Uzaylı uçuş kontrolü, implantable tıbbi cihazlar ve endüstriyel süreç otomasyonu gibi kritik sistemlerde, ADC okumasındaki tek bir miktar hata felaket sonuçlarına neden olabilir - yanlış dozlar ve dijital alan arasındaki köprüyü teslim etmek, gerçek zamanlı karar verme için doğru sayısal değerlere uygun hale getirmek için başarısız olur.ADC okuması, bu tür hataları doğrudan yıkıcı bir şekilde analiz etmek için gerekli olan bir sistemdeki pratik ilkelerin ve bir hataya yol açmaz.
ADC'lerde Yanlış Hoşgörüleri Anlamak
Hata toleransı, donanım veya yazılım hatalarının varlığında doğru şekilde çalışmaya devam etmek için bir sistemin yeteneğidir. ADCs bağlamında, hatalar üç türe geniş bir şekilde kategorize edilebilir:
- [FONT:0)Z (permanent) hataları: ), kısa parçalar, açık bağlantılar veya tamir edilene kadar devam eden birazcıklar. Bu genellikle üretim kusurlarından, yaşlanmadan veya mekanik stresden kaynaklanır.
- [FONT:0)Soft (transient) hataları: ), elektromanyetik müdahale (EMI), radyasyon (e.g., tek-event uzaydaki üzücüler), veya güç tedarik aksaklıkları. Bunlar kalıcı hasar bırakmaz, ancak yozlaşmış dönüşüm sonuçları bırakabilir.
- [FONT:0)Kapit hataları:[Dönemli: 1) Belirli koşullar altında görünen hataları (sıcak, gerilim) ve ortadan kaldırmak, onları özellikle de teşhis etmek zor hale getirmek.
Bir hata-tolerant ADC, bu hataların varlığını tespit etmeli ve bilinen iyi bir yola geçişli, yanlış bir şekilde sistem düzeyindeki işlevi kaybetmeden performansları düzeltmelidir. Nihai hedef, belirlenen bir güvenilirlik elde etmektir (MTBF) Güvenlik Dürüstlüğü Seviye (SIL), veya Havacılık için tasarım Düzeyi (DAL) için.
Red dışı ADCs için Tasarım Stratejileri
Reddanış birden fazla seviyede uygulanabilir: bileşen seviyesinde (gerçekten transistör veya kapasitörler), ADC blok seviyesinde (komparatorlar, örnek-ve-hold devreleri), veya sistem seviyesinde (multiple complete ADCs) seçim, uygulamanın kritikliğine, kabul edilebilir maliyete ve mevcut silikon alanına bağlıdır.
Paralel Reddancy
Paralel redüpsiyon, birden fazla ADC kanalının eş zamanlı olarak çalışmasını sağlar. En basit form isENFLT:0)) Belli bir redüpt ADC): iki aynı dönüştürücüler aynı analog girdiyi sayısallaştırır ve çıktıları bir tolerans içinde bir sayısal blokla karşılaştırılır.
Daha sağlam bir yaklaşım şu:0)triple modüler bir reddant (TMR)), üç ADC'nin paralel olarak çalıştığı ve radyasyon kaynaklı üzgünlerin ortak olduğu alan ve uzay sistemlerinden en az iki tanesi de tek bir başarısızlıkla maskeleyebilir - eğer bir ADC, bir yolsuzlukla mücadele eden iki oylamayı aşırı sağlayabiliyor veya üç yol arasında çok dikkatli bir şekilde oy kullanma mekanizmasına sahip olmalıdır.
- [FONT:0)Synckizasyon:[Dönetici:[Dönetici:0) Tüm ADCs, örneklemeden kaçınmak için aynı anda girişleri örneklemelidir. Bu dikkatli saat dağıtım gerektirir ve analog giriş yönlendirmesini gerektirir.
- [FONT:0)Resul ve kalibrasyon kazanır: Referans gerilimlerinde veya iç kapasitede farklar iki ADC'nin yanlış bir değer üzerinde anlaştıkları patolojik desenlere neden olabilir.
- [FONT=0]Output tahkimi:[Dönetici:[Dönetici:0)[Dönetici:[Dönetici:[Dönetici:0)) Oylama devreleri karar sınırının yakınında iki çıktının geçişinde metastable devletler ve aksaklar işlemek için tasarlanmıştır.
Bitirme Reddancy
Tüm ADC'yi çoğaltmaktan ziyade, bazı tasarımları bir flaş ADC'de sahnelenen yedek alt-cirleri tanıtıyor. Örneğin, aurkan (BIST) bir anomaliyi tespit ediyor ve eFus veya non-volatile bellek kullanarak yedekleri değiştirebiliyor.
Benzer şekilde, başarı notu kaydı (SAR) ADCs, dijital-analog dönüştürücü (DAC) alt blokta rekontatörlü diziler içerebilir.Başlangıç veya çevrimdışı bakım sırasında, sistem testleri her bir dizi ve arıza segmentleri, sadece işlevsel elementleri kullanmak için dönüşüm algoritması yeniden yapılandırabilir.Bu yaklaşım, ADC~ duplikasyonu tam olarak karşılaştırılabilir, çünkü sadece en başarısız parçalar yedeklenir. Örneğin, 16-bit SAR ADC'de, kapasitör DAC alana hükmedebilir; küçük bir bankaya sahip olmak için% 10 ekstra bir bankaya kıyasla% 10 ekstraklık bir bankaya izin verir.
Hata Tespiti ve Düzeltme (EDAC)
EDAC teknikleri dijital ADC çıktılarını korumak için dijital iletişim ve hafıza sistemlerinden ödünç alır. Tipik bir programda, her dönüşüm sonucu hata kontrol kodlarına eşlik eder - Hamming kodları, döngüsel reddantme kontrolleri (CRC), veya Reed-Solomon kodları - alıcının belirli hataları tespit etmesine izin verir.
ADC'ler için seri verileri (örneğin, SPI veya LVDS), ADC'nin sonunda bir CRC'nin ev sahibi mikrokontrollülüğü doğrulamasına izin verir.Eğer bir CRC yanlışlık meydana gelirse, ev sahibi bir geri yükleme veya bir tahminci (örneğin, ADC resamples.In the ADC, parity or ECC can be applied to the internal file holding calibration katlar, sessiz bir şekilde performans gösteren kesme değerlerini engelleyebilir.
Gelişmiş bir örnek şu:0)) Aday sistem her yolu doğrulamak için bir CRC kullanır, her iki hata algılama ve hizaya karşı aynı dönüşümle karşılaşır ve sonuçlar ayrı veri yolları aracılığıyla gönderilir (farklı PCBler, farklı protokolleri).
Self-Test ve İzleme
Proaktif hata tespiti, bir başarısızlıkın zaten zarar verdiğine kadar önemsiz olmadığı olasılığını azaltır. yerleşik kendini test eden ADCs periyodik olarak bilinen bir gerilim veya test kalıbına enjekte edebilir ve beklenen bir diziye karşı sayısallaştırılmış değeri karşılaştırabilir.
- [[Düzg:0)On-çip referans testi:[Döntgen:[Dönetici:0) Bir test döngüsü sırasında ADC girişine bağlı olarak hassas bir gerilim referansı. dönüşüm sonucu, sürüklenen veya elde edilen hataları tespit etmek için bilinen referans değerine karşı kontrol edilir.
- [FONT:0)Loopback testi: [DDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜ:0) ve sayısal döngü geri dönüş orijinal dijital kelime ile karşılaştırılır.
- [FONT=0)Seskor zamanı:[Dönetici] Bir zamanlayıcı monitörler ADC dönüşüm tamamlandı. Dönüşüm çok uzun sürer (kafa bir devlet gösterir), saatdog bir sıfır veya kırmızı bir geçiş önerir.
Sağlık izleme devreleri ayrıca sıcaklık, tedarik gerilimi ve saat frekansını izleyebilir, bu parametreler güvenli işletim eşlerinden sapmaya başladığında uyarıları engelleyebilir. Bu veriler tahmin edici bakım ve post-incident analizine destek vermek için giriş yapılabilir.
Red dışılığı Uygulamada Uygulamada Uygulayın
Yukarıdaki stratejiler kavramsal olarak basit olsa da, pratik uygulamaları ticari-offların dikkatli bir şekilde yönetilmesini gerektirir.En belirgin gerginlik güvenilirlik ve kaynak tüketimi arasındadır. TMR üçlüs gücü ve alanı; EDAC geciken alanı ve test süresini azaltır.
Yeniden kullanılabilirlik modelleme
Güvenlik Başarısızlığı (SFF) ve Saatte Tehlikeli Başarısızlık (PFH) gibi standart ölçümler, IEC 61508 güvenlik standartlarında kullanılır. ADC subsystem, güvenilirlik blok (RBD) modelleri paralel yollar veya oylama kapıları ve Monte Carlo simülasyonları, ortak bir nedenden dolayı başarısız olma olasılığını belirleyebilir (örneğin, ADC'lerin aynı anda etkileyerek).
Kalibrasyon ve senkronizasyon Overhead
Paralel ADC serisi, eş dengelemek için inter-ADC kalibrasyonunu gerektirir, kazanır ve zamanlama. ADC'nin kendisi farklı dönüşüm süreleri olduğunda (örneğin, yüksek çözünürlükte tasarımlar genellikle kendi kırmızıdan kontrol edilen özel bir hassas referans ve bir kalibrasyon kontrolörü içerir.Youhronization özellikle zorlaşırken ADCs'in farklı bir dönüşüm süresi vardır (örneğin, bir delta-sigma ADC vs.)
Çıktı Tahkim ve Mantık
Bir TMR sistemindeki oylama devresi, uzayda veya yüksek çözünürlükte kullanılmışsa radyasyona karşı olmalıdır. Standart CMOS mantığı, önceden belirlenmiş bir güvenli duruma zorlanarak sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık ayrı bir anahtarlama tasarımları ile sonuçlanır.
Maliyet vs. Fayda Analizi
ISO 26262 tarafından yönetilen otomotiv güçlüğü için, kırmızıdanlık genellikle düşük çözünürlüklü ADC'ye dönüşüm sağlamak için% 20-30 oranında haklı çıkar, ancak bu, ASIL (Automotive Safety Integrity Level) derecelendirmesinde belgelenmelidir. Düşük maliyetli tüketici tıbbi cihazlarda, daha ucuz bir alternatif, ikincil bir ADC'ye karşı dönüşümleri düşük çözünürlüklü bir teşhis kapsamına alan tek bir ADC'yi kullanmaktır.
İnşa Edilmiş Olan Faydaları
ADC mimarisine ait kırmızı tasarruflara yatırım yapmak birkaç boyutta doğrulanabilir iyileştirmeler sağlar:
- [FONT:0)Enhanced sistem güvenilirliği ve kullanılabilirlik: Red dışı ADCs, bir veya daha dönüştürücü kanal başarısız olduğunda, endüstri süreçleri planlanmamış veya uzaydaki görevleri engellemeye çalışır.
- [FONT:0) Veri yolsuzluk veya kaybı riskini ortaya koydu: Hata tespiti ve düzeltme döngüsü, hatalı fiiller veya güvenli olmayan eylem komutlarından kaçınmak için hatalı ölçümler yapılmasını engelliyor.
- [FONT:0) Görev-kritik uygulamalarda gelişmiş güvenlik: DO-254 (atıcı) gibi fonksiyonel güvenlik standartları ile uygunluk, IEC 61508 (endüstriyel) ve ISO 26262 (otomatik) genellikle bileşen seviyesindeki tasarruf gerektirir.
- [FONT=0)Öyleleyici operasyonel yaşam süresi:[Dönetici:[Dönetici:0)[Dönetici:0)))))) 16-bit'den 14-bit doğruluka kadar, ilk bileşen başarısızlığının ötesinde çalışmaya devam etme, bakım müdahalelerinin üstesinden gelme yeteneği.
Uygulama Vaka Çalışmaları
[FONT:0]Aerospace: [Dönetici: [Dönetici] NASA Orion uzay aracı, çevresel kontrol ve yaşam destek sisteminde tek başına ADC'leri kurtarmak için uçuştan önce üç ayrı ADC kanalı kullanır.
[FONT=0]Medical Implants:[D)[D) ] ] ] ] ] ]Bir dönüşüm gereksiz bir şoku tetikleyebilir veya bir lethal arrhythmia kaçırabilir. Lider lider SAR ADCs her kardiyam döngüsü sırasında çalışan, geçiş kanalları iç tutarlılığı kontrol edemez.
[FONT:0)Staj:[Dönemli: 0 3) SIL-3'te, gaz türbini yakıcı yönetim sistemleri, ADCs izleme alev yoğunluk ve sıcaklık paralel kırmızıdansılış ve bir saatdog zamanılayıcı ile tasarlanmıştır.Eğer bir dönüştürücü beklenen aralığın dışındaki bir değer rapor eder veya tamamen dönüşüm yapmazsa, güvenlik kontrolörü otomatik olarak kırmızıdan çıkarma kanalı kullanır ve bir bakım talebine işaret eder.
Trendler ve Gelecek Yolları
Hata-tolerance alanı hızla gelişiyor.In-çiçek kırmızısı, MIT ve Stanford gibi kurumlardan yapılan araştırmalar, gerçek zamanlı olarak dönüşüm algoritmasını yeniden yapılandırarak% 30'a kadar zarar verebilecek şekilde, ADC'ler.
[FONT:0)Makine tahmin edilebilir hata tespiti için öğrenme[Döntgen:0) Sert bir hata meydana gelmeden önce, bakım ekiplerine bir pencereyi izlemek için bir pencere vermek.
Ek olarak, özel düzen uygulamaları (örneğin, kapalı transistörler, koruyucu halkalar) ile birlikte, düşük çözünürlüklü uydular için ticari olarak kabul edilir.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
ADC'leri inşa edilmiş yedek kodlar, ve kendi kendine özgü bir sigorta politikası değildir - insan hayatının, sermaye varlıklarının veya görev başarısının dengede asılı olduğu sistemler için temel bir gerekliliktir. Paralel mimariler, yedek parçalar, hata toplama kodları, ve kendi kendine özgü derinlikleri birleştirerek, mühendisler, tek ve birden fazla hatanın hayatta kalmasını sağlar.
Daha fazla okuma için aşağıdaki yazar kaynaklarına danışın:
- Texas Instruments Application Report SBAA395 - 03FLT:0) " Otomotiv Sistemlerinde Fonksiyonel Güvenlik İçin ADC Tasarımı").
- Analog Cihazlar Teknik Madde MS-2158 -OURFLT:0) “Güvenlik-Critical Uygulamaları için Uygun Veri Dönüşümü”).
- NASA Technical Memorandum – [[0)" Uzayda Analog-to- Digital Converter için Kızılayı Yönetimi").
- IEEE Paper –FL:0) “A Triple-Modular Reddant SAR ADC for Avionics”[Dönemli: 1)
Bu ilkeleri en erken tasarım aşamasından ayırarak, mühendisler sadece tanışmayan ve yarın kritik sistemlerin güvenilirliğini aşabilecek ADC altsystems sunabilirler.