Архитектура микроэлектронных систем для САУ и интеллектуальных датчиков

Архитектура микроэлектронных систем для САУ и интеллектуальных датчиков Крутчинский Сергей Георгиевич Руководитель МНТЦ «Мик. Ан» при СКНЦ ВШ (ЮФУ) mail: sgkrutch@mail. ru Тезисы: 1. Многоканальность и асинхронность сбора и обработки сигналов ЧЭ. 2. Организация прямого доступа к памяти результатов преобразования без режима прерывания. 3. Высокая емкость РППЗУ.

Структура микроконвертора и интеллектуального Архитектура в рамках МЭС D/a класса датчика Новая нереализуемая в D/a классе Интерфейс сенсорного уровня функция Интерфейс пользователя 4. Глубокая внутрисистемная диагностика * достоверность результатов измерения и преобразования; * оценка параметров интерфейса сенсорного уровня; * процедуры настройки аналогового интерфейса. Настройка доминирующего параметра Основные функции ИД: 1. Коррекция результатов измерений - температурная (внешние дестабилизирующие факторы); линеаризация характеристики преобразования; минимизация случайных составляющих погрешности. 2. Взаимодействие с системной РЭА - реализация интерфейсов уровня ИД; организация каналов связи для телеметрических систем; дополнительные служебные линии запроса на прерывание. 3. Возможность программной реализации основных законов управления - пропорциональный закон управления; ПИД - закон; процедура оптимального быстродействия.

Базовая архитектура смешанной МЭС Влияние базовых параметров сенсоров на архитектуру БИС Типовой радиационно-стойкий ЧЭ

Базовые эффекты в АЦП Перевод ЦАП в режим масштабирования тока 1. 2. Основные выводы: Исключение режима насыщения в коммутаторах аналоговых сигналов; Переход на иные схемотехнические принципы АЦ – преобразования. Например, на импульсно-потенциальные АЦП или АЦП двойного интегрирования.

Структура интерфейса сенсорного уровня Особенность фильтра Инициализация АИ Дополнительный канал измерения Достижения аналоговой микросхемотехники Решаемые задачи 1. Улучшение метрологических свойств ИД • Компенсация влияния технологических погрешностей изготовления чувствительных элементов, • Коррекция температурной составляющей систематической погрешности результатов измерения, • Уменьшение влияния гистерезиса на результаты измерения, • Уменьшение влияния источника опорного напряжения не точность измерения 2. Обеспечение потенциально глубокой внутрисистемной диагностики • Оценка состояния ЧЭ. • Оценка производной измеряемой величины. • Оценка критических уровней дестабилизирующих факторов Z и переход ИД в специальный режим работы.

Базовые узлы аналогового интерфейса

Базовый принцип импульсно-потенциального преобразования

Основной принцип АЦ - преобразования Преобразование измеряемого сигнала в последовательность импульсов Структура ОЗУ МК Для Сн. К Интервал коррекции параметров АИ Системная синхронизация Реверсивный счетчик

Оценка производной еx(t)и ее погрешность . Если на интервале преобразования измеряемая величина изменяется со скоростью V Поэтому: где Так как чувствительности производной характеризуются следующими соотношениями: . где Поэтому Оценка производной в области «малых» величин имеет высокую погрешность.

Основные свойства интерфейса сенсорного уровня 1. Относительно невысокие требования к стабильности параметров аналоговых узлов ∆Uk- и ∆Uk+ - пороговые напряжения АК 2. Измерение производной без использования специальных ограничителей спектра АЦ – преобразования «на лету» 3. Существенное уменьшение требований к стабильности источника опорного напряжения 4. Асинхронность преобразования и ввода результатов в область ОЗУ программируемого МК

Особенность взаимодействия сенсорного интерфейса с микроконтроллером Перевод ЧЭ в режим измерения доминирующих составляющих погрешности Дополнительный канал оценки производной (вычисление второй производной) Линии инициализации параметров Разделение АЦП на два автономных СФ блока Возможность использования дополнительного АЦП для диагностики интерфейса сенсорного уровня (режим мультиплексирования контрольных точек)

Дополнительное свойство АЦП. Вычисление производной. - постоянная времени нагрузки. где Интегрирование флюктуаций производной при n=16 позволяет реализовать высокую точность вычисления производной:

Особенность архитектуры программируемого МК МЭС ИД 1. СФ блок АЦ – преобразования Адресные регистры Регистры ОЗУ Считывание по второй фазе автомата управления МК Допустимые области влияния дестабилизирующих факторов

Режим настройки сенсорного интерфейса Ч. 2 Структура порта коррекции Без шины питания чувствительного элемента Дополнительный СФ – блок АИ Перевод АИ в нештатный режим по Z – фактору Корректирующий источник тока инструментального усилителя Дополнительный аналоговый СФ – блок коррекции параметров АИ

Ч. 3 Расширение функций интерфейса пользователя Формирование частотного канала в рамках принятого закона и протокола СФ – блок синтезатора Передача 0 СИ 1 Канал телеметрической передачи данных Принцип многоканального приема бинарных сообщений

Базовая архитектура МЭС A/d класса для ИД Цепи коррекции аналоговых узлов Системный таймер Телеметрический СФ - блок ИП Многоканальный СФ – блок цифровой части АЦП Каналы импульсно-потенциального преобразования Анализ допустимых областей Z – фактора и перевод шин питания в нештатный режим. Внутренние прерывания по результатам измерения

Основные свойства системы и решаемые задачи 1. Улучшение метрологических свойств ЧЭ или МС • • • Компенсация влияния технологических погрешностей изготовления чувствительных элементов, Коррекция температурной составляющей систематической погрешности результатов измерения, Уменьшение влияния гистерезиса на результаты измерения, Уменьшение влияния источника опорного напряжения на точность измерения; Восстановление режимов работы. 2. Учёт технологических ограничений производства аналоговых и цифровых СФ блоков ИД. 3. Возможность использования рациональных технологических норм и системных технологий

Дополнительные свойства системы и решаемые системные задачи 4. Обеспечение потенциально глубокой внутрисистемной диагностики • Оценка состояния ЧЭ. • Оценка производной измеряемой величины. • Оценка критических уровней дестабилизирующих факторов Z и переход ИД в специальный режим работы. • Возможность реализации процедур адаптивного управления без ФКБ. • Реализация режима коррекции параметров ИА. 5. Повышение потенциального быстродействия ИД - Асинхронность ввода и преобразование сигналов. - Возможность реализации параллельных алгоритмов (прием, передача, обработка). - Обеспечение прямого доступа к ОЗУ МК. - Автономность каналов измерения. - Выявление нештатных ситуаций без перехода в режим прерывания.