作者：Bill Schweber

投稿人：DigiKey 北美編輯

電阻溫度檢測(cè)器 (RTD) 由傳感器及其模擬前端 (AFE) 信號(hào)調(diào)節(jié)電路組成，應(yīng)用廣泛、準(zhǔn)確而可靠。然而，對(duì)于任務(wù)關(guān)鍵型和高可靠性應(yīng)用，通常需要通過 Route 1S 或 Route 2S 元器件認(rèn)證流程來(lái)設(shè)計(jì)和確保實(shí)現(xiàn)功能安全系統(tǒng)。

由于必須審查系統(tǒng)中所有元器件的潛在故障模式和機(jī)理，因此對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行功能安全認(rèn)證是一個(gè)復(fù)雜的過程。診斷故障的方法有很多種，使用已通過認(rèn)證的元器件可減輕工作量并簡(jiǎn)化認(rèn)證過程。

請(qǐng)注意，“可靠性”與功能安全相關(guān)，但并不相同。最簡(jiǎn)單地說，“可靠”是指設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)符合規(guī)格要求，不會(huì)出現(xiàn)問題或故障，而“功能安全”則是指設(shè)計(jì)必須能檢測(cè)到任何故障。對(duì)于關(guān)鍵應(yīng)用而言，可靠性和功能安全都必不可少。

本文將結(jié)合功能安全認(rèn)證介紹 RTD 及其信號(hào)調(diào)節(jié)電路的基礎(chǔ)知識(shí)，然后討論不同等級(jí)的可靠性和故障認(rèn)證，以及通過上述兩種途徑達(dá)到這些要求所需的條件。我們將使用兩款多通道 RTD AFE IC（[Analog Devices]的一對(duì) AD7124 器件）以及相關(guān)的評(píng)估板配置來(lái)說明要點(diǎn)。

功能安全的作用

功能安全的作用是通過正確實(shí)施一個(gè)或多個(gè)自動(dòng)保護(hù)/安全功能，使人免于遭受無(wú)法承受的傷害或健康損害風(fēng)險(xiǎn)。如果出現(xiàn)故障，功能安全將確保產(chǎn)品、設(shè)備或系統(tǒng)繼續(xù)安全運(yùn)行。各種工業(yè)、商業(yè)，甚至一些消費(fèi)應(yīng)用都需要功能安全，例如：

• 自主駕駛車輛
• 機(jī)器安全和機(jī)器人
• 工業(yè)控制系統(tǒng) (ICS)
• 智能家居消費(fèi)產(chǎn)品
• 智能工廠和供應(yīng)鏈
• 安全儀表系統(tǒng)和危險(xiǎn)場(chǎng)所控制系統(tǒng)

例如，在功能安全設(shè)計(jì)中，即使系統(tǒng)中的其他組件失效，主電源開關(guān)的功能仍可支持關(guān)閉電源（圖 1）。

圖 1：在功能安全系統(tǒng)中，此開關(guān)必須毫無(wú)疑問地執(zhí)行其設(shè)計(jì)功能。（圖片來(lái)源：Pilla via City Electric Supply Co.）

RTD 基礎(chǔ)知識(shí)

為什么要關(guān)注溫度和功能安全？一個(gè)很好的理由是，溫度是最常測(cè)量的物理參數(shù)。溫度常與安全或關(guān)鍵應(yīng)用有關(guān)，并且有各種傳感器支持，其中包括 RTD，其概念較為簡(jiǎn)單：利用鎳、銅、鉑等金屬的已知且可重復(fù)的電阻溫度系數(shù) (TCR)。0°C 時(shí)電阻值為 100 Ω 和 1000 Ω 的鉑 RTD 應(yīng)用最為廣泛，可在 -200°C 至 +850°C 范圍內(nèi)使用。

在此溫度范圍內(nèi)，這些 RTD 的電阻與溫度之間具有高度線性的關(guān)系；對(duì)于超高精度場(chǎng)景，可以應(yīng)用校正和補(bǔ)償表及系數(shù)。標(biāo)稱電阻為 100 Ω 的鉑 RTD（命名為 PT100）在 -200°C 時(shí)的典型電阻為 18 Ω，在 +850°C 時(shí)的典型電阻為 390.4 Ω。

使用 RTD 需要用已知電流激勵(lì)，該電流通常保持在 1 mA 左右，以盡量減少自發(fā)熱。根據(jù) RTD 的標(biāo)稱電阻，也可使用其他電流值。

RTD 兩端的電壓降由 AFE 同步測(cè)量，該 AFE 包括一個(gè)可編程增益放大器 (PGA)，并且在幾乎所有情況下，還包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 與微控制器單元 (MCU) 的組合（圖 2）。

圖 2：使用 RTD 測(cè)量溫度，需要驅(qū)動(dòng)一個(gè)已知電流通過 RTD，測(cè)量其兩端的電壓降，然后應(yīng)用歐姆定律。（圖片來(lái)源：Digi-Key）

這種基本方案的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與使用檢測(cè)電阻來(lái)測(cè)定通過負(fù)載的電流相同，但在這里，已知變量與未知變量發(fā)生互換。對(duì)于電流感測(cè)，電阻是已知的，而電流是未知的，因此計(jì)算公式為 I = V/R。對(duì)于 RTD，電流是已知的，但電阻不是，因此計(jì)算公式為 R = V/I。

需要使用 PGA 來(lái)保持信號(hào)完整性并最大限度地提高動(dòng)態(tài)范圍，因?yàn)?RTD 兩端的電壓電平從幾十毫伏到幾百毫伏不等，具體取決于 RTD 類型和溫度。

激勵(lì)源、RTD 和 PGA 之間的物理連接可以是雙線、三線或四線接口。雖然原則上兩根引線就足夠了，但存在與連接引線中的 IR 壓降相關(guān)的問題以及其他偽影。在更先進(jìn)的開爾文連接中，使用三線和四線拓?fù)淇梢垣@得更加精確和一致的性能，不過這會(huì)增加布線成本（圖 3）。

圖 3：僅通過兩根導(dǎo)線就可驅(qū)動(dòng)和檢測(cè) RTD（左），但使用三根引線（中），甚至四根引線（右，開爾文連接）可以消除引線造成的各種誤差源。（圖片來(lái)源：Analog Devices）

從術(shù)語(yǔ)和標(biāo)準(zhǔn)入手

同許多專業(yè)領(lǐng)域一樣，功能安全也有許多獨(dú)特的術(shù)語(yǔ)、數(shù)據(jù)集和縮寫詞，它們?cè)谙嚓P(guān)討論中被廣泛使用。其中包括：

• 失效率 (FIT)： 設(shè)備運(yùn)行 10 億 (10 ^9^ ) 小時(shí)期間預(yù)計(jì)發(fā)生的失效次數(shù) 。
• 故障模式和影響分析 (FMEA)：盡可能多地審查元器件、組件和子系統(tǒng)，以確定系統(tǒng)中潛在的故障模式及其原因和影響的過程。
• 故障模式影響和診斷分析 (FMEDA)：用于獲得子系統(tǒng)/產(chǎn)品級(jí)故障率、故障模式和診斷能力的系統(tǒng)分析技術(shù)。

為了進(jìn)行全面分析，需要 FIT 數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)中不同元器件的故障模式影響和診斷分析 (FMEDA)。FMEA 只提供定性信息，而 FMEDA 同時(shí)提供定性和定量信息，允許用戶衡量故障模式的關(guān)鍵程度，并根據(jù)重要性對(duì)其進(jìn)行排序。FMEDA 增加了風(fēng)險(xiǎn)、故障模式、影響和診斷分析以及可靠性信息。

• 安全完整性等級(jí) (SIL)：與 SIL 相關(guān)的離散完整性等級(jí)有四個(gè)：SIL 1、SIL 2、SIL 3 和 SIL 4。SIL 等級(jí)越高，關(guān)聯(lián)的安全等級(jí)就越高，系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行的概率就越低。

SIL 2 等級(jí)表明，可以診斷出系統(tǒng)內(nèi) 90% 以上的故障。要對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行認(rèn)證，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員必須向認(rèn)證機(jī)構(gòu)提供證據(jù)，說明潛在的故障，這些故障是安全故障還是危險(xiǎn)故障，以及如何診斷故障。

• IEC 61508 標(biāo)準(zhǔn)正式名稱為“電氣/電子/可編程電子安全相關(guān)系統(tǒng)的功能安全”（非正式名稱為“電子功能安全”），是功能安全設(shè)計(jì)的規(guī)范。其規(guī)定了開發(fā) SIL 認(rèn)證元器件所需的設(shè)計(jì)流程。從概念和定義到設(shè)計(jì)、布局、制造、裝配和測(cè)試，每個(gè)步驟都需要生成文檔。

這一過程被稱為 Route 1S，非常復(fù)雜。不過，除了 Route 1S 之外，還有一種替代流程，即 Route 2S。這是一種“經(jīng)使用驗(yàn)證”途徑，適用于大量產(chǎn)品已設(shè)計(jì)成最終產(chǎn)品和系統(tǒng)，并在現(xiàn)場(chǎng)使用，累積運(yùn)行數(shù)千小時(shí)的情況。

在 Route 2S 流程下，仍可通過向認(rèn)證機(jī)構(gòu)提供以下證據(jù)而獲得產(chǎn)品認(rèn)證：

• 現(xiàn)場(chǎng)使用的產(chǎn)品數(shù)量
• 現(xiàn)場(chǎng)任何退貨的分析，詳細(xì)說明退貨非由元器件本身的故障造成
• 安全規(guī)格書，詳細(xì)介紹產(chǎn)品提供的診斷功能和覆蓋范圍
• 引腳和芯片 FMEDA

合并 RTD 接口與 SIL Route 2S 流程

系統(tǒng)認(rèn)證是一個(gè)漫長(zhǎng)的過程，因?yàn)楸仨殞彶橄到y(tǒng)中所有元器件的潛在故障機(jī)理，并且診斷故障的方法多種多樣。使用已通過認(rèn)證的元器件可減少所需的工作量，縮短認(rèn)證過程。

高度集成、成熟的 RTD 接口元器件是簡(jiǎn)化 Route 2S 認(rèn)證的關(guān)鍵，因?yàn)槠涠x了完整的解決方案包，因而可以通過與現(xiàn)場(chǎng)使用和故障相關(guān)的數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行全面鑒定。這與使用多個(gè)較小的構(gòu)建塊 IC 不同，后者必須針對(duì)所使用的特定互連配置分析其各種接口和相互作用。

其中一個(gè)例子是四通道 [AD7124-4]（圖 4）和類似的八通道 [AD7124-8（下文在討論它們的許多共同特性時(shí)，將其統(tǒng)稱為“AD7124”）。這些元器件具有嵌入式自檢和診斷特性，而且在現(xiàn)場(chǎng)“表現(xiàn)良好”，因此非常適合 Route 2S 流程。

圖 4：四通道 AD7124-4 是功能完整的 RTD 傳感器至處理器信號(hào)鏈。（圖片來(lái)源：Analog Devices）

這些 IC 是完整的多通道 RTD 測(cè)量解決方案，包含從傳感器到數(shù)字化輸出以及與相關(guān)微控制器通信所需的全部構(gòu)件。其中包括：多通道多路復(fù)用器、PGA、24 位三角積分 ADC、RTD 電流源、用于內(nèi)部操作的電壓基準(zhǔn)、系統(tǒng)時(shí)鐘、模擬和數(shù)字濾波，以及用于 SPI、QSPI、MICROWIRE 和 DSP 兼容互連的三線或四線串行接口。

但是，這些功能的存在本身并不能為 SIL Route 2S 資格認(rèn)證提供基礎(chǔ)。為了實(shí)現(xiàn)功能安全設(shè)計(jì)，構(gòu)成 RTD 系統(tǒng)的許多功能需要一系列的嵌入式診斷程序。AD7124 中的多種嵌入式診斷程序最大程度地降低了設(shè)計(jì)復(fù)雜性，縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間，并且無(wú)需復(fù)制信號(hào)鏈以實(shí)現(xiàn)診斷覆蓋。

這些診斷程序包括但不限于：監(jiān)測(cè)電源、基準(zhǔn)電壓和模擬輸入；檢測(cè) RTD 開路；檢查轉(zhuǎn)換和校準(zhǔn)性能；檢查信號(hào)鏈的功能；監(jiān)測(cè)讀/寫功能；以及監(jiān)測(cè)寄存器內(nèi)容。

這些“高級(jí)”說明如何轉(zhuǎn)化為必要的片上診斷？答案涉及許多方面，包括：

SPI 診斷：每次寫入 AD7124 時(shí)，處理器都會(huì)生成一個(gè)循環(huán)冗余校驗(yàn) (CRC) 值，該值附加到發(fā)送至 ADC 的信息中。然后，ADC 根據(jù)接收到的信息生成自己的 CRC 值，并將其與從處理器接收到的 CRC 值進(jìn)行比較。如果兩個(gè)值一致，則信息完好無(wú)損，將被寫入相關(guān)的片上寄存器。

如果值不一致，則意味著信息在傳輸過程中發(fā)生了損壞，IC 會(huì)設(shè)置一個(gè)錯(cuò)誤標(biāo)志，表明發(fā)生了數(shù)據(jù)損壞。AD7124 還具有自我保護(hù)功能，不會(huì)將損壞的信息寫入寄存器。

系統(tǒng)處理器從 AD7124 讀取信息時(shí)，也會(huì)使用類似的 CRC 過程。最后，接口還會(huì)對(duì)時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，以確保每個(gè)讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)幀中只有 8 個(gè)這樣的脈沖，從而確保不會(huì)出現(xiàn)時(shí)鐘毛刺。

存儲(chǔ)器檢查：當(dāng)上電時(shí)或片上寄存器發(fā)生變化時(shí)（如更改增益時(shí)），也會(huì)使用 CRC 驗(yàn)證寄存器內(nèi)容。此外，還會(huì)定期執(zhí)行 CRC 過程，以確保沒有存儲(chǔ)器位因噪聲或其他原因而“翻轉(zhuǎn)”。如果發(fā)生了變化，并且處理器隨后被標(biāo)記為寄存器設(shè)置已損壞，則可以復(fù)位 ADC 并重新加載寄存器。

信號(hào)鏈檢查：所有關(guān)鍵靜態(tài)電壓都可以通過 ADC 檢查，包括電源軌、低壓差 (LDO) 穩(wěn)壓器輸出和基準(zhǔn)電壓；還可以檢查 LDO 兩端是否存在外部電容器。此外，還可以對(duì) ADC 輸入端施加一個(gè)已知電壓，以檢查 ADC 和增益功能設(shè)置。另外，可以在模擬輸入上注入已知電流，以檢查開路或短路 RTD。

轉(zhuǎn)換和校準(zhǔn)：持續(xù)檢查 ADC 轉(zhuǎn)換的結(jié)果，了解其是否為全零值或滿刻度值，這兩種情況都表示存在問題。監(jiān)測(cè)來(lái)自 ADC 內(nèi)核調(diào)制器的比特流，確保其未飽和，如果出現(xiàn)飽和（即調(diào)制器連續(xù)產(chǎn)生 20 個(gè) 1 或 0），則會(huì)設(shè)置一個(gè)錯(cuò)誤標(biāo)志。

主時(shí)鐘頻率：該時(shí)鐘頻率不僅控制轉(zhuǎn)換速率，還決定 50/60 Hz 數(shù)字濾波器的陷波頻率。AD7124 的內(nèi)部寄存器允許協(xié)處理器計(jì)時(shí)，從而檢查主時(shí)鐘的精度。

其他特性：AD7124 包括一個(gè)溫度傳感器，也可用來(lái)監(jiān)測(cè)芯片溫度。兩個(gè)版本都有 4 kV 靜電放電 (ESD) 額定值，性能穩(wěn)健，并且均采用 5 × 5 mm LFCSP 封裝，適用于本質(zhì)安全設(shè)計(jì)。

由于 AD7124-4 和 AD7124-8 內(nèi)部復(fù)雜精密，并具有高級(jí)自檢特性，因此擁有對(duì) IC 進(jìn)行測(cè)試和評(píng)估的一種方法也合情合理。

為此，Analog Devices 提供了一對(duì)互連板：用于 AD7124-4 的 [EVAL-AD7124-4SDZ] 評(píng)估板（圖 5）和配套的 [EVAL-SDP-CB1Z SDP]（系統(tǒng)演示平臺(tái)）/接口板（圖 6）。前者專用于 AD7124-4，與后者配合使用，后者通過 USB 鏈路與用戶的 PC 和評(píng)估軟件進(jìn)行通信。

圖 5：EVAL-AD7124-4SDZ 是 AD7124-4 的評(píng)估板。（圖片來(lái)源：Analog Devices）

圖 6：EVAL-SDP-CB1Z/接口板是 EVAL-AD7124-4SDZ 評(píng)估板的配套產(chǎn)品，提供與主機(jī) PC 的 USB 連接。（圖片來(lái)源：Analog Devices）

[AD7124-4 EVAL+] 軟件支持該評(píng)估配置，可全面配置 AD7124-4 器件寄存器功能并對(duì) IC 進(jìn)行測(cè)試。該軟件還以波形圖、直方圖和相關(guān)噪聲分析的形式提供時(shí)域分析，用于評(píng)估 ADC 性能。

向功能安全設(shè)計(jì)過渡

必須認(rèn)識(shí)到，AD7124-4 和 AD7124-8 沒有 SIL 等級(jí)，這意味著二者的設(shè)計(jì)和開發(fā)均未遵照 IEC 61508 標(biāo)準(zhǔn)定義的開發(fā)準(zhǔn)則。但是，通過了解最終應(yīng)用并適當(dāng)使用各種診斷，可以評(píng)估它們是否可在 SIL 等級(jí)設(shè)計(jì)中使用。

Route 1S 認(rèn)證途徑在分析和處理故障時(shí)需要考慮多個(gè)因素，這些故障可能是系統(tǒng)性的或隨機(jī)的。系統(tǒng)性故障由設(shè)計(jì)或制造缺陷造成，例如外部中斷引腳缺乏濾波導(dǎo)致的噪聲中斷，或信號(hào)裕量不足等。而隨機(jī)故障是由于腐蝕、熱應(yīng)力或磨損等物理原因造成的。

一個(gè)重要問題是所謂“未檢測(cè)到的危險(xiǎn)故障”，有多種技術(shù)可以解決這個(gè)問題。為了盡量減少隨機(jī)故障，設(shè)計(jì)人員會(huì)使用三種策略中的一種或全部：

• 更可靠、應(yīng)力更小的元器件。
• 依賴內(nèi)置檢測(cè)機(jī)制的診斷，這些機(jī)制通過硬件或軟件實(shí)現(xiàn)。
• 通過冗余電路實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)。增加冗余路徑可以使系統(tǒng)不受單一故障影響。這就是所謂的硬件容錯(cuò) 1 (HFT 1) 系統(tǒng)，即一個(gè)故障不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)失效。

用于了解 SIL 等級(jí)覆蓋率的一種工具是羅列安全失效比例（SFF，診斷覆蓋率）和硬件容錯(cuò)性（冗余度）的矩陣（圖 7）。

| | 元件的安全失效比例 | 硬件容錯(cuò) |
| 0 | 1 | 2 |
| -------------------- | ---------- |
| <60% | 不允許 | SIL 1 | SIL 2 |
| 60% 至 <90% | SIL 1 | SIL 2 | SIL 3 |
| 90% 至 <99% | SIL 2 | SIL 3 | SIL 4 |
| ≥99% | SIL 3 | SIL 4 | SIL 4 |

圖 7：此矩陣描述了安全失效比例 (SFF) 與硬件容錯(cuò)性 (HFT) 的關(guān)系，以供深入了解 SIL 覆蓋范圍。（圖片來(lái)源：Analog Devices）

行顯示診斷覆蓋率，列顯示硬件容錯(cuò)性。HFT 為 0 意味著，如果系統(tǒng)出現(xiàn)一個(gè)故障，安全功能就會(huì)喪失。診斷級(jí)別越高，所需的系統(tǒng)冗余量就越少，或者在冗余量相同的情況下，解決方案的 SIL 等級(jí)就越高（沿著矩陣下移）。

請(qǐng)注意，根據(jù) IEC 61508 標(biāo)準(zhǔn)，使用這些器件的典型溫度應(yīng)用的 FMEDA 顯示安全失效比例 (SFF) 大于 90%。通常需要兩個(gè)傳統(tǒng) ADC 以便通過冗余提供此覆蓋率，但 AD4172 只需要一個(gè) ADC，因此可大幅節(jié)省物料清單 (BOM) 成本和電路板空間。

SIL 等級(jí)設(shè)計(jì)的文件

獲得 Route 1S 認(rèn)證需要大量文件。必要的源文件包括：

• 安全規(guī)格書（SIL 等級(jí)元器件的安全手冊(cè)）
• 引腳 FMEDA 和芯片 FMEDA，以及二者的故障模式、影響和分析
• 附件 F 檢查清單（由 IEC 61508 定義）

反過來(lái)，這些文件又有多種來(lái)源（圖 8）：

• 規(guī)格書中的診斷數(shù)據(jù)反映元器件提供的所有診斷特性。
• 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)指的是內(nèi)部數(shù)據(jù)。例如，芯片面積和元器件每個(gè)內(nèi)部模塊的影響。
• FIT 以及各組件的失效率可從數(shù)據(jù)手冊(cè)獲取。
• 對(duì)于無(wú)法使用設(shè)計(jì)和診斷數(shù)據(jù)來(lái)分析的模塊，則進(jìn)行故障插入測(cè)試。這些測(cè)試根據(jù)應(yīng)用要求進(jìn)行規(guī)劃，故障插入測(cè)試的結(jié)果用于強(qiáng)化 FMEDA 和 FMEA 文件。

圖 8：匯總和提取各種文件來(lái)源，以提供 SIL 認(rèn)證所需的完整信息包。（圖片來(lái)源：Analog Devices）

更詳細(xì)地探究細(xì)節(jié)：

• 安全手冊(cè)或安全規(guī)格書使用所有匯編的信息來(lái)提供必要的要求，以支持 AD7124-4 或 AD7124-8 的集成。其整理了來(lái)自各種文件和數(shù)據(jù)集的所有診斷和分析。
• AD7124-4 和 AD7124-8 的芯片 FMEDA 分析應(yīng)用原理圖中的主要模塊，確定故障模式和影響，并檢查用于特定安全功能的診斷和分析。例如，對(duì)時(shí)鐘模塊的分析顯示了故障模式、每種模式對(duì)輸出的影響、診斷覆蓋率以及影響分析（圖 9）。

| | 故障模式 | 影響 | 診斷覆蓋率 | 分析 |
| ---------------- | ---------------------------------------- | ------------ | -------------------------------------------------------------- |
| 輸出卡在高位 | ADC 轉(zhuǎn)換結(jié)果凍結(jié) | 99 | MCLK 時(shí)鐘計(jì)數(shù)器（表 A.11）“具有單獨(dú)時(shí)基和時(shí)間窗口的看門狗” |
| 輸出卡在低位 | ADC 轉(zhuǎn)換結(jié)果凍結(jié) | 99 | MCLK 時(shí)鐘計(jì)數(shù)器（表 A.11）“具有單獨(dú)時(shí)基和時(shí)間窗口的看門狗” |
| 輸出高阻抗 | ADC 轉(zhuǎn)換結(jié)果凍結(jié) | 99 | MCLK 時(shí)鐘計(jì)數(shù)器（表 A.11）“具有單獨(dú)時(shí)基和時(shí)間窗口的看門狗” |
| 輸出漂移 ±10% | ADC 轉(zhuǎn)換結(jié)果損壞，50 Hz/60 Hz 陷波無(wú)效 | 99 | MCLK 時(shí)鐘計(jì)數(shù)器（表 A.11）“具有單獨(dú)時(shí)基和時(shí)間窗口的看門狗” |
| 輸出抖動(dòng) | ADC 轉(zhuǎn)換結(jié)果損壞或存在噪聲 | 99 | 轉(zhuǎn)換 0、±FS（表 A.13）“參考傳感器”，對(duì)結(jié)果進(jìn)行合理性檢查 |

圖 9：此表定義了主時(shí)鐘模塊的故障模式、影響、診斷和分析。（圖片來(lái)源：Analog Devices）

該芯片 FMEDA 可定量顯示安全故障、已檢測(cè)到的危險(xiǎn)故障和未檢測(cè)到的危險(xiǎn)故障的故障率。所有這些都用于計(jì)算 SFF。

引腳 FDEMA 從不同角度看待故障。其分析了 AD7124-4 和 AD7124-8 引腳上的各類故障及其對(duì) RTD 應(yīng)用的影響。它針對(duì)每個(gè)引腳進(jìn)行分析，并描述引腳開路、與電源/接地短路或與相鄰引腳短路等情況的結(jié)果。

附件 F 檢查清單是一份避免系統(tǒng)性故障的設(shè)計(jì)措施檢查清單。包括：

• 產(chǎn)品概覽
• 應(yīng)用信息
• 安全理念
• 壽命預(yù)測(cè)
• 合身
• FMEDA 計(jì)算 - SFF 和 DC
• 硬件安全機(jī)制
• 診斷說明
• EMC 魯棒性
• 冗余配置運(yùn)行
• 附件和文件清單

總之，通過 Route 1S 對(duì)新導(dǎo)入的元器件進(jìn)行功能安全認(rèn)證是一項(xiàng)漫長(zhǎng)、復(fù)雜、耗時(shí)、緊張的綜合性工作。幸運(yùn)的是，如上所述，Route 2S 對(duì)某些元器件而言是一種可行的替代方法。

Route 2S：替代途徑

Route 2S 適用于有現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)的已發(fā)布元器件，稱為“經(jīng)使用驗(yàn)證”的元器件。其基于對(duì)器件的客戶退貨情況和發(fā)貨數(shù)量的分析，不適用于只有很少或根本沒有實(shí)際使用記錄的新元器件。

Route 2S 支持 SIL 認(rèn)證，就像元器件根據(jù) IEC 61508 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了全面分析一樣。如果模塊和系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員過去成功使用過相關(guān) IC，并知道了現(xiàn)場(chǎng)的故障率，就可以使用它。嵌入式測(cè)試和驗(yàn)證特性以及性能數(shù)據(jù)，使 AD7214-4 和 AD7214-8 成為 Route 2S 的理想候選器件。

使用 Route 2S 需要詳細(xì)的、具有統(tǒng)計(jì)意義的現(xiàn)場(chǎng)退貨和故障數(shù)據(jù)。與電路板或模塊供應(yīng)商相比，IC 供應(yīng)商滿足這一要求要難得多。原因是后者一般對(duì)最終應(yīng)用情況了解不夠，或者不知道有多少比例的現(xiàn)場(chǎng)故障單元被退回給他們進(jìn)行分析。

總結(jié)

新產(chǎn)品功能安全認(rèn)證的 Route 1S 路徑非常縝密、全面和詳細(xì)。其在技術(shù)上也很有挑戰(zhàn)性，而且非常耗時(shí)。相比之下，Route 2S 流程允許根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)、故障和分析數(shù)據(jù)對(duì)已發(fā)布產(chǎn)品進(jìn)行認(rèn)證。AD7214-4 和 AD7214-8 RTD 接口 IC 具有所需的歷史記錄，因此支持這種非常有用的途徑。同樣重要的是，這些 IC 嵌入了許多診斷和自檢功能及特性，因而是此類認(rèn)證的合適候選產(chǎn)品。