等应用领域，量采集是重要的一环，尤其是严苛环境下的ADC采集很重要。一般模拟量采集与应用涉及

  在本人参与的某个项目中，就涉及模拟量的采集与应用。信号采集是总系统的基本保障，只有可靠、稳定、准确的采集信号，才能为后续模块提供正确的输入信息，才能执行后续正确的信号处理，执行决策过程。本文在此分享LTC2991在严苛环境电源控制领域的案例。

  在该系统中信号采集最重要的包含模拟量、数字量、其他通讯协议的信息量等。其中某些应用模拟量甚至几乎占了整个输入的90%。而模拟量采集，全部使用了LTC2991进行，包括温度、电压、电流等信号的采集。每个电源管理单元，都需要采集几十路模拟信号，总系统使用了二十多片LTC2991采集了100多路模拟信号。

  如此重要的信号采集部分，得益于LTC2991本身的性能和可靠性，和我们系统平台的可靠性设计，虽然过程有一些问题，但是都解决了，最终结果是完美的。

  可以说LTC2991可靠的、高精度的信号采集为整个能源管理系统的可靠运行打下了重要的基础，而能源管理系统是总系统的生命保障系统，所以LTC2991也能说是重中之重，为总系统的可靠运行立下了汗马功劳。

  所以本文也分享下该过程，尤其是LTC2991在严苛环境平台上的应用，以及其亮眼的表现。当然也分享发现的问题和解决的过程。

  LTC2991是一款8通道，用于电压，电流，温度测量等应用场景的ADC芯片，具备以下特征：

  •适用于亚毫伏电压分辨率、1%电流测量和1℃温度精度或三者任意组合的系统

  从上能够准确的看出，LTC2991具备高温度稳定性，和静电防护能力，这都是高可靠性的保证。同时精度性能也非常好。

  在我们的系统中，LTC2991大多数都用在电压，电流，温度等模拟量信号的采集。

  得益于LTC2991的高集成度，外围器件电路也最简单，模拟前端使用电压跟随器做阻抗匹配，然后单端接入LTC2991进行采集即可，ADDR配置为不同的地址，一条IIC总线，电源增加一个滤波电容即可。

  简单的电路，节省了BOM成本，遵循“简单即是美”的设计哲学，少的器件，少的电路，相对的也减少了出问题的可能性。我们大家可以使用低成本的冗余来提高可靠性，来替代复杂的设计实现的高可靠性，这也是选用LTC2991等经过验证可靠的器件的原因。其典型应用原理图参考上图和手册说明。

  LTC2991的操作很简单，是通过IIC接口，配置寄存器，读寄存器值。但是在严苛环境应用领域不仅仅是功能正确即可，更重要的是高可靠性。所以咱们进行了大量的环境试验，性能测试，压力测试等。当然这样的一个过程是持久的，也不是绝对没问题的，本文主要篇幅其实也希望是在这一部分，即问题的发现与解决上，只有发现每一个可能有一定的问题的点才可能正真的保证可靠性。

  分享一个问题比不分享问题更具备价值，告诉别人怎么避免一个坑，比告诉别人怎么做无问题更重要。这也是本文分享的一个重要意义。

  某块板的LT2991的某些通道采集偶尔出现异常值。高低温测试时数据统计如下现象：

  在高低温的几天，对测试数据来进行分析，统计出了错误信息，错误值总共出现了12次，其中11次是在输入电压，1次是预留的电流采集。分别对应是地址为0x90 的LTC2991第1路采集，以及地址为0x90的L2991第1路采集(本次的程序是一次性采集8路值)。该两路都无输入正确值应该是0。

  对数据进行统计分析，可以看出，出现问题不限定于某一块芯片，但是出现问题的都是第一路。(对于随机问题，大量的统计数做多元化的分析，寻找规律是一个通常的定位方法，后续也会验证该现象，该现象也会成为问题的佐证)。

  另外，在之前其他板测试时现象与上述现象一致，但是出现一些明显的异常问题的不都是第一路，也有其他路的。

  但是之前的程序是一次读取1路值，与本次程序一次读取8路值不一样(该不同操作方式导致的不同现象也会成为问题的佐证)。

  硬件，去发现错误、捕获错误、记录错误、加快错误出现的概率等等都是重要考虑点。我们从软硬件两个角度去考虑。

  对于1)使用示波器直接监控对应的电压采集点(即一.现象中，分压点输入电压)，为了保证能直接和LTC2991的采集值对比，所以直接监控了LTC2991芯片对应的引脚，同时也监控了前段分压之前的电压点。

  方式1：按照正常运行程序，一次读取一个芯片的8路，循环采集4个芯片，遇到异常值时停止打印，这样逻辑分析仪最后监控到的数据就是异常时的IIC数据。采集间隔约200mS。

  只采集出错较多的分压点输入电压对应的芯片，也是一次读取8路。打印如下：采集间隔约1.75mS。

  逻辑分析仪记录IIC总线数据正常。控制芯片端和LT2991端时序一样，说明中间电路没影响，正常。

  实际采集到异常值，打印停止时，示波器并没有触发。说明采集到异常值时对应通道电压本身没有干扰，可以排除该问题。平常用示波器监控也没发现波形有异常，但是偶尔会出现异常干扰(见后面附图)该现象与本次问题无关需要硬件去分析是否有问题)。

  另外从软件上考虑，由于此时是读数据，SDA为读状态，所以也不可能对总线产生干扰，另一方面LTC2991的采集是在一个线程运行不存在其他地方操作该引脚，资源也严格检查不存在引脚误操作的情况。

  注: 采样值为16位，bit15=1表示数据有效否则表示数据无效。bit14表示符号位,实际上bit0-bit14即补码形式数值。由于没有接外部输入，所以采样值应该为0。即80 00(0)，ff fe(-2) ff ff(-1)都是有效的(实际采样会在0左右波动)。

  而ff 00(-255) 80 ff(255) 80 fe(254)是异常值，而7f ff bit15=0为无效值。

  -255 255 254(程序中负数会转为正数处理)，即按照255计算。

  2. 在1.75mS间隔采集时，异常值前都是无效值，而200mS采集无异常值。

  按照手册描述，在读操作时，LTC2991会锁定数据寄存器,直到读完成。并且高低字节是同步同时更新的。对于具体什么时候锁定数据寄存器，比如是接收到读命令后的第一个CLK边沿，还是要等下一个字节(比如我们猜测的,下一个字节后锁定)，手册没有描述，不得而知。什么时候会返回无效值手册也没有描述，但是从上述记录读周期和更新周期差不多时，也就是读时正在更新数据可能出现概率很大。

  3.3.1 连续读8路时，为什么只有第一路出现一些明显的异常问题；而每次读一路时，其他路也有问题

  而每次读一路时，每次都是一次新的读，每一次都是读命令后的第一个数据，所以都有也许会出现。

  由于输入为0，实际采集值在0附近可能是-1(ff ff)也可能是0 (80 00)，如果上一次是ffff本次是8000，按照上述分析的异常，读取到本次的高字节80。上次的低字节ff就是80ff(255)。这种概率是比较高的,因为0的左右差1都是突变。

  如果接了输入源，那么就会是一个离0比较远的正数，那么获取的本次的高字节和上次的低字节组合成突变的值概率会小一些(但是也会存在比如01ff和0200这种在低字节进位的情况下，组合可能是0100或02ff也会差255)。但是较0的左右，0不管左或者右都容易突变,正数只在低字节为0xff左右会突变，概率小很多。并且采样值的抖动一般都只有几个数值。

  而对于实际无输入0v的正常值为0左右，比如ff ff(-1) 和08 00(0)，如果按照前一次值和本次值的高低字节取，出现的错误值就是ff 00 (-255)或者80 ff(255)由于程序取了绝对值所以都是255所有，换算就是180(放大20倍)或1800(放大200倍)了。实际我们统计的也都是实际值是0值的异常值,根据3.2的分析，异常突变就是255左右所以换算出来就是1800或者180。

  3.3.4 为什么间隔200mS采集没有无效值，间隔1.75mS 无效值较多

  根据2.3.3的分析，如果修改读的逻辑，即在第一个通道数据前多读几个字节，让LTC2991在读第一个通道数据前就确保锁定数据寄存器，那么就能够尽可能的防止该问题。

  如下图所示，在8通道数据前读其他字节，这样LTC2991在接收到读命令0x91之后一个字节就会完成锁定，后面读8通道数据时肯定是锁定的数据。避免了读数据时数据寄存器正在更新导致读错的问题。

  连续测试两次，一次连续运行5小时，一次连续运行了40多个小时均无错误，按照之前的五次测试，都是2个小时内就出现了错误：能确定问题得到解决。

  修改后同时也发现没了无效值，说明无效值的出现应该与读数据时正在更新数据有关或者跟锁存数据逻辑有关，与之前的现象印证。

  1.对比逻辑分析仪抓取到的实际数据与采集到的数据，完全一致；抓取到的实际数据换算后与看到的值一致,说明问题得到复现，并且和LTC2991的IIC通讯无问题。通过示波器确认异常值也不是由于电压有干扰导致的。

  1. LTC2991完全满足在严苛环境应用平台上的可靠应用，通过上述案例已得到了非常好的验证。

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