實(shí)現(xiàn)功能安全的測(cè)溫系統(tǒng)RTD設(shè)計(jì)

在這兩部分系列的第一篇文章中，我們討論了一個(gè)功能安全系統(tǒng)的電阻溫度探測(cè)器(RTD)電路設(shè)計(jì)，并介紹了Route 2S組件認(rèn)證過(guò)程的考慮因素，這將在第二篇文章中進(jìn)行更詳細(xì)的討論。認(rèn)證一個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，因?yàn)橄到y(tǒng)中的所有組件都必須檢查潛在的故障機(jī)制，并且有各種方法來(lái)診斷故障。使用已經(jīng)經(jīng)過(guò)認(rèn)證的部件可以在認(rèn)證過(guò)程中減輕此工作負(fù)載。

介紹

溫度是過(guò)程控制系統(tǒng)中的一個(gè)關(guān)鍵的測(cè)量方法。它可以是一種直接測(cè)量，測(cè)量化學(xué)反應(yīng)的溫度。它也可以是一種補(bǔ)償測(cè)量——例如，一個(gè)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)量的準(zhǔn)確、可靠和穩(wěn)健都是至關(guān)重要的。對(duì)于某些終端設(shè)計(jì)，檢測(cè)系統(tǒng)故障至關(guān)重要，如果系統(tǒng)出現(xiàn)故障，它將過(guò)渡到安全狀態(tài)。在這些環(huán)境中使用了功能安全的設(shè)計(jì)。認(rèn)證的級(jí)別表示在設(shè)計(jì)中所包含的診斷覆蓋范圍的級(jí)別。

什么是功能性安全?

在功能安全的設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)都需要檢測(cè)到任何故障。想象一個(gè)裝滿油罐的煉油廠。如果液位傳感器發(fā)生故障，則必須檢測(cè)到該故障，以便能夠主動(dòng)關(guān)閉到儲(chǔ)罐的閥門。這將防止油箱溢流，并避免潛在的危險(xiǎn)爆炸?；蛘?，也可以使用冗余性。在設(shè)計(jì)中可以使用兩級(jí)傳感器，以便當(dāng)?shù)谝患?jí)傳感器出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)可以繼續(xù)與第二級(jí)傳感器一起工作。當(dāng)一個(gè)設(shè)計(jì)被認(rèn)證時(shí)，它就會(huì)被給予一個(gè)SIL評(píng)級(jí)。此等級(jí)表示該設(shè)計(jì)所提供的診斷覆蓋范圍。SIL評(píng)級(jí)越高，解決方案就越可靠。SIL 2評(píng)級(jí)表明，系統(tǒng)內(nèi)超過(guò)90%的故障可以被診斷出來(lái)。為了認(rèn)證一個(gè)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員必須向認(rèn)證機(jī)構(gòu)提供關(guān)于潛在故障的證據(jù)，無(wú)論這些故障是安全故障還是危險(xiǎn)故障，以及如何診斷這些故障。需要諸如FIT等數(shù)據(jù)，以及對(duì)系統(tǒng)中不同組件的故障模式的影響和診斷分析(FMEDAs)。

設(shè)計(jì)溫度系統(tǒng)

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

· 熱電偶偏置

· 激發(fā)電流來(lái)激發(fā)一個(gè)RTD

· 熱電偶和熱敏電阻的絕對(duì)參考

因此，與ADC一起，還需要其他的構(gòu)建模塊來(lái)激勵(lì)傳感器和調(diào)節(jié)前端的傳感器。為了功能安全，所有這些塊必須可靠和堅(jiān)固。此外，還必須可檢測(cè)到不同數(shù)據(jù)塊的任何故障。傳統(tǒng)上，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者使用重復(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)，以確保：

· 沒(méi)有開(kāi)路或短路

· 參考資料是在正確的級(jí)別上進(jìn)行的

· PGA仍在運(yùn)行中

· 傳感器已連接

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

然而，AD7124-4/AD7124-8集成模擬前端現(xiàn)在包含了RTD設(shè)計(jì)所需的所有構(gòu)建模塊。此外，嵌入式診斷消除了對(duì)診斷目的的信號(hào)鏈復(fù)制的需要。除了硅增強(qiáng)功能外，模擬設(shè)備還提供了文檔，其中包括認(rèn)證機(jī)構(gòu)(FIT pin FMEDA，模具FMEDA)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。本規(guī)范記錄了開(kāi)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、組裝和測(cè)試開(kāi)始。這就是所謂的1號(hào)路線。另一種選擇是使用路由2S流。這是一種經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的使用路線，因此，當(dāng)大量產(chǎn)品被設(shè)計(jì)成最終客戶的系統(tǒng)并在現(xiàn)場(chǎng)使用1000小時(shí)時(shí)，產(chǎn)品仍然可以通過(guò)向認(rèn)證機(jī)構(gòu)提供證據(jù)進(jìn)行認(rèn)證：

· 正確的使用范圍

· 分析來(lái)自字段的任何返回，并詳細(xì)說(shuō)明返回不是由于組件內(nèi)部的故障

· 安全數(shù)據(jù)表，詳細(xì)說(shuō)明診斷和它們提供的覆蓋范圍

· 引腳和模具FMEDA

三線RTD設(shè)計(jì)

rtd對(duì)于測(cè)量-200C到+850 C范圍內(nèi)的溫度很有用，并且在這個(gè)溫度范圍內(nèi)具有接近線性的響應(yīng)。用于RTD的典型元素是鎳、銅和鉑，其中100 Ω和1000 Ω鉑最常見(jiàn)。RTD由兩根、三根或四根電線組成，其中3根和4根電線使用最多。這些是無(wú)源傳感器，需要一個(gè)激勵(lì)電流來(lái)產(chǎn)生一個(gè)輸出電壓。這些RTD的輸出電壓水平根據(jù)所選擇的RTD從10秒毫伏到100秒毫伏不等。

AD7124-4/AD7124-8是一種針對(duì)RTD測(cè)量的集成解決方案，其中包括系統(tǒng)所需的所有構(gòu)建塊。為了完全優(yōu)化這個(gè)系統(tǒng)，需要兩個(gè)相同匹配的電流源。這兩個(gè)電流源被用來(lái)抵消RL1產(chǎn)生的鉛電阻誤差。一個(gè)勵(lì)磁電流同時(shí)流過(guò)精密參考電阻器RREF和RTD。第二電流流過(guò)導(dǎo)線電阻RL2，產(chǎn)生電壓抵消RL1的電壓降。在精度參考電阻器上產(chǎn)生的電壓被用作到ADC的參考電壓REFIN1(±)。由于一個(gè)勵(lì)磁電流用于產(chǎn)生參考電壓和通過(guò)RTD的電壓，電流源精度、失配和失配漂移對(duì)整體ADC傳遞函數(shù)的影響最小。AD7124-4/AD7124-8提供了一種激勵(lì)電流值的選擇，允許用戶調(diào)整系統(tǒng)，從而使用大部分ADC輸入范圍，從而提高性能。

來(lái)自RTD的低電平輸出電壓需要被放大，以便使用ADC的大部分輸入范圍。AD7124-4/AD7124-8的PGA可從增益1編程到128，允許客戶對(duì)勵(lì)磁電流值與增益和性能進(jìn)行權(quán)衡。為了達(dá)到抗混疊和EMC的目的，在傳感器和ADC之間需要進(jìn)行過(guò)濾。參考緩沖器允許過(guò)濾器的R和C組件的無(wú)限值;也就是說(shuō)，這些組件不會(huì)影響測(cè)量的精度。

在系統(tǒng)中還需要進(jìn)行校準(zhǔn)，以消除增益和偏移誤差。圖1顯示了經(jīng)過(guò)內(nèi)部零尺度B級(jí)RTD校準(zhǔn)和全尺度校準(zhǔn)后測(cè)量的溫度誤差，總體誤差遠(yuǎn)小于±1 C。

ADC要求

對(duì)于溫度系統(tǒng)，測(cè)量主要是低速的(通常每秒多達(dá)100個(gè)樣本)。因此，需要一個(gè)低帶寬的ADC。然而，ADC必須具有高分辨率。西格瑪-增量adc適用于這些應(yīng)用，因?yàn)榈蛶挕⒏叻直媛实腶dc可以使用西格瑪-delta架構(gòu)來(lái)開(kāi)發(fā)。

使用sigma-delta轉(zhuǎn)換器，模擬輸入是連續(xù)的采樣，采樣頻率明顯高于感興趣的波段。他們還使用噪聲整形，將噪聲從感興趣的波段推到一個(gè)不被轉(zhuǎn)換過(guò)程使用的區(qū)域，進(jìn)一步降低了感興趣的波段內(nèi)的噪聲。數(shù)字濾波器可以衰減感興趣頻帶以外的任何信號(hào)。

該數(shù)字濾波器確實(shí)具有在采樣頻率和采樣頻率的倍數(shù)處的圖像。因此，需要一些外部抗鋸齒濾波器。然而，由于過(guò)采樣，一個(gè)簡(jiǎn)單的一階RC濾波器對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用來(lái)說(shuō)是足夠了。

sigma-delta架構(gòu)允許開(kāi)發(fā)24位adc，p-p分辨率高達(dá)21.7位(21.7位穩(wěn)定或無(wú)閃爍位)。sigma-delta體系結(jié)構(gòu)的其他好處是：

· 模擬輸入的寬共模范圍

· 參考輸入的寬共模范圍

· 支持比率配置的能力

濾波器(50 Hz/60 Hz排斥聲)

除了拒絕前面討論的噪聲外，數(shù)字濾波器也可以提供50 Hz/60 Hz的抑制。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。在50赫茲的電源產(chǎn)生頻率及其倍數(shù)在歐洲和60赫茲及其倍數(shù)在美國(guó)低帶寬adc主要使用sinc濾波器，可以編程設(shè)置在50赫茲和/或60赫茲以及50赫z和60赫茲的倍數(shù)，從而提供拒絕50赫茲/60赫z及其倍數(shù)。使用具有低沉降時(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序列通過(guò)所有啟用的通道，在每個(gè)通道上產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)換。當(dāng)選擇了一個(gè)通道時(shí)，它需要過(guò)濾器的沉降時(shí)間來(lái)生成一個(gè)有效的轉(zhuǎn)換。如果沉降時(shí)間減少，則在給定的時(shí)間段內(nèi)轉(zhuǎn)換的信道數(shù)就會(huì)增加。AD7124-4/AD7124-8包括后濾波器或FIR濾波器，與sinc3或sinc4濾波器相比，它們?cè)谳^低的沉降時(shí)間下同時(shí)提供50 Hz/60 Hz的抑制。

檢驗(yàn)

對(duì)于功能安全的設(shè)計(jì)，需要對(duì)組成RTD系統(tǒng)的所有功能進(jìn)行診斷。由于AD7124-4/AD7124-8具有多種嵌入式診斷功能，這簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和設(shè)計(jì)時(shí)間。它還消除了重復(fù)信號(hào)鏈以進(jìn)行診斷覆蓋的需要。

典型的診斷要求是：

· 電源/參考電壓/模擬輸入監(jiān)控

· 開(kāi)路檢測(cè)

· 轉(zhuǎn)換校準(zhǔn)檢查

· 信號(hào)鏈功能檢查

· 讀寫(xiě)監(jiān)控

· 注冊(cè)內(nèi)容監(jiān)控

讓我們更詳細(xì)地看看嵌入式診斷方法。

SPI校驗(yàn)

CRC可在AD7124-4/AD7124-8上獲得。當(dāng)啟用后，所有的讀取和寫(xiě)操作都包括一個(gè)CRC計(jì)算。

校驗(yàn)和，它是8位寬的，是使用多項(xiàng)式生成的

因此，對(duì)于對(duì)AD7124-4/AD7124-8的每次寫(xiě)入，處理器都生成一個(gè)CRC值，該值被附加到被發(fā)送到ADC的信息中。ADC從接收到的信息中生成它自己的CRC值，并將其與從處理器接收到的CRC值進(jìn)行比較。如果兩個(gè)值一致，這將確保信息是完整的，并將被寫(xiě)入相關(guān)的片上寄存器。如果CRC值不匹配，則表示在傳輸過(guò)程中發(fā)生了位損壞。在這種情況下，AD7124-4/AD7124-8設(shè)置了一個(gè)錯(cuò)誤標(biāo)志，指示已發(fā)生數(shù)據(jù)損壞。他們還通過(guò)不將腐敗的信息寫(xiě)入寄存器來(lái)進(jìn)行自我保護(hù)。類似地，當(dāng)從AD7124-4/AD7124-8中讀取信息時(shí)，它們將生成一個(gè)CRC值來(lái)伴隨這些信息。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)表列出了客戶可以訪問(wèn)的寄存器(用戶寄存器)。AD7124-4/AD7124-8檢查正在訪問(wèn)的寄存器的地址。如果用戶試圖從數(shù)據(jù)表中未記錄的寄存器讀取或?qū)懭耄瑒t將設(shè)置錯(cuò)誤標(biāo)志，指示處理器試圖訪問(wèn)非用戶寄存器。同樣，伴隨此寄存器訪問(wèn)的任何信息都不會(huì)應(yīng)用于寄存器。

AD7124-4/AD7124-8也有一個(gè)SCLK計(jì)數(shù)器。所有的讀操作和寫(xiě)操作都是8的倍數(shù)。當(dāng)CS用于幀讀寫(xiě)操作時(shí)，SCLK計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)每個(gè)讀寫(xiě)操作中使用的SCLK脈沖數(shù)。當(dāng)CS高時(shí)，通信中使用的sclk數(shù)量應(yīng)該是8的8倍。如果在SCLK上發(fā)生故障，這將導(dǎo)致過(guò)量的SCLK脈沖。如果發(fā)生這種情況，AD7124-4/AD7124-8將再次設(shè)置一個(gè)錯(cuò)誤標(biāo)志，并且它們將放棄所輸入的任何信息。

狀態(tài)寄存器表示正在轉(zhuǎn)換的通道。當(dāng)讀取數(shù)據(jù)寄存器時(shí)，狀態(tài)位可以被附加到轉(zhuǎn)換結(jié)果中。這又為處理器/ADC通信增加了另一層健壯性。

因此，提到的所有診斷都確保ADC和處理器之間的通信是健壯的。它們確保只有有效的信息才能被AD7124-4/AD7124-8所接受。當(dāng)CS用于幀讀寫(xiě)操作時(shí)，每次CS過(guò)高時(shí)，串行接口將重置。這確保所有通信都從定義或已知狀態(tài)開(kāi)始。

內(nèi)存檢查

每次改變片上寄存器(例如改變?cè)鲆?，對(duì)寄存器執(zhí)行CRC，產(chǎn)生的CRC值暫時(shí)存儲(chǔ)在內(nèi)部。AD7124-4/AD7124-8定期在內(nèi)部對(duì)寄存器進(jìn)行額外的CRC檢查。生成的CRC值與存儲(chǔ)值進(jìn)行比較。如果這些值由于位翻轉(zhuǎn)而有所不同，則會(huì)設(shè)置一個(gè)標(biāo)志。這向處理器表明寄存器設(shè)置已損壞。然后，處理器可以重置ADC并重新加載寄存器。

片上的ROM保存默認(rèn)的寄存器值。在通電或重置后，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。在通電或重置時(shí)，再次對(duì)ROM內(nèi)容執(zhí)行CRC，并將生成的CRC值與保存的值進(jìn)行比較。如果這些值不同，則表示默認(rèn)的寄存器設(shè)置將與預(yù)期的不同。需要進(jìn)行電源循環(huán)或復(fù)位。

信號(hào)鏈檢查

包括許多信號(hào)鏈檢查。電源軌道(AVDD、AVSS和IOVDD)可以應(yīng)用于ADC輸入，允許電源軌道被監(jiān)控。AD7124-4/AD7124-8內(nèi)部包括一個(gè)模擬調(diào)節(jié)器和一個(gè)數(shù)字低輟學(xué)(LDO)調(diào)節(jié)器。這些也可以應(yīng)用于ADC并進(jìn)行監(jiān)控。AD7124-4/AD7124-8包括x-多路復(fù)用。此外，AVSS還可以在內(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)勵(lì)磁電流輸出的引腳，并探測(cè)AIN+和AIN引腳。這將檢查連接性，并確保各種引腳上的電壓在正確的水平。

要檢查參考電壓，參考檢測(cè)功能將指示參考電壓過(guò)低?？蛻暨€可以選擇內(nèi)部參考作為模擬輸入，這樣它就可以用來(lái)監(jiān)測(cè)在外部參考電阻器上產(chǎn)生的電壓。這假設(shè)參考電阻上的電壓略高于2.5V(內(nèi)部參考的大小)。

AD7124-4/AD7124-8還包括一個(gè)內(nèi)部的20個(gè)mV。這對(duì)檢查增益階段很有用。例如，以20 mV作為模擬輸入，增益可以從1改變到2,4，... 128。每次增益增加，轉(zhuǎn)換結(jié)果將增加2倍，這確認(rèn)增益階段正常工作。

x多路復(fù)用在檢查被卡住的位時(shí)也很有用。它允許AIN+和AIN-大頭針被交換。然后將轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行倒置。因此，使用20 mV和x多路復(fù)用允許用戶檢查卡住的位。

為AIN+和AIN選擇相同的模擬輸入引腳，并設(shè)置此內(nèi)部短路，可以檢查ADC噪聲，以確保其在規(guī)范范圍內(nèi)工作。嵌入式參考(+2.5 V)可以在內(nèi)部選擇作為ADC的輸入，因此，再次，應(yīng)用+VREF和-VREF對(duì)于確認(rèn)信號(hào)鏈的正常工作是有用的。

可編程的燒怠電流對(duì)檢查傳感器連接性很有用。PT100在-200C時(shí)的電阻為18 Ω，在+850 C時(shí)的電阻為390.4 Ω。啟用燒毀電流后，可以進(jìn)行轉(zhuǎn)換。如果RTD短路，將得到接近于0的轉(zhuǎn)換結(jié)果。AIN+和AIN之間的導(dǎo)線開(kāi)路-將導(dǎo)致接近0x FFFFFF的轉(zhuǎn)換。如果RTD正確連接，則不應(yīng)該獲得接近0或所有1的代碼。

最后，AD7124-4/AD7124-8有過(guò)壓和欠壓檢測(cè)。通過(guò)比較器連續(xù)監(jiān)測(cè)AIN+和AIN引腳轉(zhuǎn)換時(shí)的絕對(duì)電壓。當(dāng)AIN+或AIN-上的電壓超出電源軌道(AVDD和AVSS)時(shí)，將設(shè)置標(biāo)志。

這種高水平的集成減少了執(zhí)行測(cè)量和提供診斷覆蓋范圍所需的材料清單(BOM)。降低了設(shè)計(jì)的時(shí)間和設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。

轉(zhuǎn)換/校準(zhǔn)

在AD7124-4/AD7124-8上的轉(zhuǎn)換也被監(jiān)控。如果(AIN+-AIN-)/增益大于+或小于+，則設(shè)置一個(gè)標(biāo)志。從ADC轉(zhuǎn)換到所有1(模擬輸入過(guò)高)或所有0(模擬輸入過(guò)低)，以便客戶知道發(fā)生了故障。

來(lái)自調(diào)制器的位流被監(jiān)控，以確保調(diào)制器不飽和。如果發(fā)生飽和(從調(diào)制器連續(xù)輸出20個(gè)1秒或20 0秒)，則設(shè)置一個(gè)標(biāo)志。

AD7124-4/AD7124-8包括內(nèi)部偏移量和再次校準(zhǔn)，以及系統(tǒng)偏移量和增益校準(zhǔn)。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，偏移量和增益寄存器不會(huì)更新。

電源

除了前面討論過(guò)的電源檢查外，AD7124-4/AD7124-8還包括持續(xù)監(jiān)測(cè)內(nèi)部LDO調(diào)節(jié)器的比較器。因此，如果來(lái)自這些LDO調(diào)節(jié)器的電壓低于跳閘點(diǎn)，誤差將立即報(bào)告。

這些LDO調(diào)節(jié)器需要一個(gè)外部電容器。還可以檢查該電容器的存在。

MCLK計(jì)數(shù)器

過(guò)濾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)表中列出的輸出數(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)速率和濾波器缺口也會(huì)改變。如果濾波器凹槽被用于拒絕50 Hz或60 Hz，例如，一個(gè)變化的時(shí)鐘減少了所獲得的衰減。因此，了解時(shí)鐘頻率對(duì)于確保獲得最佳排斥是有價(jià)值的。AD7124-4/AD7124-8包含一個(gè)MCLK計(jì)數(shù)器寄存器。這個(gè)寄存器每131個(gè)MCLK周期增加1個(gè)。為了測(cè)量MCLK的頻率，在處理器中需要一個(gè)計(jì)時(shí)器。寄存器可以在時(shí)間0時(shí)讀取，然后在計(jì)時(shí)器超時(shí)后讀取。利用這些信息，就可以確定主時(shí)鐘的頻率。

每個(gè)通道配置

AD7124-4/AD7124-8允許每個(gè)通道配置;也就是說(shuō)，它們支持八種不同的設(shè)置，一個(gè)設(shè)置包括參考源、增益設(shè)置、輸出數(shù)據(jù)速率和濾波器類型。當(dāng)用戶配置一個(gè)通道時(shí)，這八個(gè)設(shè)置中的一個(gè)將被分配給該通道。注意，通道可以是模擬輸入或診斷，如測(cè)量電源(AVDD-AVSS)。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。每個(gè)通道配置允許以到模擬輸入轉(zhuǎn)換的不同輸出數(shù)據(jù)速率操作診斷。由于診斷不需要與主測(cè)量相同的準(zhǔn)確性，客戶可以將診斷與測(cè)量交織，并以更高的輸出數(shù)據(jù)速率運(yùn)行診斷。因此，這些嵌入式特性減少了處理器的工作負(fù)載。

其他功能

AD7124-4/AD7124-8包括一個(gè)溫度傳感器，它也可以用于監(jiān)測(cè)模具的溫度。這兩個(gè)部分的ESD等級(jí)都為4 kV，這導(dǎo)致了一個(gè)穩(wěn)健的解決方案。兩個(gè)部分都安裝在5×5 mm LFCSP封裝中，適合內(nèi)在安全設(shè)計(jì)。

根據(jù)IEC 61508，使用這些設(shè)備的典型溫度應(yīng)用程序的FMEDA顯示出安全故障分?jǐn)?shù)(SFF)大于90%。通常需要兩個(gè)傳統(tǒng)的adc來(lái)提供這種水平的覆蓋范圍。

內(nèi)置診斷功能的其他好處

除了BOM和成本節(jié)約外，這些診斷技術(shù)還在避免設(shè)計(jì)復(fù)雜性、減少資源使用和為客戶實(shí)現(xiàn)更快的上市時(shí)間等方面節(jié)省了成本。讓我們通過(guò)下面的例子來(lái)了解這一點(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)鐘中任何類型的不一致。主時(shí)鐘計(jì)數(shù)器是一個(gè)8位寄存器，它每131個(gè)MCLK周期增加一次。此寄存器由SPI主服務(wù)器讀取，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的外部實(shí)現(xiàn)MCLK頻率檢查，那該怎么辦?它將需要以下這樣的硬件資源：

· 帶有外圍設(shè)備的微控制器，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)例程的代碼將需要一些內(nèi)存。

此外，我們必須確保檢查了代碼，并符合編碼準(zhǔn)則和限制。因此，總的來(lái)說(shuō)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)單獨(dú)的診斷部分將會(huì)有巨大的開(kāi)銷;因此，內(nèi)置的診斷帶來(lái)了額外的好處：

· 節(jié)省空間和BOM

· 提高系統(tǒng)可靠性;部件少=可靠性好

· 更快的上市時(shí)間

· 軟件開(kāi)發(fā)—開(kāi)發(fā)和運(yùn)行診斷例程

· 硬件測(cè)試

· 系統(tǒng)試驗(yàn)

· 微控制器存儲(chǔ)器節(jié)省

· 不需要執(zhí)行運(yùn)行診斷程序的代碼

· 編碼指南要求進(jìn)行大量的雙內(nèi)存代碼檢查

· 準(zhǔn)備使用安全文檔可節(jié)省系統(tǒng)評(píng)估時(shí)間

對(duì)RTD測(cè)量系統(tǒng)的ADC和系統(tǒng)要求相當(dāng)嚴(yán)格。由這些傳感器產(chǎn)生的模擬信號(hào)很小。這些信號(hào)需要通過(guò)一個(gè)噪聲較低的增益級(jí)進(jìn)行放大，這樣放大器的噪聲就不會(huì)淹沒(méi)來(lái)自傳感器的信號(hào)。在放大器之后，需要一個(gè)高分辨率的ADC，以便可以將來(lái)自傳感器的低電平信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息。隨著ADC和增益級(jí)，溫度系統(tǒng)需要其他組件，如勵(lì)磁電流。同樣，這些必須是低漂移，低噪聲的組件，以便系統(tǒng)的精度不會(huì)下降。初始的不準(zhǔn)確度，如偏移量，可以校準(zhǔn)出系統(tǒng)，但帶有溫度的組件的漂移必須較低，以避免錯(cuò)誤的引入。因此，集成勵(lì)磁塊和測(cè)量塊簡(jiǎn)化了客戶的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)功能安全時(shí)，還需要進(jìn)行額外的診斷需求。通過(guò)將診斷與勵(lì)磁和測(cè)量塊集成，簡(jiǎn)化了整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，減少了BOM、設(shè)計(jì)時(shí)間和上市時(shí)間。