自动化假如不安全，就谈不上智能。功用安全在工业 4.0 中发挥着重要作用，其旨在免于发生不行承受的风险的自在，维护人员、财物和环境免受非歹意行为者形成的无意损伤，例如不良规划、不良施行、一组不良的要求或随机毛病。面临全球化的工业4.0浪潮，供给具有确诊功用的产品协助客户开发适用于工业运用的功用安全规划成为了包括ADI公司在内的各大解决方案供给商的研讨要点。
两个过程树立高性能功用安全体系
榜首，损害剖析，承认或许致人受伤的办法。对损害进行剖析之后，体系规划应保证防止风险情况发生。假如存在无法防止的情况，应添加安全体系来检测该不安全情况并让体系处于安全情况。例如一个开环式阀门操控体系，依据油箱温度，一个衔接到油箱的阀门翻开必定的百分比以使爆破风险最低。一个DAC经过一台电机操控阀门开口巨细。损害剖析提醒出有两种情况或许发生不承认情况：温度丈量过错以及DAC未能正确翻开/封闭阀门。然后评价各种损害的风险，公式如下：
开环阀门操控体系信号链
第二，规划一个能将风险降至容许水平的功用安全体系。功用安全国际规范IEC-61508界说了四个安全完好性等级（SIL），这些等级规则了安全功用应将风险降至何种水平。这是根据对未检出毛病的下降和最小化程度来拟定的，未检出毛病是指会使体系功用异常并或许触发晦气情况的毛病。
不同规范的风险水平概算
若体系能供给99%的确诊覆盖率，则可完成SIL3；若确诊覆盖率为90%，则可完成SIL2；若确诊覆盖率只要60%，则可完成SIL1。换言之，未检出毛病的概率跟着确诊覆盖率的进步而下降。现在，常见的完成高确诊覆盖率分别是选用现已过相应维护等级认证的器材以及在器材层面运用冗余规划。这两种办法都有不容忽视的弊端，前者的认证规范或许不适用你的体系，而且体系维护等级也或许不匹配。后者在进行过错检测时，并不是直接进行，而是直接将两个（或更多）理应相同的输出进行比较。这种办法极大地添加了物料本钱、PCB面积、处理开支和本钱。一起还会给体系规划人员带来额定的担负，比方，添加开发时刻，下降可靠性等。
从中心器材层面削减毛病概率
一个常见的过失来历是外部接口中的数据传输：假如任何一位在传输中被损坏，数据便或许被接收器误解，而且或许发生晦气情况。因而数据链上的每一个器材都很重要，若制造商声称某个器材针对功用安全体系而规划，其应能够供给FIT以及更为重要的毛病形式、影响和确诊剖析。此数据用于剖析特定运用中的IC，核算体系的确诊覆盖率（DC）、安全失效系数（SFF）和风险毛病率。 相对而言，其间常用的Σ-Δ ADC的功用安全特别要害。
对Σ-Δ ADC的一般剖析提醒出了此类器材的内部复杂性所引起的多种过错来历，包括：基准电压断开衔接/受损；输入/输出缓冲器/PGA受损；ADC内核受损/饱满内部稳压器电源不正确，以及外部电源不正确。此外，只要某些问题会在器材模块中发生毛病，但存在其他不像上面所列那么显着的毛病原因：内部键合线受损；键合线与附近引脚短路；漏电流添加；等。例如，若VREF漏电流添加致使在内部基准电压上发生压降，器材能否检测到这一景象？为查看此类毛病，ADC应能挑选不同的基准电压进行转化，并将VREF用作转化输入。ADI公司的现代化Σ-Δ ADC，比方 AD7770， AD7768， 或 AD7764， 经过多个确诊检测器来进步容错维护，并检测数字模块和模仿模块中的功用过错。下面以AD7770为例剖析其要害特性。
简化功用安全规划，ADI打造精密规划模范
对此，全球抢先的高性能模仿技能解决方案供给商ADI公司推出了一系列现代化Σ-Δ ADC，完成了许多内部过错检测器，不只能够检测数字模块和模仿模块中的功用过错，还简化了功用安全体系的规划，使全体复杂度低于其他解决方案。其间AD7770更是精密Σ-Δ ADC规划的模范，包括以下特性：
· 用于熔丝位、寄存器和接口的CRC校验器
· 过压/欠压检测器
· 基准电压和LDO电压检测器
· 用于PGA增益测验的内部固定电压
· 外部时钟检测器
· 多个基准电压源
AD7770是一款8通道同步采样ADC，片内集成8个完好的Σ-Δ型ADC。能够供给低输入电流，答应直接衔接传感器。每个输入通道都有一个增益为1、2、4和8的可编程增益级，可将低起伏传感器输出映射到满量程ADC输入规模，从而使信号链的动态规模最大。AD7770承受1 V至3.6 V的VREF电压。模仿输入承受单极性（0 V至VREF）或真双极性（±VREF/2）模仿输入信号，模仿电源电压分别为3.3 V或±1.65 V （PGAGAIN = 1）。模仿输入可承受真差分、伪差分或单端信号以匹配不同的传感器输出装备。
AD7770 的确诊和监控模块
其每个通道包括一个PGA、一个ADC调制器和一个sinc3低推迟数字滤波器。选用SRC来对AD7770 ODR进行精密分辨率操控。这种操控可用于线频率变化为0.01 Hz时，ODR分辨率需求保持相干性的运用。SRC可经过串行端口接口（SPI）编程。AD7770完成了两种不同接口：数据输出接口和SPI操控接口。ADC数据输出接口专门用于将ADC转化成果从AD7770发送至处理器。SPI写入或读取AD7770装备寄存器，并操控和读取SAR ADC数据。SPI还可装备为输出Σ-Δ转化数据。
除了以上特性，AD7770还内置了一个辅佐12位SAR型ADC，它能够使确诊覆盖率到达最大，例如：
· 完成其他架构以得到某些优点，比方供给不同的EMC抗扰度
· 它经过不同的电源引脚供电，故而能够用作基准电压源
· 其速度十分快，用作监督器时，在一个Σ-Δ 通道的单次转化期间，它能够监督8个Σ-Δ通道，但该SAR型ADC的精度和Σ-Δ ADC的精度不同
· 它使用不同的串行接口（SPI）供给转化成果
· 供给一切内部电压节点的丈量进行确诊，比方外部电源、VREF、VCM、LDO输出电压或内部基准电压。
除此之外，也无需为体系丈量功用专门腾出一个Σ-Δ型ADC通道。经过外部多路复用器（可使用3个通用输入/输出引脚（GPIO）加以操控）和信号调度，SAR ADC可在需求功用安全性的运用中用于验证Σ-Δ型ADC丈量成果。值得一提的是，AD7770 SAR ADC还内置一个多路复用器，可用来检测内部节点。
结语
新的国际规范和法规加快了工业设备对安全体系的需求。不只由于安满是未来工厂的基本要素，更是由于功用安全可保证更高的可靠性、更准确的确诊和更大的弹性。ADI 公司一向选用IEC 61508 规范来扩展其现已十分严厉的功用安全新产品开发流程，保证了IEC61508 要求的额定安全方案、安全剖析、验证和承认得以履行，协助体系规划师完成功用安全抱负。
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