ADC 是如何失效的?

电器工程 ADC 失败
2022-01-15 16:30:21

我负责维护一颗 ADC 以异常方式出现故障的卫星。本质上,如果原始电压在某个范围内,它会在两个值之间来回切换。我正在努力获取原始计数,但处理后的数据看起来像这样:

示例图像

请注意,蓝线表示其他含义(本质上,该软件正在尝试使红线与蓝线匹配)。

通常,台阶很小,从较大方波上的左侧几个小凸起可以看出。但是,一旦低于该值,步骤就会非常大。虽然我没有原始计数数据,但我知道它反映在计数中。

我想了解的是这个 ADC 是如何失败的。

我猜测以下,但我想对这个想法进行一些分析:

  1. 在线性区域中,对于 delta v 中模拟电压的每次变化,计数都会发生变化。
  2. 在非线性区域中,对于 delta v 的模拟电压变化,计数的跳跃要大得多。
  3. 2 中的 delta v 可能大于 1,但它比通常预测的要小得多。

记住,这是一颗卫星,所以我不能把它带回实验室进行测试。有什么想法吗?

编辑:这是这样一集的原始计数(以较低的频率采样)。此外,ADC 的空间额定寿命约为 15-20 年,我手头没有零件编号,但我会看看能不能得到它。它可能是在 1993 年左右,可能是基于 FPGA 的。据我所知,计数是 374-421 的差距(可能相差几个计数)。二进制如下

374 101110110
421 110100101

在此处输入图像描述

我认为可能是 ADC 的部分原因是有多个传感器具有相似的间隙。我现在正在努力更好地量化它,但这是一个示例图。请注意,这些点是实际测量值,线条只是将两个相同的数据点连接在一起。所有这些值都由同一个 ADC 读取。

在此处输入图像描述

此外,这里是 ADC 在大约 24 小时内读取的每个值的列表。有很多行(总共大约 20 行)。我相信这些间隙代表 ADC 或相关电路中的死区。此图中的 y 轴是 ADC 读取输出值。每当您看到一条大体垂直的线时,似乎都代表 ADC 无法记录值的区域。

在此处输入图像描述

ADC 部件是 ADC0808,模拟多路复用器部件编号是 HCF4051BM1,至少从我能找到的原理图来看……可能在某个时间点进行了更改。

编辑-更多更新:有 3 个模拟多路复用器馈入 ADC。我想看看他们中的一个是否有这个问题,而其他人没有。然而,没有太多证据证明这一点,见下文。像这样的差距有很多,我只是选择展示一个。

Count   #tot    #mux1   #mux2   #mux3
557 3360    1336    68  1956
558 252 128 4   120
577 684 292 4   388
578 964 480 8   476
2个回答

是否有理由怀疑 ADC 胜过系统中的其他一切?电池和地面站之间的任何东西都可能导致您所看到的。一个好的故障树会考虑除 ADC 之外的其他原因。

  • 模拟前端
    • 对运算放大器和模拟开关的辐射效应
    • 运算放大器卡在不正确的值
    • 传输门未打开/关闭,或仅 N 或 P 侧工作
    • 导致间歇性打开的热循环
    • 导致间歇性短路的金属晶须
  • ADC 本身
    • 单位错误
    • 数据与时钟不同步(跳过/倾斜位)
    • 特定于 ADC 类型的其他一些故障模式
  • 数字逻辑/微处理器
    • 未能按预期配置负载
    • 未正确配置或读取 ADC
    • 错误地打包数据以进行传输
  • 系统中的其他负载
    • 子系统在没有被命令时打开
    • 从损坏的负载中汲取出乎意料的高功率

使用我收集的详细信息,我注意到以下趋势:

  1. ADC 范围内似乎没有任何完整的间隙,除了似乎没有任何输入信号的区域。
  2. 有许多区域看起来像下面的数据,其中似乎几乎从不读取小窗口中的值,前后有大量数字。第一列是 ADC 的输出,第二列是出现次数,跨越多个对象类型。

数据是:

350 253
351 106
354 1
357 1
359 2
360 183
361 270


375 288
376 188
392 1
409 1
424 762
425 1058
  1. 这些测量测量了各种各样的输入,但有几个非常小的跳跃,包括不应该快速跳跃的东西,比如温度、电池压力、电池电压等。

鉴于所有这些,我不得不说 ADC 或支持电路可能会出现故障,以至于它们提供有限的能力来测量小规模现象。此外,这些似乎只是阶跃函数。

我仍在试图弄清楚这些跳跃是如何联系起来的,但未能得到完整的画面......