במערכות קריטיות כגון בקרת טיסה אווירית, מכשירים רפואיים מושתלים ואוטומציה של תהליכים תעשייתיים, השלמות של רכישת נתונים היא לא-ניגנטית. Analog-to-Digital Converters (ADCs) לשמש גשר בין תופעות פיזיות מתמשך לבין התחום הדיגיטלי, תרגום אותות חיישן לערכים המספריים מדויקים לקבלת החלטות בזמן אמת.

הבנה של סובלנות ב-ADCs

סובלנות Fault היא היכולת של מערכת להמשיך לפעול כראוי בנוכחות תקלות חומרה או תוכנה. בהקשר של ADCs, שגיאות ניתן לסווג באופן רחב לשלוש סוגים:

  • (הופנה מהדף LT:0) תקלות: ⁇ FLT:1 (בקיצור מסלולים קצרים, חיבורים פתוחים, או ביטים תקועים שנמשכים עד לתיקון.אלה לעתים קרובות תוצאה של פגמים בייצור, הזדקנות או מתח מכני.
  • (FLT:0) תקלות (המשכות): מיפוי זמני של ה-FLT:1 (FLT:0) נגרמות על ידי הפרעה אלקטרומגנטית (EMI), קרינה (למשל, זעזועים חד-מיניים ביישומים בחלל), או גלי חשמל שאינם משאירים נזק קבוע, אך יכולים להשחית תוצאות המרה.
  • (ב) ,0) תקלות לסירוגין: 1FLT:1 חוזר על כישלונות המופיעים בתנאים ספציפיים (זמן, מתח) ונעלם, מה שהופך אותם קשים במיוחד לאבחן.

ADC סובלני אשם חייב לזהות את נוכחותם של כל אחד מהפגמים הללו ולעבור לדרך ידועה-טובה, לתקן את הנתונים השגויים, או ביצועים מעומקים בחסד ללא אובדן תפקוד ברמה המערכתית.המטרה הסופית היא להשיג מדד אמינות מוגדר - כגון זמן בין כישלון (MTBF), רמת בטיחות (SIL), או תכנון רמת ביטוח (DAL) לתעופה - בעודם מצמצם יתר על המידה.

אסטרטגיות עיצוב עבור Redundant ADCs

Redundancy ניתן ליישם ברמות מרובות: ברמת הרכיב (טרנסים בודדים או capacitors), ברמת בלוק ADC (מפרקים, מדגם-and-hold מעגלים), או ברמת המערכת (מעלית מלאה ADCs) הבחירה תלויה בקריטיליות של היישום, עלות מקובלת, וסיליקון אזור.

המונחים: Redundancy

במקביל לשימוש בערוצי ADC מרובים הפועלים במקביל.הצורה הפשוטה ביותר היא (FLT:0dual Redundant ADCFLT:1: שני ממירים זהים מדגימים את אותו קלט אנלוגי, והפלט שלהם משווים על ידי בלוק לוגיקה דיגיטלית.אם הפלטים מתאימים בתוך סובלנות, התוצאה מתקבלת; אם הם לא מסכימים, דגל מועלה וערך מוגדר מראש הוא שימוש במערכת אבחון או נכנס למצב אבחון.

גישה חזקה יותר היא (FLT:0) מודולרית Redundancy (TMR)Fua1LT:1, שבו שלושה ADCs לרוץ במקביל ו רוב מצביע בוחר את הפלט המופיע לפחות שניים משלושת הערוצים.TMR יכול להסוות כשל אחד - אם ADC אחד מייצר קריאה מושחתת, שני קולות נוספים על זה נעשה שימוש נרחב במערכות חלליות ואקלים, שבו יש צורך להפריש את הטמפרטורות כפולות, או מקלקל, אם כי יש צורך, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, יש צורך בטמפרטורות כפולות, או מקלקלות, או מקלקלות, בין אם כי יש צורך, עם זאת, עם זאת, בין סיליקון, בין סיליקון, עם שלוש סיליקון, עם זאת, עם סיליקון, עם זאת, עם זאת, עם סיליקון, יש צורך, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם סיליקון, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם זאת, עם סיליקון, יש צורך נפוץ, עם סיליקון, יש צורך נפוץ, עם סיליקון, יש צורך סיליקון, יש צורך אטומים שלשה, יש צורך סיליקון, יש

Practical considerations for parallel redundancy include:
  • (ב) [15] , ⁇ :0) , כל ADCs חייבים לדגום את הקלט באותו רגע כדי להימנע מ-Sampling skew.זה דורש התפלגות שעון זהירה והתאמה של קלט אנלוגי.
  • (FLT:0)Offset and Get calibration: ההרחבה: ⁇ 1) הבדלים במתחים ההתייחסות או בציפוי פנים יכולים לגרום לדפוסים פתולוגיים שבהם שני ADCs מסכימים על ערך לא נכון.
  • (ב) יש לתכנן את ה-FLT:0Output בוררות:03:1; המעגלים מצביעים צריכים לטפל במדינות מטבוליות ו glitches כאשר שני פלטים עוברים ליד גבול ההחלטה.

המונחים: Redundancy

במקום להעתיק את כל ADC, כמה עיצובים מציגים תת-תחומיים שניתן להפעיל על הביקוש.לדוגמה, ALT:0redundant comparator BankhilFLT:1 עם אחד מבני זוג גיבוי לשלב בפלאש ADC.אם מתאם נכשל (למשל, תקוע בלוגיקה גבוהה), self-in-intest (B) מזהה החלפת זיכרון ללא שימוש בזכרון או ב-reativesiluptexerto-reatives.

בדומה, קידוד הצלחה (SAR) ADCs יכול לכלול מערך capacitor Redundant ב- 50-to-analog sub-block (DAC) במהלך ההפעלה או תחזוקה לא מקוונת, המערכת בודקת כל מערך ופרקים פגומים של 15-to-אנליזה, הקטנת אלגוריתם ההמרה העיקרי לשימוש רק אלמנטים פונקציונליים.

זיהוי שגיאות ותיקון (EDAC)

טכניקות EDAC ללוות ממערכות תקשורת דיגיטליות וזיכרון כדי להגן על פלטי ADC דיגיטליים. בתכנית טיפוסית, כל תוצאה של המרה מלווה בפיסות בדיקת שגיאות - כגון Hamming Codes, בדיקות מחזוריות (CRC), או קודים של ריד-סולומון - המאפשרים למקלט לזהות ואפילו לתקן שגיאות מסוימות.

עבור ADCs אשר תפוקה נתונים סידוריים (למשל, SPI או LVDS), CRC נספח בסוף כל מסגרת המרה מאפשר מיקרובקר המארח לאמת את השלמות.אם תקלה CRC מתרחשת, המארח יכול לבקש נסיגה או להשתמש בנספח (למשל, ערך קודם) בעוד ADC remples. בתוך ADC, או parity יכול להיות מיושם כדי לרשום את הביצועים הפנימיים של שחיתות, למנוע סגסוגת אחורית של תכונות.

דוגמה מתקדמת היא:0 spatial EDACIRLT:1 בשילוב עם אדמוניות: שני ADCs לחדד את אותו המרה, ואת התוצאות נשלחות דרך נתיבי נתונים נפרדים ( PCB שונים, פרוטוקולים שונים) מערכת קבלת השוואתם ומשתמשת CRC כדי לאמת כל דרך, השגת שגיאות והתאמה נגד תקלות נפוצות בדרך אחת.

עצמי ובדיקה

גילוי אשמה פרואקטיבי מקטין את הסבירות כי כשל הולך ללא הפרעה עד שהמערכת כבר נמצאת בדרך של נזק. ADCs עם מבחן עצמי מובנה (BIST) יכול לעתים קרובות להזריק מתח התייחסות ידוע או דפוס בדיקה ולהשוות את הערך הדיגיטלי נגד טווח צפוי.

  • בדיקה אחרונה ב-6 ביולי 2008. ^ FLT:0.0.09.10.10.10.13 A Distance Stress Reference is related to the ADC קלט במהלך מחזור מבחן.התוצאה המרה נבדקת נגד ערך ההתייחסות הידוע לגילוי סחף או השגת שגיאות.
  • (FLT:0) בדיקת Loopback: 1FLT:1 הפלט ADC מוזן בחזרה לתוך DAC (או DAC משלו של ADC בסוגי SAR) ואת הלולאבק הדיגיטלי הוא בהשוואה למילה הדיגיטלית המקורית.
  • (FLT:0)Watchdog Timersua:FLT:1 A timer לפקח על השלמת ההמרה ADC.אם המרה לוקחת זמן רב מדי (למציין מדינה תלולה), ה- Watchdog טוען כי איפוס או גורם מתג בגלגלות.

מעגלים ניטור בריאות יכולים גם לעקוב אחר טמפרטורה, מתח אספקה ותדירות השעון, אזהרות ממותגות כאשר פרמטרים אלה מ סף הפעלה בטוח. נתונים כאלה יכולים להיות רשומים כדי לתמוך תחזוקה חיזוי וניתוח לאחר-incident.

יישום Redundancy בפרקטיקה

בעוד שהאסטרטגיות לעיל הן פשוטות מבחינה קונספטואלית, יישום מעשי שלהם דורש ניהול זהיר של עסקאות.המתח הברורה ביותר הוא בין אמינות וצריכת משאבים. TMR משולש כוח ואזור; EDAC מוסיף עצלות; BIST תופסת אזור מוות וזמן מבחן. מהנדסים חייבים לבצע FLT:0failure מודs, אפקטים וניתוח אבחון (FA)LTFreatrated:1 כדי לזהות את רוב הסיכויים כי הם להפחית את הכשלים ולהפחית את הכשלים.

Reliability Modeling

מדדי PCB סטנדרטיים כגון מניעת בטיחות (SFF) והסתברות של כישלון מסוכן לשעה (PFH) משמשים בתקני בטיחות IEC 61508 (מערכת ADC, דיאגרמת בלוק האמינות (RBD) מודלים את הנתיבים המקבילים או שערי ההצבעה. Monte קרלו סימולציות יכול לקבוע את ההסתברות של כשל משותף (למשל, שעון המכיל את כל ADC), יש צורך במקרים של מחסור שלילי, כלומר, להורדת כוח שלילי, ל- ADC, יש צורך במקרים של מחסור במקרים של כוח שלילי, לכשלים).

קלבריון וסינכרון Overhead

מערך ADC מקבילים דורש שיתוק בין-ADC כדי להתאים את ה- offset, רווח ותזמון. כישלון ב- calibration DAC עצמו יכול להציג שגיאה שיטתית כי הצבעה אינה יכולה לתקן. עיצובים בעלי אחריות גבוהה כוללים לעתים קרובות התייחסות ייעודית ובקר קליברציה אשר נבדק באמצעות עיצוב אדום משלו.סינכרון הופך מסובך במיוחד כאשר ADCs יש תקופות שונות (למשל, לעומת ADC) בדרך כלל, שימוש זהה.

המונחים: Vote logic

מעגל ההצבעה במערכת TMR חייב להיות מוקשה קרינה אם נעשה שימוש בחלל או יישומים בעלי יכולת גבוהה. CMOS לוגיקה סטנדרטית יכול להיות מוטרד על ידי אירוע יחיד; עיצובים משולשים עם לולאה משוב עוזר למנוע נעילה קבועה.בנוסף, המצביעים חייבים להתמודד עם המקרה שבו שני ADCs נכשל עם אותו פלט לא נכון (דמבל) בחינום, לעתים קרובות על ידי אילץ מצב בטוח מראש.

מחיר לעומת ניתוח הטבות

עבור כלי רכב כוח ADCs נשלט על ידי ISO 26262, Redundancy בדרך כלל מוסיף 20-30% למות עלות, אבל זה מוצדק על ידי המטרה ASIL (רמת בטיחות מנוע) דירוג גבוה יותר.במכשירים רפואיים זולים לצרכן, חלופה זולה יותר היא להשתמש ADC אחד עם עדות עצמית כי הוא מאמת את ההמרה נגד ADC נמוך לפתרון נמוך, מקבל כיסוי נמוך יותר חייב להיות מתועדות אבטחה.

היתרונות של בנייה ב Redundancy

השקעה בארכיטקטורה ADC Redundant מניבה שיפורים ניתנים לכמת במספר ממדים:

  • (FLT:0) אמינות מערכת וזמינות: ההרחבה 1 (Redundant ADCs) שומרת על עיבוד אותות חיישן גם כאשר אחד או יותר ערוצים ממיר נכשל, צמצום זמן השבתה לא מתוכנן בתהליכים תעשייתיים או למנוע משימות מבורכות בחלל.
  • (FLT:0) סיכון מופחת של שחיתות נתונים או אובדן: אנדרל 1) , גילוי שגיאות ו הלולאות תיקון למנוע מדידות שגויות להיות מוזנים לתוך לולאות שליטה, הימנעות מאוסציות או פקודות הפעלה לא בטוחות.
  • (FLT:0) שיפור הבטיחות ביישומים קריטיים: ההרחבה: 1 של ההרחבה עם תקני בטיחות פונקציונליים כגון DO-254 (avionics), IEC 61508 (industrial), ו- ISO 26262 (automotive) דורש לעתים קרובות undancy בדרגה הרכיב.
  • (FLT:0) ,Extended Lifespan:FreaLT:1) היכולת לזלזל בחסד (למשל, מ 16 סיביות עד הדיוק של 14 סיביות) מאפשרת למערכת להמשיך לתפקד מעבר לכשל הראשון, לאחר טיפול בהתערבות תחזוקה.

תוצאות חיפוש Case Studies

(FLT:0)Aerospace:FLT:1, החללית של נאס"א אוריון משתמשת ב- ADCs ב- ADCs במערכת בקרת הסביבה שלה ותמיכה בחיים.כל חיישן לחץ מזין שלושה ערוצי ADC נפרדים אשר הפלטים שלהם הם ברובם לפני השימוש כדי להתאים את האווירה התאית. גישה זו TMR כבר הוכחה כדי לשרוד זעזועים חד-ביטים מקרניים קוסמיים.

(FLT:0Medical Implants: ADCs: FLT:1 Implantable Cardioverter-defibrillators (ICDs) לסמוך על ADCs כדי לזהות אותות לב הגיוניים.הההמרות לא נכונה אחת עלולה לגרום לזעזוע מיותר או להחמיץ זעזוע קטלני של זוועות ההיסטריה. יצרנים מובילים מעסיקים SAR כפול ADCs עם התקף עצמי מובנה במהלך כל מחזור לב, אם אחד מהם אינו כולל ערוצי מעבר פנימיים.

(FLT:0)Industrial Automation:FLT:1 in SIL-3 דירג מערכות ניהול טורבינות גז, ADCs ניטור עוצמת הלהבה והטמפרטורה נועדו עם ריצוף מקבילים ושעון בזמן.אם ממיר מדווח על ערך מחוץ לטווח הצפוי או לא להשלים המרה, בקר הבטיחות משתמש אוטומטית בערוץ האדום ומסמן בקשה לתחזוקה.

מגמות מתפתחות וכיוונים עתידיים

הנוף הלא-סובלנות מתפתח במהירות.על-צ'יפ ונדנסיות נעה לעבר רכיבי FLT:0) עצמם-healingcioFLT:1 מעגלים: ADCs אשר יכולים באופן אוטומטי לנתב מחדש נתיבי אותות סביב רכיבים כושלים על ידי שימוש במערך של מתגים ננוקליים או מריסטורים.

(FLT:0) מקנה למידה עבור זיהוי לקוי של זיהוי חיזוי: 1 (FLT:0) הוא עוד גבול.על ידי ניטור דפוסי רעש פלט דקים, חסכוניי טמפרטורה, ורטיחות המרה, רשת עצבית על שבב יכול לחזות כישלונות מתחוללים (למשל עלייה ברעש תרמי של קופר) ימים לפני שכישלון קשה קורה, נותן צוותי תחזוקה חלון לפעול.

בנוסף, טכניקות ההרחבה:0 (RHBD) שהוחזקו על ידי עיצוב (RHBD) LT:1LT:1 טכניקות המשלבות ונדנסיות עם שיטות פריסה מיוחדות (למשל, טרנזיטים סגורים, טבעות שמירה) מאומצות במסחר מחוץ ל-the-shelf (COTS) ADCs עבור לווייני דלת-earth-bit, צמצום הטאבו נגד השימוש ב-IC בחלל.

מסקנה

תכנון ADCs עם בנייה מחדש לא רק פוליסת ביטוח - זה דרישה בסיסית עבור מערכות שבו חיי אדם, נכסים הון, או הצלחה המשימה תלויה האיזון. על ידי שילוב אדריכלות מקבילה, רכיבים לחסוך, קודים תיקון שגיאות, ואבחון עצמי, מהנדסים יכולים לבנות חזית איסוף נתונים מסתיים כי לשרוד באופן החסד ופגמים מרובים.

לקריאה נוספת, להתייעץ עם המשאבים הסמכותיים הבאים:

  • דו"ח יישומי טקסס 395 - FLT:0 "עיצוב Redundant ADC לבטיחות פונקציונלית במערכות הרכב"
  • אנליסטים מכשירים טכניים סעיף 2158 - FLT:0 "הסתה של נתונים סובלנות ליישומים בטיחותיים-קריטיים"
  • נאס"א: ניהול Redundancy Management for Analog-to-Digital Converters in Space Flight
  • ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

על ידי הטמעת עקרונות אלה משלב העיצוב המוקדם ביותר, מהנדסים יכולים לספק תת-מערכת של ADC שלא רק לעמוד אלא גם על דרישות האמינות של המערכות הקריטיות של המחר.