传感器和物联网 （IoT） 技能正敏捷扩展到工业、商业，乃至是消费领域中。跟着这种技能扩展，越来越需求保证来自相关传感器及其前端接口电路的数据坚持完整性。
当单个接口IC支撑多个传感器时，数据完整性的潜在问题会变得愈加严峻，因为单个IC的问题或许会损坏一组读数。这或许会然后导致对感测状况评价不正确，构成不合适乃至风险的体系操作。
本文将介绍传感器到处理器的信号链中，软硬（瞬态）毛病以及传感器读数不精确的各种本源。
传感器到处理器的信号途径
终究影响任何传感器读数完整性的要素都始于图1中所示信号链的三个首要功用块。这些功用块是：
传感器及其引线
信号调理IC中的模仿前端，以模数转化器 （ADC） 为中心
衔接到体系处理器的数字I/O
传感器到处理器的根本信号途径图
图 1：传感器到处理器的根本信号途径在原则上只包括一些根本功用，但有用的接口 IC 供给了许多附加功用和特性。
在多通道体系中，一般混合了各种类型的传感器，如热电偶、电阻温度检测器 （RTD） 和压力传感器。当然，传感器或许会发生毛病，或许其互连引线或许会构成开路，或许与相邻的引线、电源轨或接地构成短路。
根据传感器的类型，其引线的毛病或许会当即表现为读数“违背标度”。相反，某些毛病形式会导致不精确但看起来合理的信号。此外，某些传感器（如 RTD）需求外部鼓励电流，而此电流有必要在设定规模内才干供给有用读数。鉴于这些原因，可取的做法是：测验传感器与模仿前端之间信号途径的接连性，并查看信号是否坚持在答应的最小和最大限值之间，但最好运用不受 ADC 潜在问题影响的模仿电路。
这不只供给精确的读数，并且还能使体系决议计划算法在运转时根据这些读数，选用可信度极高的源数据。
可是，一切这些额定的查看和平衡会添加额定的元器材，需求更大的占用空间和额定的设计时间。
自问询式 IC 保证传感器数据的完整性
为了满意对高完整性数据的需求，一起对规划时刻和占用空间的影响最小，Analog Devices 推出了 AD7124-8BCPZ-RL7，这是一种以传感器为中心的 ADC 和接口，其功用远远超出了根本的信号调理和转化。该产品包括多种信号和自确诊功用，以保证数据完整性。
Analog Devices 的 AD7124 以传感器为中心的 ADC 和接口示意图
图 2：AD7124 是以传感器为中心的 ADC 和接口，其功用远超根本的信号调理和转化，包括多种信号和自确诊功用，用于保证数据的完整性。
AD7124 是一款四通道、低噪声、低功耗、24 位、三角积分 （Σ-Δ） 型器材。采样率规模从略高于每秒 1 个样本（对多种传感器及其运用来说现已满意）到每秒 19，200 个样本。在最低采样率下，该器材耗电 255 微安 （μA）。因为其规划着重低噪声（低于 25 纳伏 （nV） rms），以及内部电压基准的低漂移 （10 ppm/°C），该器材的读数精度得到了进步。
AD7124 本身选用 32 引线 LFCSP 和 24 引线 TSSOP 封装。其灵敏的数字 I/O 支撑 3 线和 4 线 SPI、QSPI、MICROWIRETM 和 DSP 兼容接口。
AD7124 选用两种技能处理了前面说到的传感器引线问题：信号约束警报和焚毁电流测验。信号约束警报运用过压/欠压警报监视器，来查看四对模仿输入衔接中每一对的肯定电压（图 3）。该电压有必要在规则的规模内，以满意标准书中的标准。
传感器根本验证示意图
图 3：运用信号约束警报对传感器引线进行根本验证时，可选用根据硬件且设置了固定最小值/最大值的比较器。
焚毁电流测验运用一对互补的可编程电流阱和电流源。经过在传感器引线中灌拉一对预界说的电流，AD7124 可以验证其完整性（图 4）。全开或全关的电流将转化为所选的待测模仿输入线对。
灌拉一对预界说电流的示意图
图 4：经过在传感器引线中灌拉一对预界说的电流，AD7124 可以验证其完整性。
满量程读数（或挨近值）或许意味着前端传感器处于开路状况。假如测得的电压为 0 伏，则或许标明传感器已短路。过错寄存器中会设置相应的标志位，以指示过错的发生和类型。
最终，关于用户供给外部基准而非运用内部基准（一般运用 RTD 或应变片完结）的运用，AD7124 会查看一切外部转化基准电压是否正确无误。
验证前端和 ADC
尽管外部传感器及其引线呈现问题的或许性最大，但验证前端/转化 IC 本身的功用依然至关重要。或许超出标准或彻底失效的功用包括：
内部 ADC 电压基准
可编程增益扩大器 （PGA），用于扩大输入信号以匹配 ADC 量程，然后完成最高分辨率
低压差稳压器 （LDO），用于供给所需的传感器鼓励
IC 的内部电源轨
ADC 本身
为了测验信号链的模仿部分，AD7124 会调用根据硬件和固件的自检。随后发生 20 毫伏 （mV） 信号，而该信号可在内部传送到四个差分输入通道中的任一个，然后进行数字化。这样做有多个意图：验证输入通道多路复用器和 ADC 的根本操作；还可以经过更改 PGA 的增益设置并查看得到的 ADC 读数，对 PGA 进行评价。
ADC 也是潜在问题的本源之一。AD7124 选用完善的 Σ-Δ 转化器架构，内含 1 位调制器和必需的数字滤波器。ADC 功用的全面测验一起选用模仿和数字技能。
在 AD7124 中，假如调制器输出包括 20 个接连的 1 或 0，则表明调制器的一个轨或另一个轨已饱满，并且会设置过错标志位。相同，IC 在自发动偏移校准之后，查看 ADC 偏移系数是否在 0x7FFFF 和 0xF80000 之间。假如系数超出此规模，则会设置另一个过错标志位。最终，在满量程校准期间，数字滤波器的任何溢出都会设置另一个过错标志位。
内外部电源和电源轨也是潜在的问题来历。许多传感器需求少数鼓励功率，而这一般由模仿前端 IC 内的小型、低噪声 LDO 供给。
AD7124 以两种办法查看其 LDO 输出。首要，LDO 的输出可以在内部路由至 ADC，并与预期值进行比较。其次，独立于 ADC 的硬件比较器会继续监测 LDO 相关于 IC 基准值的改变。假如低于预设阈值，则会设置过错标志位。因而，可以在初始化期间评价 LDO，也可以继续进行评价，而不会不断耗费处理器资源。
为了进一步坚信，可以（在必定程度上）查看用于监测电源的测验电路，办法是将测验电路的输入接地（标称 0 伏），然后查看数字读数。AD7124 经过查看所需的 0.1 微法 （µF） 去耦电容器是否存在并已衔接，进一步保证数据的完整性。办法是指示 AD7124 经过其内部开关物理断开去耦电容器，然后查看 LDO 输出。假如 LDO 电压下降，则去耦电容器未通电。相同，这也会设置过错标志位。
当然，每个 IC 都具有最高温度额定值，超出该值将超出标准，乃至会当即引发毛病。因而，AD7124 内置一个传感器，可随时供给芯片温度读数，典型精度为 ±0.5°C。
数字过错怎么办？
到目前为止，咱们现已了解了怎么保证模仿传感器或转化功用的功用和精度。可是，在布置了许多此类传感器的恶劣电气工业环境中，存在影响数字电子设备的噪声、EMI/RFI 和瞬变问题。因而，有必要保证内部数字电路的功用，以及体系处理器的接口衔接，以保证数据以及任何读写操作的稳健性。
AD7124 从以下操作和特性开端，经过多管齐下的办法完成这一点：
查看主时钟的功用。在设置输出数据速率、滤波器树立时刻以及滤波器陷波频率时，需求运用主时钟。主时钟由独立且可随时回读的向上计数寄存器进行查看。
经过特别时钟计数器，查看每个 SPI 读写操作中运用的 SCLK 脉冲数。该数值应为 8 的倍数（一切 SPI 操作均运用 8、16、32、40 或 48 个时钟脉冲）。
AD7124 查看读写操作是否仅对有用的寄存器地址进行寻址。
这些过程处理内部操作，但不能保证处理器接口及其数据的完整性。为了供给极高的数据可信度，用户可以指示 AD7124 施行循环冗余校验 （CRC） 多项式校验和算法。校验和保证只将有用数据写入寄存器，并答应验证从寄存器读取的数据（图 5）。请注意，校验和是一种高可信度技能，乃至可以检测单比特过错，但无法纠正这些过错。
将根据多项式的 CRC 校验和添加到 SPI 写入和 SPI 读取业务的示意图（点击扩大）
图 5：将根据多项式的 CRC 校验和添加到 SPI 写入（左）和 SPI 读取（右）业务，以检测单比特过错。
启用后，此操作将核算数据块的校验和，并将其附加到每个读写业务的结尾。为了保证寄存器写入成功，需求回读寄存器，以验证存储的校验和与根据数据核算得出的校验和是否相符。
在恶劣的电气环境中，即使是存储器也或许呈现比特过错。为了对片载寄存器中的此类过错进行高档校验，AD7124 每次都会针对以下状况的一系列操作核算校验和：
存在寄存器写入周期时
存在偏移/满量程校按时
器材履行单个转化周期，ADC 在转化完结后进入待机形式时
退出接连读取形式时
为了增强稳健性，还会评价内部只读存储器 （ROM）。上电时，一切寄存器均初始化为存储在 ROM 中的默认值。此刻会对 ROM 内容履行 CRC 核算。假如核算出来的值与存储的 CRC 成果不同，则表明存在至少一个单比特过错。
AD7124 还可为多种类型的传感器供给鼓励，并可经过扩大器和 PGA 对传感器输出信号进行调理和缩放。为了供给极高的稳健性，AD7124 包括许多内部寄存器，用于初始化、树立所需的功用形式和参数，以及符号各种过错和毛病。
运用 AD7124 评价板快速发动 AD7124 规划
AD7124 是一个杂乱的体系，具有许多规划或许性和功用。它并非简略的“即插即用型”传感器接口 IC。为了便于学习，并使规划人员可以快速了解各种潜在功用，Analog Devices 还供给了 EVAL-CN0376-SDPZ 评价板（图 6）。
Analog Devices 的 EVAL-CN0376-SDPZ 评价板图片
图 6：EVAL-CN0376-SDPZ 评价板可加速规划导入的速度，并答应全面运用 AD7124 的许多功用和特性。
该评价板包括所需的电源和外部元器材，以便将 AD7124 衔接到各种实际运用的传感器以及处理器。该板由根据 Windows PC 的 CN-0376 评价软件供给支撑，该软件经过 USB 端口进行通讯，以装备和捕获评价板中的数据。
总结
许多要害决议计划都是由嵌入体系处理器中的高档算法做出，现在这种决议计划办法在许多状况下因人工智能 （AI） 而得到改进。这些算法运转、得出结论并采纳举动所根据的原始数据有必要具有高度的完整性，这一点比以往任何时候都更为重要。AD7124 等 IC 可明显进步数据的可信度，保证信号链中的每个链路（从引线和传感器接口到本身的功用和功用）都按预期运转且未受损坏。
来历；电子说
