Für hohe Zuverlässigkeit
Analog-Digital-Umsetzer mit Selbstdiagnose
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Überwachung der Eingänge
Die genannten Fähigkeiten werden üblicherweise dafür genutzt, Erkenntnisse über die Funktionstüchtigkeit verschiedener Blöcke des ADU einzuholen und die gesamte Funktionsfähigkeit zu überprüfen. Dies mag in einem geschlossenen System ausreichend sein. Allerdings arbeiten ADUs nicht im luftleeren Raum, sodass zusätzliche Elemente zur Überwachung der Eingangssignale erforderlich sind, die vom System an den ADU gelangen.
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Zum Beispiel enthält der ADS1262/3 einen Temperatursensor, mit dessen Hilfe sich die Chip-Temperatur des Bausteins abfragen lässt. Sollte dieser Sensor einen Temperaturanstieg melden, kann die Drehzahl der Kühllüfter automatisch erhöht werden. Ist diese Funktion im Gesamtsystem nicht implementiert, kann eine Abschaltung veranlasst werden, um eine Beschädigung des Bauteils zu vermeiden.
Wie bereits erwähnt, enthält der ADS1263 einen zusätzlichen 24-bit-ADU mit einem eigenen Eingangs-Multiplexer (MUX), eigenem Verstärker (PGA) und eigenen Referenzeingängen (Bild 5). Zu den verschiedenen Verwendungszwecken dieses zusätzlichen ADU gehören die Kaltstellenkompensation bei Thermoelemente-Anwendungen und die Bestätigung des vom Haupt-ADU ausgegebenen Resultats. Darüber hinaus lässt sich der zusätzliche ADU auch nutzen, um die Eingänge des Systems zu überwachen.
Ergänzend zur bereits beschriebenen redundanten Messmethode lässt sich der zusätzliche ADU auch nutzen, um redundante Messungen des Haupt-ADU mit einer abweichenden Verstärkung durchzuführen. Diese Konfiguration gibt dem Anwender die Möglichkeit, ein kleines Signal, beispielsweise von einer Messbrücke, aus anderer Perspektive zu betrachten. Ferner ermöglicht dies, Anomalien zu detektieren, z.B. von gekappten Signalen oder Transienten, die sonst möglicherweise unentdeckt bleiben und als gültige Daten weitergeleitet würden. Für dieses Verfahren wird der Haupt-ADU mit einer hohen Verstärkung von beispielsweise 32 konfiguriert, wogegen der zusätzliche ADU mit einer Verstärkung von 1 arbeitet (Bild 6).
Mit dieser Konfiguration erhält der Host-Controller bessere Möglichkeiten, um schnell und effektiv zu reagieren, wenn ein Problem erkannt wurde. Wenn eine Spannungsspitze detektiert wird, kann der ADU mit dem Test-DAU den programmierbaren Verstärker und die Referenzspannungen überprüfen, um zu ermitteln, ob eine der Signalverarbeitsungsstufen beschädigt wurde. Kommt es dagegen zu einer Kappung des Signals, lässt sich die Verstärkung in Echtzeit umprogrammieren, damit weiterhin exakte Daten erfasst werden.
Eine weitere wichtige Eigenschaft des zusätzlichen ADU ist seine Fähigkeit, den Block zur Speisung des Sensors – bestehend aus konfigurierbaren Widerständen oder Stromquellen – zu nutzen, ohne den Haupt-ADU zu unterbrechen. Anhand der Sensor-Vorspannung lässt sich ein Vollausschlagsmesswert mit positivem oder negativem Vorzeichen erzwingen, wenn die Verbindung zum Sensor unterbrochen wird.
Werden mehrere Sensoren, z.B. Thermoelemente und Thermistoren, verwendet, kann der Haupt-ADU den Ausgang des ersten Sensors erfassen, während der zusätzliche ADU den Vorspannungswert des zweiten Sensors überwacht. Auf diese Weise lässt sich sicherstellen, dass der Ausgang des zweiten Sensors nach wie vor angeschlossen ist, wenn der Haupt-ADU bereit ist, dessen Signal zu digitalisieren. Dieses Konzept lässt sich auch auf die Sensoren drei, vier, fünf usw. übertragen.
Höhere Zuverlässigkeit über Systemtests
Die genannten Fähigkeiten liefern entweder interne oder externe Zuverlässigkeitsinformationen, sind aber keineswegs auf das eine oder das andere beschränkt. Zum Beispiel kann die differenzielle Referenzspannung systemseitig bereitgestellt werden – also nicht intern. Die Referenz-Überwachungsfunktionen liefern somit Informationen über einen Systemeingang und nicht über eine integrierte Eigenschaft. Darüber hinaus müssen bestimmte Fähigkeiten nicht unbedingt dafür genutzt werden, die Zuverlässigkeit des IC zu verbessern, zum Beispiel, wenn der zusätzliche ADU des ADS1263 für die Kaltstellenkompensation genutzt wird.
Bestimmte Ereignisse, z.B. Blitzschlag, können die beschriebenen Überwachungsfunktionen beschädigen. Deshalb sollten die Überwachungsfunktionen des IC immer gemeinsam mit Zuverlässigkeitskontrollen auf der Systemebene verwendet werden und niemals als Ersatz für routinemäßige Wartungsmaßnahmen und externe Tests durch das kontrollierende System dienen.
Literatur
[1] Sagan, S. D.: The Problem of Redundancy Problem – Why More Nuclear Security Forces May Produce Less Nuclear Security. Risk Analysis, 2004, Heft 4, S. 935–946.
[2] Reliability. Texas Instruments, www.ti.com/lsds/ti/quality/reliability/reliabilityhome.page
[3] ADS126x 32-Bit, Precision, 38-kSPS, Analog-to-Digital Converter (ADC) with Programmable Gain Amplifier (PGA) and Voltage Reference. Texas Instruments, Datenblatt, www.ti.com/lit/ds/symlink/ads1262.pdf
Der Autor
| Bryan Lizon |
|---|
| arbeitet als Product Marketing Engineer im Bereich Präzisions-Delta-Sigma-ADUs bei Texas Instruments. Davor führte er ein Elektroinstallateurgeschäft in Tuscon, Arizna. Lizon hat einen Bachelor of Science in Elektrotechnik von der Universität in Arizona. |
asktexas@ti.com
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