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数据采集系统的功能安全-万家娱乐平台

万家娱乐官网:概述功能安全是许多行业整体安全战略的一部分,其目的是将对人员或操作设备造成损坏的概率降低到不可接受的范围。近年来,人们对系统功能安全性的排斥迅速增加。从核电厂到医疗设备,无故障系统已经成为一些应用的理想自由选择,也是其他应用的必要条件。

例如,在传感领域,如果提供的数据不准确或损坏,结果可能是破坏性的,甚至是可怕的,而且所涉及的不同系统和风险水平是明确界定的。传统上,系统开发人员有责任在其产品中构建临床和故障预防机制,以确保传感器集成电路数据的完整性。但成本是不会减少PCB面积、材料成本和处置支出,最后成本也不会降低。从那以后,通过与系统设计工程师的广泛合作,人们开发了一种解决这个问题的方法。

为此,人们已经开始在IC级设计中考虑功能安全特性。本文旨在从保证数据采集系统完整性的角度,探索通过ADC构建功能安全的潜力。传统的功能安全解决方案和更好的方法在图1中,我们看到的例子是多年前的功能安全系统,我们将其与更现代的解决方案进行了比较。

其核心是数据采集ADC,负责管理开关量模拟输出,并将数据传输给微控制器万家娱乐平台。然而,要构建这种解决方案,必须使用许多外部组件,必须重复执行SPI事务,甚至必须使用校准ADC。因此,材料成本、印刷电路板面积、处置支出和成本都大大降低。同时也不会给系统设计人员带来额外的费用,比如减少研发时间和可靠性。

有一种单一的集成电路解决方案,只需要很少的外部元件来操作功能安全功能。图1。从多组件功能安全系统到单芯片ADI解决方案的构建。

具有功能安全拒绝的示例系统在包括模数转换器的数据采集系统中,多种故障可能再次发生,根据明确的应用,这可以降低人或机器的健康风险。系统设计者必须区分不可接受的风险和不可接受的风险。

图2。识别压力传感器系统中的潜在故障源。

例如,在气室压力测量和调节系统中,如果罐中的压力不能与外部压力有很大偏差,公差为5%的传感器的做法可被视为不可接受的风险。但如果微控制器接收到错误的ADC数据,可能会造成可怕的事故,而且腔室内的压力可能会引起内爆或外部爆炸,两者都可能造成附近人员的伤亡。不能拒绝这种程度的风险。

因此,有必要实施一些功能安全措施,以确保控制器收到的信息的完整性。可能导致这种错误的一些故障源是电源:电源电压低,LDO调节器的输入电压低。模拟前端(AFE):传感器损坏,或者放大器驱动到ADC的电压不准确。

数字逻辑:可能影响切换结果的误码在数字域再次出现。例如,工厂增益或位移调整系数。SPI传输:由于传输线路环境有噪声,所以切换数据的传输和命令的接管都没有误码。环境:远远超过IC的额定环境温度。

Ad7768-1是ADI公司功能安全产品组合中的 -型ADC之一,具有普遍的临床特性,可展示用户错误检测和临床等能力。图2显示了典型的压力检测系统的一些部分具有可能的故障源。使用模数转换器诊断系统错误使用ADI公司的模数转换器功能安全产品组合,用户可以使用模数转换器来帮助临床实践和/或增加系统错误。

这种系统误差测量能力对于保持精确测量非常重要,在具有功能安全抑制的系统中,这种精度更为重要。参考输出提供的正负满量程电压用作测量系统的增益误差。通过零电平内部短路测量干扰误差 然后,用户可以使用模数转换器的增益和扰动调整寄存器来调整系统的扰动和增益误差性能。温度传感器识别集成电路局部温度的变化,包括超范围温度。

在易受干扰和增益误差引起的温度漂移影响的系统中,这可能是一个有吸引力的功能。如果温度变化很小,用户可能会要求在新的温度下调整增益和干扰误差。图3显示了如何将模拟临床多路复用器连接到ad7768-1内部的ADC。

图3。模拟临床多路转换器转换开关。

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临床错误标志:寄存器同构临床状态指示器可以启用多个临床特征,一般情况下,可以通过寄存器同构将其状态告知用户。当故障再次发生时,寄存器中不会设置错误标志。用户可以在收到故障报警后进一步调查。

接下来,我们将探索一些可能再次发生的真正故障,这些故障可以通过ADI公司的功能安全ADC产品组合进行临床开发。首先,我们假设我们的压力传感器系统安装在工厂内,其工作温度有短有长的波动,因为基本保证工作,多次供电,周围工业环境产生的电磁干扰(EMI)可能会传递到系统PCB上。ADC电源错误我们假设负责管理ADC LDO电源输入的LDO电容已经磨损损坏,因为工作环境温度低,系统电源周期不会造成电流冲击。为了将这些输入保持在未知电压,必须使用外部电容,这对于整个系统的长时间工作非常重要。

如果电容因该故障而损坏,用户可能会发现开关型ADC数据或其他功能的性能不会出乎意料。通过启用LDO监控器,一旦电压水平降至某个触发点以下,系统将不会设置错误标志来警告用户LDO输入问题。模拟前端误差我们假设在这个系统中,ADC的输出不应该达到ADC的满量程范围。

如果用户不小心将一个不准确的值编程到增益寄存器中,导致ADC看到的电压小于满量程范围,结果不会对系统的增益误差性能产生很大影响,这应该被视为一个相当严重的风险。然而,滤波器饱和误差检查器监控模数转换器输入,并不警告用户注意超范围模拟输出。数字逻辑的随机位错误有时不会在数字逻辑和存储模块中再次发生。

在我们的示例压力系统中,我们假设在上电期间读取配置文件工厂无序设置时再次出现错误。这是一个不可忽视的故障,因为它不会阻碍系统配置文件的无序错误,也不会影响切换结果。在ADI的功能安全ADC系列中,有一些功能可以定期对各种内存模块进行循环校验(CRC),并在再次出现错误时向用户发出故障命令。

所有这些故障都可以通过重置系统来解决。-万家娱乐官网。

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