儲器模塊中偶爾會發(fā)生隨機誤碼。在我們的示例壓力系統(tǒng)中,我們假定,在上電期間加載默認出廠失調(diào)設(shè)置時發(fā)生了一個誤碼。這是一種無法容忍的故障,因為它會擾亂系統(tǒng)的默認失調(diào)誤差,影響轉(zhuǎn)換結(jié)果。在ADI功能安全ADC系列產(chǎn)品中,有一些功能可以定期在各種存儲器模塊上運行循環(huán)冗余校驗(CRC),并在發(fā)生誤碼時向用戶指示故障。通過重置系統(tǒng)可以解決所有這些故障。
SPI傳輸錯誤
每個沿介質(zhì)傳輸數(shù)據(jù)的系統(tǒng)都會產(chǎn)生一些誤碼??梢怨浪忝總€系統(tǒng)出現(xiàn)這種情況的速率,我們將其稱為誤碼率(BER)。
在我們的示例壓力系統(tǒng)中,可以假設(shè)BER小于10-7,通過數(shù)字隔離傳輸?shù)酵籔CB上的微控制器,傳輸距離為10厘米。 我們假設(shè),部分電磁干擾被傳導到SPI線路上,結(jié)果導致從AD7768-1到微控制器的轉(zhuǎn)換ADC數(shù)據(jù)傳輸中出現(xiàn)誤碼。如果掩蓋了氣室中任何正在積聚的壓力,ADC數(shù)據(jù)中的誤碼可能造成極大的破壞性。通過在發(fā)送數(shù)據(jù)的末尾附加CRC,用戶可以識別傳輸期間是否發(fā)生了誤碼,并且可以重新檢查ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果。
外部主時鐘錯誤
如果用戶需要在壓力傳感器應(yīng)用中拒絕主電源的頻率(50 Hz / 60 Hz),那么精確的低抖動外部主時鐘源對于將數(shù)字濾波器陷波與正確的頻率對齊至關(guān)重要。如果源斷開、破損或損壞,結(jié)果會成為一個大問題,因為主電源的某些頻率成分可能在轉(zhuǎn)換后的ADC數(shù)據(jù)中可見。
如果外部時鐘源未成功連接或已被移除,則外部時鐘認定器可向用戶指示錯誤。然后,用戶可以使用內(nèi)部RC振蕩器執(zhí)行緊急轉(zhuǎn)換,同時在外部主時鐘源上執(zhí)行基本維護。
POR標志
系統(tǒng)上電或成功復(fù)位后,ADC中的POR標志將置1。
但如果發(fā)生意外復(fù)位,用戶可能會在ADC數(shù)據(jù)中看到意外結(jié)果。他們可以通過檢查POR標志來識別這種意外復(fù)位。 圖4顯示了AD7768-1中有多少這些內(nèi)部診斷特性與它們要監(jiān)控的功能相關(guān)聯(lián)。
基于AD7768-1的終極功能安全解決方案
使用AD7768-1提供的功能安全特性,可以實現(xiàn)以下數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。用戶可以啟動器件并使能以下功能安全特性:
* SPI完整性監(jiān)視器
* LDO調(diào)節(jié)器輸出電平監(jiān)控
* 濾波器飽和度監(jiān)視器
* 外部時鐘認定器
* 內(nèi)部邏輯和存儲器CRC監(jiān)視器
* 可以使用內(nèi)部模擬診斷多路復(fù)用器驗證系統(tǒng)校準。LDO調(diào)節(jié)器輸出也可以通過這種方式進行驗證。
接下來,用戶可以使能這些功能,將8位狀態(tài)字節(jié)附加到24位數(shù)據(jù)流和8位SPI CRC字的末尾。基于8位命令字、24位數(shù)據(jù)流和8位狀態(tài)字計算8位CRC。如果用戶關(guān)注處理開銷量,可以使能連續(xù)回讀模式,這樣就無需提供8位命令。相反,用戶可以在為器件提供串行時鐘時輸出數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容,如圖6所示。
這樣即可實現(xiàn)一種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),其增益和失調(diào)誤差已經(jīng)過驗證,每次回讀ADC數(shù)據(jù)時都會向用戶提供診斷信息。
連續(xù)監(jiān)視LDO調(diào)節(jié)器輸出、模擬前端輸入、內(nèi)部數(shù)字邏輯和存儲器。用戶可以確定SPI通信的完整性,確保IC溫度已知。
許多行業(yè)對功能安全的要求不斷提高,對于對這些要求起到支撐作用的技術(shù)的要求也要相應(yīng)提高。ADI公司將在我們的產(chǎn)品組合范圍內(nèi)繼續(xù)開發(fā)這種技術(shù),幫助系統(tǒng)設(shè)計師實現(xiàn)功能安全理想。
AD7768-1可以大幅減輕客戶的負擔,并且該解決方案更緊湊、更簡單,還能降低處理開銷,滿足所需解決方案對物料成本的要求。這種單一組件模式還可以減輕系統(tǒng)設(shè)計師的負擔,幫助他們?nèi)〉迷O(shè)計安全完整性等級(SIL)認證。
- 從確保數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)整體完整性的角度,探討ADC實現(xiàn)功能安全的潛力
- 汽車ADC如何幫助設(shè)計人員在ADAS中實現(xiàn)功能安全
- 運用 DMA 功能實現(xiàn)高級定時器和 ADC 的同步觸發(fā)采樣
- 如何實現(xiàn)Kinetis ADC自校準
- 文本挖掘之概率主題模型綜述 16次下載
- 挖掘電子式電能計量的潛力
- 基于數(shù)據(jù)挖掘的核醫(yī)學文本關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘方法 4次下載
- 集成流挖掘和圖挖掘的內(nèi)網(wǎng)異常檢測方法 7次下載
- C8051F020實現(xiàn)ADC采樣芯片外的模擬電壓通過LCD顯示并通過串口發(fā)送到PC機 14次下載
- 采用過采樣技術(shù)實現(xiàn)更高的ADC分辨率 2次下載
- 基于關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘的安全審計系統(tǒng) 0次下載
- 基于GPRS的挖掘機監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)
- 中醫(yī)毒熱數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)
- 基于NET的挖掘機實時監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)
- 基于GPRS的挖掘機監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)
- 如何使用RA MCU中ADC窗口比較功能 202次閱讀
- 帶安全門的安全電路的功能實現(xiàn) 497次閱讀
- 學習STM32F103的ADC功能 1722次閱讀
- 如何實現(xiàn)S7-1500F安全PLC和S120的安全通信 1680次閱讀
- 如何通過Canvas組件實現(xiàn)涂鴉功能 2280次閱讀
- 如何操作ADC去讀取電壓 9761次閱讀
- 通過采用高速ADC技術(shù)實現(xiàn)1GHz帶寬RF數(shù)字化儀的設(shè)計 2322次閱讀
- 如何通過ADC實現(xiàn)功能安全 3393次閱讀
- 探討通過ADC實現(xiàn)功能安全的潛力 3144次閱讀
- 基于STM32內(nèi)置ADC實現(xiàn)簡易示波器的程序設(shè)計與實現(xiàn) 2.4w次閱讀
- 數(shù)據(jù)挖掘Apriori算法報告 5175次閱讀
- 介紹如何通過意法的STM32 MCU實現(xiàn)用DMA完成多通道的AD采樣功能 1.5w次閱讀
- 通過云計算來挖掘人工智能服務(wù)的優(yōu)勢分析 5170次閱讀
- 怎么學習數(shù)據(jù)挖掘_如何系統(tǒng)地學習數(shù)據(jù)挖掘 4725次閱讀
- 利用智能RFID系統(tǒng)挖掘增值潛力 531次閱讀
下載排行
本周
- 1TC358743XBG評估板參考手冊
- 1.36 MB | 330次下載 | 免費
- 2開關(guān)電源基礎(chǔ)知識
- 5.73 MB | 6次下載 | 免費
- 3100W短波放大電路圖
- 0.05 MB | 4次下載 | 3 積分
- 4嵌入式linux-聊天程序設(shè)計
- 0.60 MB | 3次下載 | 免費
- 5基于FPGA的光纖通信系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)
- 0.61 MB | 2次下載 | 免費
- 651單片機窗簾控制器仿真程序
- 1.93 MB | 2次下載 | 免費
- 751單片機大棚環(huán)境控制器仿真程序
- 1.10 MB | 2次下載 | 免費
- 8基于51單片機的RGB調(diào)色燈程序仿真
- 0.86 MB | 2次下載 | 免費
本月
- 1OrCAD10.5下載OrCAD10.5中文版軟件
- 0.00 MB | 234315次下載 | 免費
- 2555集成電路應(yīng)用800例(新編版)
- 0.00 MB | 33564次下載 | 免費
- 3接口電路圖大全
- 未知 | 30323次下載 | 免費
- 4開關(guān)電源設(shè)計實例指南
- 未知 | 21549次下載 | 免費
- 5電氣工程師手冊免費下載(新編第二版pdf電子書)
- 0.00 MB | 15349次下載 | 免費
- 6數(shù)字電路基礎(chǔ)pdf(下載)
- 未知 | 13750次下載 | 免費
- 7電子制作實例集錦 下載
- 未知 | 8113次下載 | 免費
- 8《LED驅(qū)動電路設(shè)計》 溫德爾著
- 0.00 MB | 6653次下載 | 免費
總榜
- 1matlab軟件下載入口
- 未知 | 935054次下載 | 免費
- 2protel99se軟件下載(可英文版轉(zhuǎn)中文版)
- 78.1 MB | 537796次下載 | 免費
- 3MATLAB 7.1 下載 (含軟件介紹)
- 未知 | 420026次下載 | 免費
- 4OrCAD10.5下載OrCAD10.5中文版軟件
- 0.00 MB | 234315次下載 | 免費
- 5Altium DXP2002下載入口
- 未知 | 233046次下載 | 免費
- 6電路仿真軟件multisim 10.0免費下載
- 340992 | 191185次下載 | 免費
- 7十天學會AVR單片機與C語言視頻教程 下載
- 158M | 183279次下載 | 免費
- 8proe5.0野火版下載(中文版免費下載)
- 未知 | 138040次下載 | 免費
評論
查看更多