功能安全應(yīng)用的一個有趣的部件：AD7124

AD7124是一款24位Σ-Δ型ADC，內(nèi)置片內(nèi)多路復(fù)用器、PGA（可編程增益放大器）、基準電壓源、緩沖器、穩(wěn)定時鐘、穩(wěn)壓器和大量診斷功能。

圖1 - AD7124-4的框圖

AD7124提供4通道和8通道版本。

在之前的博客中，我談到了功能安全的 3 個關(guān)鍵要求。根據(jù)以下要求來審視AD7124：

要求1 – AD7124具有良好的可靠性，如ADI可靠性預(yù)測工具在SN29500或IEC 62380計算所示。

要求 2 – 具有良好的診斷。這就是AD7124真正閃耀的地方。主要診斷是內(nèi)部多路復(fù)用器可用于生成零和+/滿量程（FS）輸入，以執(zhí)行多路復(fù)用器、Σ-Δ調(diào)制器和SINC濾波器的全范圍。它還執(zhí)行串行接口和大部分信號鏈，但PGA除外。我想大多數(shù)人會接受，如果 in 可以轉(zhuǎn)換 0， +/-FS，信號鏈必須處于相當良好的狀態(tài)。FMEDA表示覆蓋率超過90%，而Σ-Δ（實際上是1位ADC）的特殊特性有助于做到這一點。

以前，用戶可能已經(jīng)購買了 8 通道器件并在外部建立 0、+/-FS 連接，但增加 8 個引腳會增加面積并增加布線難度。

為了檢查PGA，多路復(fù)用器還允許選擇+/-25mV輸入，但這只是診斷的開始，該器件還具有診斷功能來檢查

時鐘頻率或漂移不正確

開放式接地引腳

保險絲更換

缺少穩(wěn)壓電容器

配置位翻轉(zhuǎn)（每 300uS 檢查一次）

輸入引腳上的開口

FMEA 顯示 SFF 超過 90%。

要求 3 – 遵循良好的開發(fā)流程。AD7124不是按照符合IEC 61508標準的開發(fā)工藝開發(fā)的，而是使用符合ISO 9001標準的開發(fā)工藝開發(fā)的，該工藝已用于開發(fā)100種甚至1000種產(chǎn)品。IEC 61508不要求僅使用經(jīng)過認證的組件，并允許使用標準IC來構(gòu)建安全系統(tǒng)。附錄F為開發(fā)新數(shù)字ASIC的技術(shù)提供了指導(dǎo)，與沒有用戶重要反饋的新IC相關(guān)（參見IEC 61508-2：2010條款7.4.6.1中的注釋）。

如果您不想依賴內(nèi)部診斷來確保功能安全，那么還有其他選擇。

一種可能的選擇是將兩個AD7124并聯(lián)，并在uC中比較它們的輸出。如果任一AD7124出現(xiàn)隨機硬件故障，則ADC輸出中將顯示為差值。根據(jù)比較，診斷覆蓋率聲明可能高達99%（參見IEC 2-13：61508的表A.2和A.2010等）。需要注意的是，如果兩個ADC自由運行，步進輸入不會出現(xiàn)輸出差異。AD7124具有多種解決方案，包括SYNC（低電平有效）引腳。如果可以容忍延遲，更簡單的選擇是僅在連續(xù)四次轉(zhuǎn)換出錯時才觸發(fā)差異。

圖2 - ADC輸出作為診斷的交叉比較

上圖顯示了兩個uC，但如果單個SIL 3 uC可用，則只有一個連接到兩個ADC的uC可能就足夠了。如果高可用性很重要，則可以使用AD7124內(nèi)部診斷程序來確定AD7124中哪個給出的結(jié)果不好，并暫時忽略該ADC的結(jié)果，直到可以更換模塊。如果沒有設(shè)備級診斷，就很難說出哪個部件出現(xiàn)故障，系統(tǒng)需要關(guān)閉。

在系統(tǒng)級，另一個可能的保護是將輸入反相到其中一個ADC。然后，如果像EMC這樣的東西導(dǎo)致失調(diào)誤差偏移，如果兩個ADC在同一方向上做出反應(yīng)，就可以檢測到。時鐘、電源和內(nèi)部溫度傳感器的內(nèi)部診斷功能可針對其他常見的系統(tǒng)故障模式提供良好的保護。

比較是實現(xiàn)診斷的一種方法，如果無法在輸入通道上停止轉(zhuǎn)換以在 0， +/-FS 上進行轉(zhuǎn)換。

審核編輯：郭婷