Neden Kalibrasyon ve Kendi Testleri Modern DSP Sistemlerinde Eleştireldir

Dijital Signal Processor (DSP) sistemleri, sabit, gerçek zamanlı sinyal manipülasyonu talep eden sayısız uygulamanın arka kemiğini oluşturur - yüksek sadakatli ses kodlarından radar sinyal zincirlerine ve 5G taban işlemeye kadar.Integraahertz aralıklarına kadar, hatta küçük sapmalar ölçülebilir ve tüm yaşam boyu hatalarına neden olur.

Kalibrasyon ve kendini test aynı işlem değildir, ancak onlar Tandem'de çalışırlar. Kalibrasyon, girdi/ ⁇ ilişkileri, bilinen bir referansla, denge için ipuçları, kazan ve lineerity hataları, analog-sonuçlu bileşenler tarafından tanıtıldı, jitter veya tedarik ripple. Self-testing, diğer yandan, sistemin hala belirtilen sınırlar içinde çalıştığını ve hataları tespit eder. Birlikte, birlikte, analog-kırıklıklı bir işlev için gerekli olan bir güvenilirlik katmanı inşa ederler.

Bu makale, bu özellikleri en üst düzeye çıkaran teknik mekanizmaları ve DSP işlemcilerde kendini test eden teknik mekanizmaları araştırıyor ve farklı kullanım vakalarında faydalarını ve etkinliğini en iyi şekilde artıran mühendislik uygulamaları da araştırıyoruz. Ayrıca bu özellikleri yeni sınıflama seviyelerine iten trendlere bakıyoruz.

DSP Systems'de Kalibrasyon Anlamak

Bir DSP Zincirinde Ne Kalibrasyon

Tipik bir DSP sinyal zincirinde, işlemci analog-dijital dönüştürücülerden veri alır (ADC), matematiksel işlemleri gerçekleştirir (filler, transformatörler, eşitleme), ve sonuçları dijital-to-analog dönüştürücülere gönderir (DACs) veya diğer dijital bloklar arasında döndürür: ADC integral olmayan katarity (INL), diferansiyel olmayan (DNL), dengelemeler, sıcaklık katsayıları kazanır ve hatta zamanlayıcıları arasında değiştirir. Kalibrasyon sayacı, bu hataların düzeltilmesiyle karşı karşıya kalır.

Örneğin, bir akıllı sürücüde bir bazband işlemcisi, zaman içinde bu yanlış eşleştirme algoritmaları tam olarak hizalamalıdır. sürekli veya periyodik kalibrasyon algoritmaları - cihaz bozulması sırasında veya düzenli aralıklarla yapılan işlemler sırasında - sistem ayarlananını koruyabilir.

DSP Systems'de Kalibrasyon Türleri

  • [FONT:0) Üstat Kalibrasyon: [Dönetici: [Dönetici:0] Bir kez hassas aletleri kullanarak zaman harcıyor.It store düzeltme values (e.g., dengeleme, kazan, lineerity katlar) non-volatile memory.This is the baseline for all next calibrations.
  • [FONT=0)Power-On Self-Calibration: Her bir boot the DSP veya arkadaşı ICs, son güç döngüsünden bu yana yaşlanmaya neden olan bir rutini çalıştırıyor.
  • [[Düzzaman:0)Background Calibration:[Dönetici:[Dönetici:0) Runs sürekli veya normal işlem sırasında planlanan aralıklarda yapılır. genellikle istatistiksel yöntemler kullanır (örneğin, bilinen bir pilot ton ile korelasyon, veri avering) sinyal akışını kesmek olmadan yavaş varyasyonları takip etmek. Yüksek uç ses dönüştürücüler ve RF transceivers genellikle arka plan kalibrasyonuna güvenir.
  • [FONT:0)Foreground Calibration:), Pauses normal bir işlem bilinen bir referans sinyalini enjekte etmek ve düzeltme güncellemelerini hesaplamak için.In enstrümantasyon ve test ekipmanlarında doğruluk ölçümün ölçüm döngüleri sırasında önemli olduğu.
  • [FONT:0]Hybrid Kalibrasyon: [Dönetici] Fabrika, zeminde ince alan ince alanlarla birlikte, ADAS'de birçok DSP tabanlı kontrol sistemi bu yaklaşımı güvenlik bütünlüğüne sahip olmak için benimsemiştir.

Kalibrasyon tarafından geliştirilmiş olan Anahtar Performans Göstergeleri

  • [FONT:0)Signal-to-Noise Oranı (SNR): [DFLT:1] Doğrulanmış ADC doğrusal olmayan gürültüleri, doğrudan kullanılabilir dinamik aralığı artırmak.
  • [FONT:0]Spurious-Free Dynamic Range (SFDR): Çoklu kanal sistemlerindeki yanlış eşleştirmeler kazanır ve zaman zaman zaman zaman zaman zamanlaması, kanal içi hataları bastırır.
  • [D:0)Toplu Harmonik Distortion (THD): ) Properly kalibre edilmiş DACs, ses ve iletişim sistemleri için daha düşük bir bozulma, önemli.
  • [FONT=0)Phase ve Frekans Doğruluğu:[Dönetici:[Dönetici:0) Calibrating PLLs ve dijital karıştırıcılar minimum faz gürültülerini ve taşıyıcı dengelemesini sağlar, koherent deput için kritik.
  • [FONT=0)Channel Eşleme:[Dönetici:[Dönetici: 0,2) fazda radar veya MIMO iletişiminde, kalibrasyon tüm alınan / geçiş zincirleri arasındaki kazanç ve faz yanıtını eşitledi.

Kendi kendine Test eden Özelliklerin Rolü

Yapılı -In Self-Test (BIST) Architectures

DSP sistemlerindeki kendini test etmek genellikle, aynı çipe veya bilgisayarda gömülü olan kendi kendini test eden (BIST) modüller ile uygulanır. BIST hafıza BIST (proksatörleri ve kayıt dosyaları üzerinde test edilebilir), mantık BIST (projeksiyonel ve test) ve analog BIST (projektörleri test etmek, referans gerilimi doğruluk) Modern DSP çekirdeği genellikle kendini test eden ortaklar içerir.

DSP sisteminde tipik bir BIST akışı aşağıdaki gibi çalışır: Test kontrol cihazı bir hata bayrağı veya daha ayrıntılı bir teşhis süreci tetikler.

Kendi Testlerinin Türleri

  • [FONT=0)Power-On Self-Test (POST): ), sıfırdan sonra, kritik kayıtları, anıları ve I/O periferileri taradıktan sonra hemen sonra idam edilmelidir.
  • [FONT:0)Periodic On-Line Self-Test: [Dönetici: [Dönetici:0] Normal işlem sırasında sık sık kullanılan hesaplama döngüleri kullanarak arka plan modunda çalışır. Örneğin, DSP ses işlemcisi her milisaniyenin küçük bir kısmını test edebilir, tüm dizi boyunca birkaç saniye içinde döner.
  • [FONT:0)Diagnostic Ringback Test: DSP, kullanımsız bir girişe geri döndü ve iletişim sistemlerindeki verileri tüm zincir üzerinden doğrulamayı başardı (coder, modüllator, demodulator, decoder).
  • [FONT:0)Checksum ve CRC Verification: Firmaware ve yapılandırma verileri flaş bellekte kontrol edilir CRC algoritmaları kullanılarak kontrol edilir. DSP periyodik olarak kod ve kat tablolarında kontrolleri alabilir ve beklenen değerlerden sapmazsa uyarılabilir.
  • [FONT:0)Analog Sağlık İzleme: [DFLT:1] Testler sıcaklık sensörleri, gerilim monitörleri ve saat bütünlüğü. Bir saat kaybeder veya tedarik gerilimi bir eşiğin altında azalırsa, DSP güvenli bir mod veya istek sistemi kapanmasına geçebilir.
  • [FONT:0) Kendi testini bağlantıya sokuyor: [Döntgen:[Dönetici:0) Veri otobüslerini (örneğin, SPI, I2S, LVDS) yüksek / uzun süre sıkılamıyor ve bu elhak sinyalleri doğru bir şekilde bir araya getiriyor.

Yüksek Güvenilirlik Domainlerinde Kendi kendine Test

Avanonikler, DO-254 ve DO-178C, cihazın güvenli bir durumda kalmasını sağlamak için otomatik olarak test edilmesi gerekir.In a aviyoniyonikler (SEU) ve geç hataların büyük bir kısmını kapsayan dijital mantıkla, DSP performans kontrollerinde veya yumuşak bir hatanın güvenli bir şekilde tespit edilebilmesini sağlamak için.

Kalibrasyon ve Self-Testing Faydaları

Zaman ve Çevrede Daha İyileştirme

Kalibrasyon statik ve yavaş yavaş çeşitli hataları düzeltirken, kendi kendini test eden bir hata yakalar - hasar görmüş bir DAC veya hafıza biraz geri döner. Kombine, DSP sistemini sıcaklık aralıkları boyunca güvenilir bir şekilde tutarlar, örneğin, yüksek uç oscill her iki kattan fazla kazanır (yüzlü kazanç ve DC dengeleme için) ve kendi test (zaman taban ve mantıklarını doğrulayın) ve kendi test (zaman tabanlarını ve mantıklarını doğrulayın.

Artan Güvenilirlik ve Robustness

Kendi kendini test sistemi, mükemmel bir şekilde gözden geçirme imkanı sağlar. Bir hata tespit edildiğinde, DSP, geri kalan bir yolda performansı azaltabilir veya operatörü uyarmak için özellikle de uzaktan veya sert hizmet yüklemelerinde değerlidir.

Proaktif Bakımlar aracılığıyla Maliyet Tasarrufları

Önleyici tanılar planlanmamış downtime azaltır. Bir felaket başarısızlığı beklemek yerine operatörler kendi test uyarılarına dayanan bakım programlayabilirler. Kalibrasyon ayrıca donanım ömrünü genişletir - ısıl sürüklenme ve yaşlanmadan önce sistem daha uzun süre boyunca değişken olarak kalır, pahalı bir parçaya dönüşür.

Flexability and Faster Time-to-Market

Sağlam kalibrasyon ve öz test özellikleri ile mühendisler, silikon satıcılardan biraz daha ucuz bileşenler veya bazı imalat toleranslarını kullanabilirler, çünkü sistem yüksek hızlı ADCs) tasarım takımları fonksiyonel güvenlik gereksinimlerine karşı yardımcı olur. daha hızlı, kısa sürede yapılan öz test dışı kütüphaneler ve kalibrasyon algoritmaları:0).Analog Cihazlarının Kalibrasyon Teknikleri Yüksek Hız ADCs

Kalibrasyon ve Self-Testing: En İyi Uygulamalar

Signal Path Gereksinimler ile başlayın

Kabul edilebilir hata bütçesini belirtmek için başlayın: En fazla izin verilen hata, dengeleme, THD ve yaşam boyu sapmayı tam sıcaklık ve yaşam aralığına göre belirlemeniz gerekir? Bu sürücüler sadece fabrika kalibrasyonuna veya aynı zamanda sürekli arka plan kalibrasyonuna ihtiyacınız olup olmadığınız anlamına gelir.

modülerlik ve Reuse için tasarım

Kalibrasyon ve kendini test mantığı, yeniden kullanılabilir IP blokları olarak tasarlanmalıdır. Örneğin, birden fazla DAC kanalını destekleyen bir jenerik IP çekirdeği, kalibrasyon aralığı ve güncelleştirme oranı için yapılandırılabilir.Bu, tür projeler için tasarım çabasını azaltır ve doğrulamayı kolaylaştırır. birçok FPGA satıcısı analog öz test için yumuşak IP çekirdekleri sunar (örneğin, Xilinx'in XADC kendini test eden sarmalı).

Overhead ve Real-Time Constraints

Arka plan kalibrasyonu ve kendini test etmek, hesap kaynakları veya hafıza genişliğinin ana sinyal işleme görevini üstlenmemelidir. Düşük çözünürlükte DSP döngüler (örneğin, aktif gürültü iptali), birkaç kayıp örnek bile dengesizliğe neden olabilir.Bu nedenle, tasarımcılar genellikle boş döngüler sırasında çalışan daha düşük öncelikli bir görevi uygularlar veya DSP çekirdeğinden bağımsız olan özel donanım hızlandırıcıları kullanırlar.

Test Zamanlı Hatası

Kapsamlı öz test birkaç saniye sürebilir - geç saatlerde izin verilen uygulamalarda gecikme süresi 100 m altında olmalıdır (örneğin, otomotiv hava çanta kontrolörleri). İlk önce yüksek riskli hata modellerini kullanarak ve hierarchical testlerini kullanın: düşük hareketlilik döneminde daha derin bir teşhis. Kalibrasyon aynı şekilde bağlı olmalıdır: başlangıçta koarse kalibrasyon, iyi arka plan kalibrasyonu sürekli olarak.

Standart Interfaces ve Protokoller

Birçok DSP sistemleri, enerji yönetiminde kullanılan protokollerin kalibrasyonunu ve kendini test sonuçlarını ortaya koyar (örneğin, PMBus telemetri) sistem düzeyinde sağlık izlemesini sağlar.Bu, belirli bir güvenlik iletişim kanalı (örneğin, güvenlik iletişim kanalını kullanarak) belirli bir veri görselleştirme kanallarını kullanarak bilgi edinme olanağı sağlar.

DSP Kalibrasyon ve Self-Testing Uygulamalarından En Çok Yararlanan Uygulamalar

Yüksek kaliteli Audio ve Profesyonel Ses

Stüdyo mikrofonları, konsolları karıştırın ve dijital ses iş istasyonları DSP'lerin hassas ADC/DAC kalibrasyonu ile gürültü ve bozulmayı ortadan kaldırmak için doğrultulmasını sağlar.Kendi test etmek, mikrofon kanalının yanlışlıkla mutıldığını veya biraz sıkıştırmanızı sağlar.

Kablosuz İletişim Altyapısı

Modern 5G baz istasyonları düzinelerce ileti /receive zincire sahiptir.Her zincir, Texas Instruments gibi bağımsız kalibrasyon gerektirir ve DC dengelemek için kendini test etmek için DSP tabanlı radyo transcereksiyonu, anten yanlış eşlemeler ve alıcı spertmeler.Bu özellikler olmadan, kirişlerin doğruluklarını ve kullanıcı geçişleri sunar.

Tıbbi Görüntüleme ve İzleme

Ultrason makinelerinde, DSP işlemciler, fazlı transdüser verileri yeniden yapılandırır.Aptal olmayan veriler için doğrular 128+ pastazoelektrik elementleri arasında yanlışlık sağlar. Self-testing, nabız jeneratörleri ve kiriş gecikme hatlarının çalıştığını doğrulayın.

Endüstriyel Süreç Kontrol Kontrolü

DSP'ler programlanabilir mantık kontrolörleri (PLC) ve hareket kontrolörleri, analog giriş modülünün uygun aralıkları içinde kalmasını doğrulamayı tercih eder. Kalibrasyon, DSP'nin kendi testinde bir başarısızlık, DSP'nin son güvenli pozisyonda başarısız bir şekilde hareket eden bir güvenli modu tetikleyebilir, tehlikeli işlemleri önlemek.

Havacılık ve Savunma

Radar ve elektronik savaş (EW) DSP sistemleri aşırı ısı ve radyasyon koşullarında çalışır ve dijital alt-konverterlerin ve pul sıkıştırma filtrelerinin düzeltilmesi hedef algılama aralığına uygun olarak yapılır.

DSP Kalibrasyon ve Self-Testing Trendleri

Makine Öğrenme-Driven Kalibrasyon

Gelişmiş DSP çipleri artık hafif sinir ağ işleyicilerini içerir ve analog bileşenlerin doğrusal olmayan transfer işlevlerini öğrenir ve gerçek zamanlı olarak en iyi kalibrasyon katlarını tahmin eder.Bu, açık referans sinyallerine ihtiyaç duyar ve sıcaklık geçicilerine daha hızlı adapte edebilir. Örneğin,UVT: 0,0, IEEE Transactions on Circuits and Systems).

Self-Adaptive Fault

Future DSP sistemleri sadece hataları tespit etmeyecektir, ancak ayrıca onarımın imkansız olduğu uzun vadeli uzay misyonlarını yeniden yapılandıracaktır.

Kendi-Test Interfaces'in standartlaştırılması

Endüstri eksitme, gömülü test erişim ve kalibrasyon kaynakları için ortak bir dil sağlar. Bu, otomatik olarak tüm kendini test eden ve kalibrasyon yeteneklerini bir kompleks SoC'de birden fazla DSP çekirdeği ile birlikte keşfetmeyi sağlar.

Fonksiyonel Güvenlik Ekosistemleri ile Artan entegrasyon

ISO 26262 (automotive) ve IEC 61508 (genel endüstri) kabul edilebilir olarak, DSP satıcılar otomatik olarak ambalaj kalibrasyonu ve kendini test eden özellikler (SEooC) Bu, sistem bütünleştiricileri için sertifikasyon yükünü dramatik bir şekilde azaltır.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Kalibrasyon ve kendini test etmek artık DSP işlemci sistemlerine ekleniyor - sistemin operasyonel yaşamı boyunca sinyal bütünlüğünü koruyan virtüel döngüler oluşturur. Kalibrasyon, analog kusurların dijital olarak telafi edilmesini sağlarken, kendi test maliyetleri ve daha hızlı zaman pazarlama sağlar. Birlikte, sistemin operasyonel hayatına yatırım yapan mühendisler, bu özelliklerin daha da karmaşık hale getirilmesi için sinyal bütünlüğüne yol açan bir virtüel döngü oluştururlar.