Für hohe Zuverlässigkeit
Analog-Digital-Umsetzer mit Selbstdiagnose
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Integrierte Diagnose
Die ADUs ADS1262/3 (Bild 3) sind mit analogen und digitalen Überwachungsverfahren ausgestattet, die ihre Diagnosefähigkeit um eine zusätzliche Ebene erweitert. Im Analogteil erkennt der integrierte programmierbare Verstärker (PGA – Programmable Gain Amplifier) Bereichsüberschreitungen und detektiert die Versorgungsspannung. Die erstgenannte Funktion stellt fest, ob die differenzielle Ausgangsspannung des programmierbaren Verstärkers mehr als 105 % des Bereichs für Vollaussteuerung (UREF) beträgt. Die zweite Funktion dagegen setzt ein Flag-Bit, wenn die Spannung an einem der beiden Verstärkerausgänge bis auf weniger als 100 mV an die positive oder negative Versorgungsspannung (+UB Analog oder -UB Analog) heranreicht. Beide ADUs enthalten außerdem eine Funktion zur Erkennung von Referenzfehlern. Hierzu wird die differenzielle Referenzspannung (+UREF – –UREF) kontinuierlich mit 0,4 V verglichen. Die ADUs aktualisieren das Status-Byte in jedem Digitalisierungszyklus und zeigen damit an, ob die Referenzspannung unter diesen Grenzwert gesunken ist.
In industriellen Umgebungen werden Störungen häufig durch starke Hochfrequenzsignale, Spannungsspitzen – verursacht von Motoren oder Schaltanlagen – oder gar durch Instandhaltungsarbeiten wie beispielsweise Schweißarbeiten an einer defekten Maschine eingekoppelt. Zur Minimierung der Auswirkungen, die diese Störungen auf sensible digitale Schaltungen haben, setzen die ADS1262/3 die CRC-Technik (Cyclic Redundancy Check) ein und bilden ebenfalls eine einfache Prüfsumme. Beides hilft, Einzel- und Mehrbitfehler zu detektieren.
Jedes dieser Verfahren funktioniert im Prinzip ähnlich: Aus dem Digitalisierungsergebnis wird ein Wert berechnet, der dann mit einem auf die gleiche Weise vom Host-Controller berechneten Wert verglichen wird. Das CRC-Verfahren dividiert jedes Daten-Byte durch das CRC-8-ATM-Polynom (x8 + x2 + x + 1). Bei der einfachen Prüfsummenberechnung werden dagegen alle vier Daten-Bytes zusammen mit einer Konstante (0x9Bh) aufsummiert. Wenn sich die von ADU und Host-Controller berechneten Ergebnisse unterscheiden, ist ein Fehler aufgetreten. In diesem Fall können die Daten im selben Zyklus neu eingelesen werden, um den aktuell abgetasteten Wert eventuell noch zu retten.
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Gelegentlich kann es den Anschein haben, als seien die ausgegebenen Daten fortlaufend fehlerhaft, was auf ein Problem hindeutet, das ernster ist als nur ein hohes Störaufkommen aus der Umgebung. Wenn fragwürdig ist, ob der ADU funktionstüchtig ist, gehört der integrierte Test-D/A-Umsetzer (DAU) zu den nützlichsten Funktionen des ADS1262/3 (Bild 4).
Um die Funktionsfähigkeit des ADU zu beurteilen, generiert der DAU eine definierte massebezogene, differenzielle oder Gleichtakt-Spannung, die außerdem kompatibel zu jeder Einstellung des integrierten programmierbaren Verstärkers ist. Auf dieses bekannte Eingangssignal hin sollte der ADU eine Ausgangsinformation erzeugen, die ebenfalls bekannt ist. Weicht das Digitalisierungsergebnis vom erwarteten Wert ab, funktioniert möglicherweise eine der Komponenten des ADU nicht korrekt, sodass weitere Untersuchungen erforderlich sind.
Die Signale des Test-ADU lassen sich außerdem aus dem Baustein herausführen, um die Signalaufbereitungsschaltung zu analysieren.
Dieses wirkungsvolle Diagnosewerkzeug kann entweder bei Bedarf überwacht werden, lässt sich in besonders kritischen Anwendungen aber auch nach jeder Digitalisierung nutzen, um nach fehlerhaften Daten Ausschau zu halten, die auf einen nicht korrekt funktionierenden ADU hindeuten.
Es gibt noch eine weitere Möglichkeit, die einwandfreie Funktion des Haupt-DAU zu überprüfen. Hierzu wird eine redundante Messung mit dem zusätzlichen 24-bit-ADU des ADS1263 vorgenommen und geprüft, ob beide Resultate übereinstimmen. Falls nicht, kann das den ADU steuernde System das Status-Byte daraufhin überprüfen, ob eines der Überwachungs-Flags gesetzt ist. Da der Test-DAU für beide ADUs verwendet werden kann, ist es ferner möglich, die definierte Spannung an den Eingängen beider ADUs anzulegen, um so zu überprüfen, ob beide ADUs das gleiche Ergebnis liefern. Ist dies nicht der Fall, ist einer der beiden ADUs möglicherweise defekt.
Mit diesen Überwachungsfunktionen lässt sich die Funktionstüchtigkeit des ADU überprüfen und die Funktion einzelner Blöcke testen. Bei anormalem Verhalten kann das den ADU steuernde und kontrollierende System alarmiert werden. Dem Host ist es so möglich, schnellere und fundiertere Entscheidungen zu fällen, um beispielsweise nicht korrekt funktionierende Prozesse in einen definierten, sicheren Zustand zu bringen oder das Herunterfahren einer kompletten Anlage zu veranlassen. Unter dem Strich hat dies eine sicherere Arbeitsumgebung zur Folge.
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