在由兩部分組成的系列文章的第一篇文章中，我們將討論功能安全系統(tǒng)的電阻溫度檢測(cè)器 （RTD） 電路設(shè)計(jì)，并介紹 Route 2S 組件認(rèn)證過(guò)程的注意事項(xiàng)，第二篇文章將對(duì)此進(jìn)行更詳細(xì)的介紹。認(rèn)證系統(tǒng)是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，因?yàn)楸仨殭z查系統(tǒng)中的所有組件是否存在潛在的故障機(jī)制，并且有各種方法來(lái)診斷故障。使用已通過(guò)認(rèn)證的部件可簡(jiǎn)化此工作量以及認(rèn)證過(guò)程。

介紹

溫度是過(guò)程控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵測(cè)量。它可以是直接測(cè)量，測(cè)量化學(xué)反應(yīng)的溫度。它也可以是補(bǔ)償測(cè)量 - 例如，壓力傳感器的溫度補(bǔ)償。對(duì)于任何系統(tǒng)設(shè)計(jì)，這種測(cè)量準(zhǔn)確、可靠和穩(wěn)健至關(guān)重要。對(duì)于某些最終設(shè)計(jì)，檢測(cè)系統(tǒng)故障至關(guān)重要，如果系統(tǒng)發(fā)生故障，則將其轉(zhuǎn)換為安全狀態(tài)。在這些環(huán)境中使用功能安全的設(shè)計(jì)。認(rèn)證級(jí)別表示設(shè)計(jì)中包含的診斷覆蓋率級(jí)別。

什么是功能安全

在功能安全設(shè)計(jì)中，任何故障都需要由系統(tǒng)檢測(cè)。想想一個(gè)煉油廠，里面有一個(gè)儲(chǔ)罐正在加滿。如果液位傳感器發(fā)生故障，重要的是檢測(cè)到此故障，以便可以主動(dòng)關(guān)閉油箱的閥門。這將防止儲(chǔ)罐溢出并避免潛在的危險(xiǎn)爆炸。或者，可以使用冗余。這是可以在設(shè)計(jì)中使用兩個(gè)液位傳感器的地方，以便當(dāng)?shù)谝粋€(gè)液位傳感器發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)可以繼續(xù)使用第二個(gè)液位傳感器運(yùn)行。當(dāng)設(shè)計(jì)獲得認(rèn)證時(shí)，它被賦予SIL評(píng)級(jí)。此額定值表示設(shè)計(jì)提供的診斷覆蓋率。SIL 等級(jí)越高，解決方案越穩(wěn)健。SIL 2 等級(jí)表示可以診斷系統(tǒng)中超過(guò) 90% 的故障。為了認(rèn)證設(shè)計(jì)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員必須向認(rèn)證機(jī)構(gòu)提供有關(guān)潛在故障的證據(jù)，無(wú)論這些故障是安全故障還是危險(xiǎn)故障，以及如何診斷故障。需要FIT等數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)中不同組件的故障模式效應(yīng)和診斷分析（FMEDAs）。

設(shè)計(jì)溫度系統(tǒng)

在本文中，我們將重點(diǎn)介紹 RTD。但是，有許多不同類型的溫度傳感器 - RTD，熱敏電阻和熱電偶。設(shè)計(jì)中使用的傳感器取決于所需的精度和被測(cè)的溫度范圍。每種傳感器類型都有自己的要求：

熱電偶偏置

激勵(lì) RTD 的激勵(lì)電流

熱電偶和熱敏電阻的絕對(duì)基準(zhǔn)

因此，除了ADC之外，還需要其他構(gòu)建模塊來(lái)激勵(lì)傳感器并在前端調(diào)節(jié)傳感器。為了功能安全，所有這些模塊都必須可靠且堅(jiān)固。此外，不同塊的任何故障都必須是可檢測(cè)的。傳統(tǒng)上，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員使用重復(fù)，因此將使用兩個(gè)信號(hào)鏈，每個(gè)信號(hào)鏈檢查另一個(gè)信號(hào)鏈以確保：

傳感器已連接

沒有開口或短褲

引用位于正確的級(jí)別

美聯(lián)杯仍在運(yùn)作

認(rèn)證過(guò)程需要文檔來(lái)證明設(shè)計(jì)是穩(wěn)健的。這是一個(gè)耗時(shí)的過(guò)程，有時(shí)很難從IC制造商那里獲得一些信息。

然而，AD7124-4/AD7124-8集成模擬前端現(xiàn)在包括RTD設(shè)計(jì)所需的所有構(gòu)建模塊。此外，嵌入式診斷消除了出于診斷目的而重復(fù)信號(hào)鏈的需要。除了芯片增強(qiáng)功能外，ADI公司還提供文檔，其中包括認(rèn)證機(jī)構(gòu)（FIT引腳FMEDA，芯片F(xiàn)MEDA）所需的所有信息。這簡(jiǎn)化了功能安全的認(rèn)證過(guò)程。

IEC 61508 是功能安全設(shè)計(jì)的規(guī)范。該規(guī)范記錄了開發(fā)SIL認(rèn)證部件所需的設(shè)計(jì)流程。需要為每個(gè)步驟生成文檔，從概念、定義、設(shè)計(jì)、布局、制造、裝配和測(cè)試。這被稱為路線1S。另一種選擇是使用 Route 2S 流。這是一個(gè)經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的使用途徑，因此，當(dāng)大量產(chǎn)品被設(shè)計(jì)到最終客戶的系統(tǒng)中并在現(xiàn)場(chǎng)使用1000多個(gè)小時(shí)時(shí)，產(chǎn)品仍然可以通過(guò)向認(rèn)證機(jī)構(gòu)提供以下證據(jù)來(lái)認(rèn)證：

現(xiàn)場(chǎng)使用的卷

分析來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的任何退貨，并詳細(xì)說(shuō)明退貨不是由于組件本身的故障造成的

安全數(shù)據(jù)表，詳細(xì)說(shuō)明診斷及其提供的覆蓋范圍

引腳和芯片

3 線 RTD 設(shè)計(jì)

RTD可用于測(cè)量–200°C至+850°C范圍內(nèi)的溫度，并且在此溫度范圍內(nèi)具有近線性響應(yīng)。用于RTD的典型元素是鎳，銅和鉑，其中100 Ω和1000 Ω鉑RTD是最常見的。RTD由兩根、三根或四根電線組成，其中3線和4線是最常用的。這些是無(wú)源傳感器，需要激勵(lì)電流來(lái)產(chǎn)生輸出電壓。這種RTD的輸出電壓電平從10毫伏到100毫伏不等，具體取決于所選的RTD。

圖1所示為3線RTD系統(tǒng)。AD7124-4/AD7124-8是一款集成式RTD測(cè)量解決方案，包括系統(tǒng)所需的所有構(gòu)建模塊。為了全面優(yōu)化該系統(tǒng)，需要兩個(gè)完全匹配的電流源。這兩個(gè)電流源用于消除RL1產(chǎn)生的引線電阻誤差。一個(gè)激勵(lì)電流流過(guò)兩個(gè)精密基準(zhǔn)電阻R裁判和 RTD。第二個(gè)電流流過(guò)引線電阻RL2，并產(chǎn)生一個(gè)電壓，抵消RL1兩端的壓降。精密基準(zhǔn)電阻兩端產(chǎn)生的電壓用作ADC的基準(zhǔn)電壓REFIN1（±）。由于一個(gè)激勵(lì)電流用于產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓和RTD兩端的電壓，因此電流源精度、失配和失配漂移對(duì)整個(gè)ADC傳遞函數(shù)的影響極小。AD7124-4/AD7124-8提供激勵(lì)電流值選擇，允許用戶調(diào)諧系統(tǒng)，以便使用大部分ADC輸入范圍，從而提高性能。

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圖1. 3線RTD溫度系統(tǒng)。

RTD的低電平輸出電壓需要放大，以便使用ADC的大部分輸入范圍。AD7124-4/AD7124-8的PGA可在1至128增益范圍內(nèi)進(jìn)行編程，使客戶能夠在激勵(lì)電流值與增益和性能之間進(jìn)行權(quán)衡。傳感器和ADC之間需要濾波，以實(shí)現(xiàn)抗混疊和EMC目的。基準(zhǔn)電壓緩沖器允許濾波器的R和C分量具有無(wú)限的值。也就是說(shuō)，這些組件不會(huì)影響測(cè)量的準(zhǔn)確性。

還需要在系統(tǒng)中進(jìn)行校準(zhǔn)，以消除增益和失調(diào)誤差。圖1顯示了該3線B類RTD在內(nèi)部零電平和滿量程校準(zhǔn)后測(cè)得的溫度誤差，總誤差遠(yuǎn)小于±1°C。

模數(shù)轉(zhuǎn)換器要求

對(duì)于溫度系統(tǒng)，測(cè)量主要是低速（通常高達(dá)每秒100個(gè)樣品）。因此，需要一個(gè)低帶寬ADC。但是，ADC必須具有高分辨率。Σ-Δ型ADC適合這些應(yīng)用，因?yàn)榭梢允褂忙?Δ架構(gòu)開發(fā)低帶寬、高分辨率ADC。

使用Σ-Δ轉(zhuǎn)換器時(shí)，模擬輸入被連續(xù)采樣，采樣頻率遠(yuǎn)高于目標(biāo)頻帶。它們還使用噪聲整形，將噪聲從目標(biāo)頻帶推入轉(zhuǎn)換過(guò)程未使用的區(qū)域，從而進(jìn)一步降低目標(biāo)頻帶中的噪聲。數(shù)字濾波器可衰減目標(biāo)頻帶外的任何信號(hào)。

數(shù)字濾波器確實(shí)具有采樣頻率和采樣頻率倍數(shù)的圖像。因此，需要一些外部抗混疊濾波器。然而，由于過(guò)采樣，一個(gè)簡(jiǎn)單的一階RC濾波器足以滿足大多數(shù)應(yīng)用的需求。
Σ-Δ架構(gòu)允許開發(fā)p-p分辨率高達(dá)21.7位（21.7位穩(wěn)定或無(wú)閃爍位）的24位ADC。西格瑪-三角形架構(gòu)的其他優(yōu)點(diǎn)包括：

模擬輸入的寬共模范圍

基準(zhǔn)輸入的寬共模范圍

能夠支持比例配置

濾波（50 Hz/60 Hz 抑制）

除了如前所述抑制噪聲外，數(shù)字濾波器還可用于提供50 Hz/60 Hz抑制。當(dāng)系統(tǒng)從主電源運(yùn)行時(shí)，干擾發(fā)生在 50 Hz 或 60 Hz 處。在歐洲有50 Hz的電源生成頻率及其倍數(shù)，在美國(guó)有60 Hz及其倍數(shù)。低帶寬ADC主要使用sinc濾波器，可對(duì)其進(jìn)行編程，以將陷波設(shè)置為50 Hz和/或60 Hz以及50 Hz和60 Hz的倍數(shù)，從而在50 Hz/60 Hz及其倍數(shù)下提供抑制。使用具有低建立時(shí)間的濾波方法提供50 Hz/60 Hz抑制的要求越來(lái)越高。在多通道系統(tǒng)中，ADC通過(guò)所有使能通道進(jìn)行排序，并在每個(gè)通道上產(chǎn)生轉(zhuǎn)換。選擇通道時(shí)，需要濾波器建立時(shí)間才能生成有效的轉(zhuǎn)換。如果建立時(shí)間縮短，則在給定時(shí)間段內(nèi)轉(zhuǎn)換的通道數(shù)會(huì)增加。AD7124-4/AD7124-8內(nèi)置后置濾波器或FIR濾波器，與sinc3或sinc4濾波器相比，它們可在較短的建立時(shí)間內(nèi)同時(shí)提供50 Hz/60 Hz抑制。圖3顯示了一個(gè)數(shù)字濾波器選項(xiàng)：該后置濾波器的建立時(shí)間為41.53 ms，并提供62 dB的50 Hz/60 Hz同步抑制。

診斷

對(duì)于功能安全的設(shè)計(jì)，構(gòu)成RTD系統(tǒng)的所有功能都需要診斷。由于AD7124-4/AD7124-8具有多個(gè)嵌入式診斷功能，因此簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)復(fù)雜性和設(shè)計(jì)時(shí)間。它還消除了復(fù)制信號(hào)鏈以進(jìn)行診斷覆蓋的需要。

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圖 2。頻率響應(yīng)，后置濾波器，25 SPS：（a） 直流至 600 赫茲和 （b） 40 赫茲至 70 赫茲。

典型的診斷要求是：

電源/基準(zhǔn)電壓/模擬輸入監(jiān)控

開路檢測(cè)

轉(zhuǎn)換/校準(zhǔn)檢查

信號(hào)鏈功能檢查

讀/寫監(jiān)控

注冊(cè)內(nèi)容監(jiān)控

讓我們更詳細(xì)地看一下嵌入式診斷。

SPI 診斷

CRC可在AD7124-4/AD7124-8上使用。啟用后，所有讀取和寫入操作都包含 CRC 計(jì)算。
校驗(yàn)和（8 位寬）是使用多項(xiàng)式生成的

因此，每次寫入AD7124-4/AD7124-8時(shí)，處理器都會(huì)生成一個(gè)CRC值，該值附加到發(fā)送到ADC的信息中。ADC根據(jù)收到的信息生成自己的CRC值，并將其與從處理器接收的CRC值進(jìn)行比較。如果兩個(gè)值都一致，則確保信息完好無(wú)損，并將寫入相關(guān)的片內(nèi)寄存器。如果 CRC 值不匹配，則表示傳輸中發(fā)生了位損壞。在這種情況下，AD7124-4/AD7124-8會(huì)設(shè)置一個(gè)錯(cuò)誤標(biāo)志，指示發(fā)生了數(shù)據(jù)損壞。他們還通過(guò)不將損壞的信息寫入登記冊(cè)來(lái)自我保護(hù)。同樣，當(dāng)從AD7124-4/AD7124-8讀取信息時(shí)，它們將生成CRC值以伴隨信息。處理器將處理此 CRC 值，以確定傳輸是否有效或已損壞。

AD7124-4/AD7124-8數(shù)據(jù)手冊(cè)列出了客戶（用戶寄存器）可以訪問(wèn)的寄存器。AD7124-4/AD7124-8檢查被訪問(wèn)寄存器的地址。如果用戶嘗試讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)手冊(cè)中未記錄的寄存器，則會(huì)設(shè)置一個(gè)錯(cuò)誤標(biāo)志，指示處理器正在嘗試訪問(wèn)非用戶寄存器。同樣，伴隨這種登記冊(cè)訪問(wèn)的任何信息都不適用于登記冊(cè)。

AD7124-4/AD7124-8還具有一個(gè)SCLK計(jì)數(shù)器。所有讀取和寫入操作都是 8 的倍數(shù)。當(dāng) CS 用于幀讀取和寫入操作時(shí)，SCLK 計(jì)數(shù)器會(huì)在 CS 較低時(shí)計(jì)算每個(gè)讀/寫操作中使用的 SCLK 脈沖數(shù)。當(dāng) CS 被高時(shí)，通信中使用的 SCLK 數(shù)應(yīng)為 8 的倍數(shù)。如果 SCLK 上發(fā)生毛刺，則會(huì)導(dǎo)致 SCLK 脈沖過(guò)多。如果發(fā)生這種情況，AD7124-4/AD7124-8會(huì)再次設(shè)置錯(cuò)誤標(biāo)志，并放棄輸入的任何信息。

狀態(tài)寄存器指示正在轉(zhuǎn)換的信道。讀取數(shù)據(jù)寄存器時(shí)，狀態(tài)位可以附加到轉(zhuǎn)換結(jié)果中。這為處理器/ADC通信增加了另一層魯棒性。

因此，提到的所有診斷程序都可確保ADC和處理器之間的通信可靠。它們確保AD7124-4/AD7124-8僅接受有效信息。當(dāng) CS 用于幀讀取和寫入操作時(shí)，每次 CS 升高時(shí)，串行接口都會(huì)重置。這可確保所有通信都從已定義或已知狀態(tài)開始。

內(nèi)存檢查

每次片內(nèi)寄存器被改變（例如改變?cè)鲆妫r(shí)，都會(huì)在寄存器上執(zhí)行CRC，并將產(chǎn)生的CRC值臨時(shí)存儲(chǔ)在內(nèi)部。AD7124-4/AD7124-8定期在內(nèi)部對(duì)寄存器執(zhí)行額外的CRC檢查。將生成的 CRC 值與存儲(chǔ)的值進(jìn)行比較。如果值由于位翻轉(zhuǎn)而不同，則設(shè)置一個(gè)標(biāo)志。這向處理器指示寄存器設(shè)置已損壞。然后，處理器可以復(fù)位ADC并重新加載寄存器。

片內(nèi)ROM保存默認(rèn)寄存器值。上電或復(fù)位后，ROM內(nèi)容將應(yīng)用于用戶寄存器。在最終的生產(chǎn)測(cè)試中，計(jì)算ROM內(nèi)容的CRC，并將得到的CRC值存儲(chǔ)在ROM中。上電或復(fù)位時(shí)，再次對(duì)ROM內(nèi)容執(zhí)行CRC，并將得到的CRC值與保存的值進(jìn)行比較。如果值不同，則表示默認(rèn)寄存器設(shè)置將不符合預(yù)期。需要電源循環(huán)或復(fù)位。

信號(hào)鏈檢查

包括許多信號(hào)鏈檢查。電源軌（視音頻斷續(xù)器、視聽黨衛(wèi)軍和斷續(xù)器） 可以應(yīng)用于ADC輸入，從而允許監(jiān)視電源軌。AD7124-4/AD7124-8內(nèi)置一個(gè)模擬和一個(gè)數(shù)字低壓差（LDO）穩(wěn)壓器。這些也可以應(yīng)用于ADC并進(jìn)行監(jiān)控。AD7124-4/AD7124-8內(nèi)置x-多路復(fù)用功能。此外，視音頻黨衛(wèi)軍可以在內(nèi)部用作 AIN–。這允許檢查模擬輸入引腳上的絕對(duì)電壓。因此，客戶可以探測(cè)輸出激勵(lì)電流的引腳，并探測(cè) AIN+ 和 AIN– 引腳。這將檢查連接性，并確保各個(gè)引腳上的電壓處于正確的水平。

為了檢查基準(zhǔn)電壓，參考電壓檢測(cè)功能將指示參考電壓過(guò)低。客戶還可以選擇內(nèi)部基準(zhǔn)作為模擬輸入，以便用于監(jiān)控外部基準(zhǔn)電阻兩端產(chǎn)生的電壓。這假設(shè)基準(zhǔn)電壓電阻兩端的電壓略高于2.5 V（內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源的幅度）。

AD7124-4/AD7124-8還內(nèi)置一個(gè)20 mV電源。這對(duì)于檢查增益級(jí)很有用。例如，以20 mV作為模擬輸入，增益可以從1變?yōu)?，4，...128. 每次增益增加時(shí)，轉(zhuǎn)換結(jié)果將按2倍縮放，這證實(shí)了增益級(jí)正常工作。

X多路復(fù)用在檢查卡住的位時(shí)也很有用。它允許交換 AIN+ 和 AIN 引腳。然后轉(zhuǎn)換結(jié)果將反轉(zhuǎn)。因此，將20 mV與x多路復(fù)用一起使用，用戶可以檢查卡住的位。

為 AIN+ 和 AIN– 選擇相同的模擬輸入引腳并偏置此內(nèi)部短路，可以檢查 ADC 噪聲，確保其工作在規(guī)格范圍內(nèi)。嵌入式基準(zhǔn)電壓源（+2.5 V）可在內(nèi)部選擇作為ADC的輸入，因此再次應(yīng)用+V裁判和 –V裁判有助于確認(rèn)信號(hào)鏈?zhǔn)欠裾９ぷ鳌?/p>

可編程的燒壞電流對(duì)于檢查傳感器連接非常有用。PT100 在 –200°C 時(shí)的典型電阻為 18 Ω，在 +850°C 時(shí)的電阻為 390.4 Ω。 啟用燒壞電流后，可以執(zhí)行轉(zhuǎn)換。如果RTD短路，將獲得接近0的轉(zhuǎn)換結(jié)果。AIN+ 和 AIN 之間的開線將導(dǎo)致接近0xFFFFFF轉(zhuǎn)換。正確連接 RTD 后，永遠(yuǎn)不應(yīng)獲得接近 0 或全部 1 的代碼。

最后，AD7124-4/AD7124-8具有過(guò)壓和欠壓檢測(cè)功能。通過(guò)比較器連續(xù)監(jiān)控正在轉(zhuǎn)換的 AIN+ 和 AIN– 引腳上的絕對(duì)電壓。當(dāng) AIN+ 或 AIN – 上的電壓超出電源軌（AV斷續(xù)器和視音頻黨衛(wèi)軍).

這種高集成度減少了執(zhí)行測(cè)量和提供診斷覆蓋范圍所需的物料清單（BOM）。設(shè)計(jì)時(shí)間和設(shè)計(jì)復(fù)雜性得以降低。

轉(zhuǎn)換/校準(zhǔn)

AD7124-4/AD7124-8的轉(zhuǎn)換也受到監(jiān)控。如果 （AIN+ – AIN–）/增益大于 +滿量程或小于 –滿量程，則設(shè)置一個(gè)標(biāo)志。從ADC轉(zhuǎn)換到所有1s（模擬輸入太高）或所有0s（模擬輸入太低），以便客戶知道發(fā)生了故障。

對(duì)來(lái)自調(diào)制器的位流進(jìn)行監(jiān)控，以確保調(diào)制器不會(huì)飽和。如果發(fā)生飽和（調(diào)制器的20個(gè)連續(xù)1s或20個(gè)0s輸出），則設(shè)置一個(gè)標(biāo)志。

AD7124-4/AD7124-8內(nèi)置失調(diào)和再次校準(zhǔn)以及系統(tǒng)失調(diào)和增益校準(zhǔn)功能。如果校準(zhǔn)失敗，則會(huì)將其標(biāo)記給用戶。請(qǐng)注意，如果校準(zhǔn)失敗，失調(diào)和增益寄存器不會(huì)更新。

電源

除了前面討論的電源檢查外，AD7124-4/AD7124-8還包括連續(xù)監(jiān)控內(nèi)部LDO穩(wěn)壓器的比較器。因此，如果這些LDO穩(wěn)壓器的電壓低于跳變點(diǎn)，則會(huì)立即報(bào)告誤差。

這些 LDO 穩(wěn)壓器需要一個(gè)外部電容器。也可以檢查該電容器是否存在。

主頻計(jì)數(shù)器

濾波器配置文件和輸出數(shù)據(jù)速率與 MCLK 直接相關(guān)。當(dāng)主時(shí)鐘為614.4 kHz時(shí)，數(shù)據(jù)手冊(cè)中列出的輸出數(shù)據(jù)速率是正確的。如果主時(shí)鐘改變頻率，輸出數(shù)據(jù)速率和濾波器陷波也會(huì)改變。例如，如果使用濾波器陷波來(lái)抑制50 Hz或60 Hz，則變化的時(shí)鐘會(huì)降低獲得的衰減。因此，了解時(shí)鐘頻率對(duì)于確保獲得最佳抑制效果很有價(jià)值。AD7124-4/AD7124-8內(nèi)置一個(gè)MCLK計(jì)數(shù)器寄存器。該寄存器每131個(gè)MCLK周期遞增1個(gè)。要測(cè)量 MCLK 頻率，處理器中需要一個(gè)計(jì)時(shí)器。寄存器可以在時(shí)間 0 讀取，然后在計(jì)時(shí)器超時(shí)后讀取。有了這些信息，就可以確定主時(shí)鐘的頻率。

每通道配置

AD7124-4/AD7124-8允許每通道配置;也就是說(shuō)，它們支持八種不同的設(shè)置，一種設(shè)置由基準(zhǔn)源、增益設(shè)置、輸出數(shù)據(jù)速率和濾波器類型組成。當(dāng)用戶配置通道時(shí)，八個(gè)設(shè)置之一將分配給該通道。請(qǐng)注意，通道可以是模擬輸入或診斷，例如測(cè)量電源（AV斷續(xù)器-視聽黨衛(wèi)軍).因此，客戶可以設(shè)計(jì)一個(gè)由模擬輸入和診斷組成的序列。每通道配置允許診斷以與模擬輸入轉(zhuǎn)換不同的輸出數(shù)據(jù)速率運(yùn)行。由于診斷不需要與主測(cè)量相同的精度，客戶可以將診斷與測(cè)量交錯(cuò)，并以更高的輸出數(shù)據(jù)速率運(yùn)行診斷。因此，這些嵌入式功能減少了處理器的工作負(fù)載。

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圖 3.每通道配置。

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圖 4。將設(shè)置分配給通道。

其他功能

AD7124-4/AD7124-8內(nèi)置一個(gè)溫度傳感器，也可用于監(jiān)控芯片溫度。兩款器件的ESD額定值為4 kV，是一款魯棒的解決方案。兩款器件均采用 5 × 5 mm LFCSP 封裝，該選件適用于本質(zhì)安全設(shè)計(jì)。

根據(jù) IEC 61508 標(biāo)準(zhǔn)，使用這些器件的典型溫度應(yīng)用的 FMEDA 顯示安全故障分?jǐn)?shù) （SFF） 大于 90%。通常需要兩個(gè)傳統(tǒng)的ADC來(lái)提供這種級(jí)別的覆蓋。

內(nèi)置診斷的其他優(yōu)勢(shì)

除了節(jié)省 BOM 和成本外，診斷還可以節(jié)省設(shè)計(jì)復(fù)雜性、減少資源使用量以及為客戶縮短上市時(shí)間。讓我們借助以下示例來(lái)理解這一點(diǎn)：

AD7124-4/AD7124-8具有一個(gè)MCLK計(jì)數(shù)器，用于測(cè)量主時(shí)鐘頻率，并捕獲所提供的主時(shí)鐘中的任何不一致之處。主時(shí)鐘計(jì)數(shù)器是一個(gè)8位寄存器，每131個(gè)MCLK周期遞增一次。該寄存器由SPI主機(jī)讀取，以確定內(nèi)部/外部614.4 kHz時(shí)鐘的頻率。

如果我必須在AD7124-4/AD7124-8外部實(shí)施MCLK頻率檢查，該怎么辦？它將需要以下硬件資源：

帶有外設(shè)的微控制器，如計(jì)數(shù)器和外部中斷控制器

施密特觸發(fā)電路

另外，請(qǐng)注意，存儲(chǔ)和運(yùn)行包含中斷服務(wù)例程的代碼將需要內(nèi)存。總體而言，該方案如圖 5 所示。

圖 5.MCLK頻率監(jiān)視器由微控制器實(shí)現(xiàn)。

此外，我們必須確保代碼經(jīng)過(guò)檢查，并且符合編碼指南和限制。因此，總體而言，實(shí)施單獨(dú)的診斷部分將產(chǎn)生大量開銷。因此，內(nèi)置診斷功能帶來(lái)了額外的好處：

節(jié)省空間和物料清單

提高系統(tǒng)可靠性;更少的組件 =更高的可靠性

縮短上市時(shí)間

軟件開發(fā) — 開發(fā)和運(yùn)行用于診斷的例程

硬件測(cè)試

系統(tǒng)測(cè)試

節(jié)省微控制器內(nèi)存

運(yùn)行診斷不需要代碼

編碼指南要求進(jìn)行大量的雙內(nèi)存代碼檢查

即用型安全文檔可節(jié)省系統(tǒng)評(píng)估時(shí)間

RTD測(cè)量系統(tǒng)的ADC和系統(tǒng)要求非常嚴(yán)格。這些傳感器產(chǎn)生的模擬信號(hào)很小。這些信號(hào)需要由噪聲較低的增益級(jí)放大，以便放大器的噪聲不會(huì)淹沒來(lái)自傳感器的信號(hào)。放大器之后需要一個(gè)高分辨率ADC，以便將來(lái)自傳感器的低電平信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息。除了ADC和增益級(jí)，溫度系統(tǒng)還需要其他元件，如激勵(lì)電流。同樣，這些元件必須是低漂移、低噪聲的元件，這樣系統(tǒng)精度才不會(huì)降低。初始誤差（如失調(diào)）可以在系統(tǒng)外進(jìn)行校準(zhǔn)，但元件的溫度漂移必須較低，以避免引入誤差。因此，集成激勵(lì)模塊和測(cè)量模塊可簡(jiǎn)化客戶設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)功能安全時(shí)，還需要進(jìn)行診斷。通過(guò)將診斷與激勵(lì)和測(cè)量模塊集成在一起，簡(jiǎn)化了整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從而縮短了 BOM、設(shè)計(jì)時(shí)間和上市時(shí)間。

如下一篇文章所述，F(xiàn)MEDA等文檔包含客戶在最終設(shè)計(jì)中認(rèn)證組件所需的所有信息。但是，對(duì)組件本身進(jìn)行認(rèn)證可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化與認(rèn)證機(jī)構(gòu)的對(duì)話。Route 2S 流程允許產(chǎn)品在發(fā)布后獲得認(rèn)證，因此這是一條有用的路線，因?yàn)槟壳耙寻l(fā)布許多設(shè)備，這些設(shè)備適合功能安全的設(shè)計(jì)。

審核編輯 黃昊宇