Fehler zwischen Sensor und Verstärker automatisch erkennen

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Funktionsweise der Fehlererkennung

Kommt es zu einer Unterbrechung an Punkt B (Bild 1), so liegt an den Punkten C und D die Spannung V+. Diese liegt außerhalb des Gleichtaktspannungsbereichs des LMP8358, der bei einer Versorgungsspannung von +5 V von –0,1 bis 3,6 V reicht. Wenn das interne Register des LMP8358 so konfiguriert ist, dass sich der in Bild 2 gezeigte Multiplexer in Betriebsart 5 befindet, wird das Eingangssignal am externen +IN-Pin durch 50 dividiert, wodurch es wieder in den Gleichtaktbereich des Eingangs des internen Instrumentenverstärkers fällt. Der negative Eingang des internen Instrumentenverstärkers wird dagegen mit der negativen Versorgungsspannung verbunden.

Der Instrumentenverstärker wird auf eine Verstärkung von 50 eingestellt, sodass am Ausgang die Spannung am externen +IN-Pin anliegt. Dies ist in Bild 3 oben illustriert.

Ein weiteres Beispiel ist eine Leitungsunterbrechung an Punkt C in Bild 1. Der Eingang des Instrumentenverstärkers (und damit auch sein Ausgang) befinden sich hierdurch auf schwebendem Potenzial. Der Fehler lässt sich einkreisen, indem man den Durch-50-Teiler in den Signalpfad einfügt und anschließend einen Strom in den Eingangs-Pin injiziert. Wie im vorigen Beispiel sorgt der Teilerblock auch hier dafür, dass das Eingangssignal in den Eingangs-Gleichtaktbereich des Instrumentenverstärkers fällt. Durch den injizierten Strom wird der Eingang auf V+ gezogen, sodass auch am Ausgang V+ anliegt. Siehe hierzu Bild 3 unten.

Mit den Fehlererkennungs-Schaltungen lässt sich der Betriebszustand des Systems feststellen. Ein sinnvoller Zeitpunkt hierfür ist direkt nach dem Einschalten des Systems. Zu diesem Zweck kann für die Firmware eine Routine geschrieben werden, die die verschiedenen Fehler-Szenarien durchläuft, das Ausgangssignal des LMP8358 dabei jeweils mit einer Tabelle vergleicht und abschließend signalisiert, ob das System einsatzbereit ist oder ob ein Fehler vorliegt. Im Falle eines Problems kann diese Routine außerdem die Reparatur erleichtern, indem sie Auskunft über die Art des vorgefundenen Fehlers gibt. An Hand von Tabelle 2 lässt sich ermitteln, ob das System korrekt arbeitet oder ob ein Fehler aufgetreten ist.

In der ersten, mit ‚Kein Fehler‘ bezeichneten Zeile sind die Zustände des LMP8358-Ausgangs angegeben, wenn kein Fehler vorliegt. Die beiden ersten Einstellungen entsprechen dem normalen Einsatz, während die sechs folgenden Einstellungen der Fehlererkennung dienen. Die Werte in dieser Tabelle enthalten einen geringfügigen Offset von ca. 4 mV von der Widerstandsbrücke. In der Einstellung 0000h wird dieser mit 10 multipliziert, was einen Ausgangswert von etwa 40 mV ergibt, während er in der Einstellung 0003h mit 100 multipliziert wird. Im verbleibenden Teil der ersten Zeile sind typische Werte für die sechs Fehlerprüfungen wiedergegeben. Die fett gedruckten Werte in den Kästen der Zeilen 2 bis 14 liegen bei den jeweiligen Fehlern am Ausgang des LMP8358 an. Liegt beispielsweise ein Kurzschluss zwischen dem +IN-Pin und V+ vor (Zeile 7), so wird am Ausgang V+ gemessen, wenn das Register des LMP8358 auf 0082h gesetzt ist.

Die gezeigten acht Tests können nach dem Einschalten von einer Routine durchlaufen werden. Unterscheiden sich die Ausgangswerte nur wenig von den Werten in der ersten Zeile, liegt kein Fehler vor. Wird einer der fett gedruckten Werte aus den Zeilen 2 bis 14 gemessen, liegt ein Fehler vor. Über eine Selbsttest-Option kann dieser Test auch dem Endanwender verfügbar gemacht werden.

Die in den Chip integrierten Fehlererkennungen erleichtern die Analyse der Ausfallarten und ihrer Wirkungen während des Produktdesigns; FMEA für „Failure Mode and Effects Analysis“. Außerdem kann dem Endanwender ein größerer Nutzen geboten werden, da er die Gewähr hat, dass das Gerät fehlerfrei arbeitet. Sollte es zu einem Fehler kommen, werden dem Techniker außerdem wichtige Informationen zur Behebung der Störung gegeben, sodass die Reparatur schneller ausgeführt werden kann.

* * Mike Stout ... ist Applications Manager bei National Semiconductor in Santa Clara, USA.

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