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数据采集系统的功能安全(二)

2020.10.05
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王辉

致力于为分析测试行业奉献终身

SPI传输错误

每个沿介质传输数据的系统都会产生一些误码。

可以估算每个系统出现这种情况的速率,我们将其称为误码率(BER)。

在我们的示例压力系统中,可以假设BER小于10-7,通过数字隔离传输到同一PCB上的微控制器,传输距离为10厘米。

我们假设,部分电磁干扰被传导到SPI线路上,结果导致从AD7768-1到微控制器的转换ADC数据传输中出现误码。如果掩盖了气室中任何正在积聚的压力,ADC数据中的误码可能造成极大的破坏性。通过在发送数据的末尾附加CRC,用户可以识别传输期间是否发生了误码,并且可以重新检查ADC转换结果。

外部主时钟错误

如果用户需要在压力传感器应用中拒绝主电源的频率(50 Hz / 60 Hz),那么精确的低抖动外部主时钟源对于将数字滤波器陷波与正确的频率对齐至关重要。如果源断开、破损或损坏,结果会成为一个大问题,因为主电源的某些频率成分可能在转换后的ADC数据中可见。

如果外部时钟源未成功连接或已被移除,则外部时钟认定器可向用户指示错误。然后,用户可以使用内部RC振荡器执行紧急转换,同时在外部主时钟源上执行基本维护。

POR标志

系统上电或成功复位后,ADC中的POR标志将置1。

但如果发生意外复位,用户可能会在ADC数据中看到意外结果。他们可以通过检查POR标志来识别这种意外复位。

图4显示了AD7768-1中有多少这些内部诊断特性与它们要监控的功能相关联。

数据采集系统的功能安全

图4.AD7768-1的内部诊断监视器。

基于AD7768-1的终极功能安全解决方案

使用AD7768-1提供的功能安全特性,可以实现以下数据采集系统。用户可以启动器件并使能以下功能安全特性:

SPI完整性监视器

LDO调节器输出电平监控

滤波器饱和度监视器

外部时钟认定器

内部逻辑和存储器CRC监视器

可以使用内部模拟诊断多路复用器验证系统校准。LDO调节器输出也可以通过这种方式进行验证。

接下来,用户可以使能这些功能,将8位状态字节附加到24位数据流和8位SPI CRC字的末尾。基于8位命令字、24位数据流和8位状态字计算8位CRC。如果用户关注处理开销量,可以使能连续回读模式,这样就无需提供8位命令。相反,用户可以在为器件提供串行时钟时输出数据寄存器的内容,如图6所示。

这样即可实现一种数据采集系统,其增益和失调误差已经过验证,每次回读ADC数据时都会向用户提供诊断信息。

连续监视LDO调节器输出、模拟前端输入、内部数字逻辑和存储器。用户可以确定SPI通信的完整性,确保IC温度已知。

结论

许多行业对功能安全的要求不断提高,对于对这些要求起到支撑作用的技术的要求也要相应提高。ADI公司将在我们的产品组合范围内继续开发这种技术,帮助系统设计师实现功能安全理想。

AD7768-1可以大幅减轻客户的负担,并且该解决方案更紧凑、更简单,还能降低处理开销,满足所需解决方案对物料成本的要求。这种单一组件模式还可以减轻系统设计师的负担,帮助他们取得设计安全完整性等级(SIL)认证。

数据采集系统的功能安全

图5.在连续回读模式下,使用AD7768-1的附加状态字节和CRC字节读回数据寄存器。


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