Дыяд дыстанцыйнага датчыка тэмпературы Intel AN 769 FPGA
Уводзіны
У сучасных электронных праграмах, асабліва ў тых, якія патрабуюць крытычнага кантролю тэмпературы, вымярэнне тэмпературы на чыпе мае вырашальнае значэнне.
Высокаэфектыўныя сістэмы абапіраюцца на дакладныя вымярэнні тэмпературы ўнутры і звонку.
- Аптымізацыя прадукцыйнасці
- Забяспечце надзейную працу
- Прадухіленне пашкоджання кампанентаў
Сістэма маніторынгу тэмпературы Intel® FPGA дазваляе выкарыстоўваць мікрасхемы іншых вытворцаў для кантролю тэмпературы спалучэння (TJ). Гэта знешняя сістэма маніторынгу тэмпературы працуе, нават калі Intel FPGA выключана або не настроена. Аднак пры распрацоўцы інтэрфейсу паміж знешнім чыпам і дыёдамі дыстанцыйнага вымярэння тэмпературы (TSD) Intel FPGA неабходна ўлічваць некалькі рэчаў.
Калі вы выбіраеце чып датчыка тэмпературы, вы звычайна глядзіце на дакладнасць тэмпературы, якой хочаце дасягнуць. Аднак з найноўшымі тэхналагічнымі працэсамі і іншай канструкцыяй дыстанцыйнага TSD вы таксама павінны ўлічваць убудаваныя функцыі мікрасхемы датчыка тэмпературы, каб адпавядаць вашым патрабаванням да дакладнасці распрацоўкі.
Разумеючы працу сістэмы дыстанцыйнага вымярэння тэмпературы Intel FPGA, вы можаце:
- Адкрыйце для сябе агульныя праблемы з праграмамі для вымярэння тэмпературы.
- Выберыце найбольш прыдатны чып датчыка тэмпературы, які адпавядае вашым патрэбам прыкладання, кошту і часу распрацоўкі.
Intel настойліва рэкамендуе вымяраць тэмпературу на плашцы з выкарыстаннем лакальных TSD, якія пацверджаны Intel. Intel не можа праверыць дакладнасць знешніх датчыкаў тэмпературы ў розных умовах сістэмы. Калі вы хочаце выкарыстоўваць дыстанцыйныя TSD са знешнімі датчыкамі тэмпературы, прытрымлівайцеся інструкцый у гэтым дакуменце і праверце дакладнасць налад вымярэння тэмпературы.
Гэта заўвага да прыкладання адносіцца да аддаленай рэалізацыі TSD для сямейства прылад Intel Stratix® 10 FPGA.
Рэалізацыя скончанаview
Знешні чып датчыка тэмпературы падключаецца да аддаленага TSD Intel FPGA. Выдалены TSD - гэта транзістар PNP або NPN, злучаны з дыёдам.
- Малюнак 1. Злучэнне паміж чыпам датчыка тэмпературы і аддаленым TSD FPGA Intel (дыёд NPN)
- Малюнак 2. Злучэнне паміж чыпам датчыка тэмпературы і аддаленым TSD FPGA Intel (дыёд PNP)
Наступнае ўраўненне вызначае тэмпературу транзістара ў залежнасці ад аб'ёму базы-эмітараtagе (VBE).
- Ураўненне 1. Адносіны паміж тэмпературай транзістара і база-эмітэрамtagе (VBE)
Дзе:
- T—тэмпература ў Кельвінах
- q — зарад электрона (1.60 × 10−19 Кл)
- VBE—база-эмітар абtage
- k—канстанта Больцмана (1.38 × 10−23 Дж∙K−1)
- IC — калектарны ток
- IS—зваротны ток насычэння
- η—каэфіцыент ідэальнасці выноснага дыёда
Перастаўляючы ўраўненне 1, вы атрымаеце наступнае ўраўненне.
- Ураўненне 2. VBE
Як правіла, мікрасхема датчыка тэмпературы прымушае два паслядоўныя добра кантраляваныя токі, I1 і I2, на штыфтах P і N. Затым мікрасхема вымярае і асерадняе змяненне VBE дыёда. Дэльта ў VBE прама прапарцыйная тэмпературы, як паказана ў раўнанні 3. - Ураўненне 3. Дэльта ў VBE
Дзе:
- n—каэфіцыент фарсіраванага току
- VBE1—база-эмітар абtagе ў I1
- VBE2—база-эмітар абtagе ў I2
Разгляд рэалізацыі
Выбар мікрасхемы датчыка тэмпературы з адпаведнымі функцыямі дазваляе аптымізаваць чып для дасягнення дакладнасці вымярэнняў. Калі вы выбіраеце чып, улічвайце тэмы ў адпаведнай інфармацыі.
- Неадпаведнасць фактару ідэальнасці (η-фактару).
- Памылка супраціву серыі
- Тэмпературны дыёд Бэта Варыяцыя
- Дыферэнцыяльны ўваходны кандэнсатар
- Афсетная кампенсацыя
Неадпаведнасць фактару ідэальнасці (η-фактару).
Калі вы выконваеце вымярэнне тэмпературы злучэння з дапамогай дыёда вонкавай тэмпературы, дакладнасць вымярэння тэмпературы залежыць ад характарыстык вонкавага дыёда. Каэфіцыент ідэальнасці - гэта параметр дыстанцыйнага дыёда, які вымярае адхіленне дыёда ад яго ідэальных паводзін.
Звычайна вы можаце знайсці каэфіцыент ідэальнасці ў тэхнічным пашпарце ад вытворцы дыёда. Розныя дыёды знешняй тэмпературы даюць розныя значэнні з-за рознай канструкцыі і тэхналогій працэсу, якія яны выкарыстоўваюць.
Неадпаведнасць ідэальнасці можа выклікаць значную памылку вымярэння тэмпературы. Каб пазбегнуць значнай памылкі, Intel рэкамендуе выбраць чып з датчыкам тэмпературы, які мае наладжвальны каэфіцыент ідэальнасці. Вы можаце змяніць значэнне каэфіцыента ідэальнасці ў мікрасхеме, каб ліквідаваць памылку несупадзення.
- Exampтолькі 1. Уклад каэфіцыента ідэальнасці ў памылку вымярэння тэмпературы
Гэты былыample паказвае, як каэфіцыент ідэальнасці ўплывае на памылку вымярэння тэмпературы. У эксample, разлік паказвае неадпаведнасць ідэальнасці, якая выклікае значную памылку вымярэння тэмпературы.
- Ураўненне 4. Сувязь фактару ідэальнасці з вымеранай тэмпературай
Дзе:
- ηTSC—каэфіцыент ідэальнасці чыпа-датчыка тэмпературы
- TTSC—тэмпература, якую лічвае чып датчыка тэмпературы
- ηRTD—каэфіцыент ідэальнасці дыстанцыйнага тэмпературнага дыёда
- TRTD—тэмпература на дыстанцыйным тэмпературным дыёдзе
Наступныя этапы ацэньваюць вымярэнне тэмпературы (TTSC) чыпам датчыка тэмпературы з улікам наступных значэнняў:
- Каэфіцыент ідэальнасці датчыка тэмпературы (ηTSC) складае 1.005
- Каэфіцыент ідэальнасці дыстанцыйнага тэмпературнага дыёда (ηRTD) складае 1.03
- Фактычная тэмпература на дыстанцыйным тэмпературным дыёдзе (TRTD) складае 80°C
- Пераўтварыце TRTD 80°C у Кельвін: 80 + 273.15 = 353.15 K.
- Прымяніце ўраўненне 4. Тэмпература, разлічаная чыпам-датчыкам тэмпературы, складае 1.005 × 353.15 = 344.57 K.TTSC = 1.03
- Пераўтварыце разлічанае значэнне ў градусы Цэльсія: TTSC = 344.57 K – 273.15 K = 71.43°C Памылка тэмпературы (TE), выкліканая неадпаведнасцю ідэальнасці:
TE = 71.43°C – 80.0°C = –8.57°C
Памылка супраціву серыі
Паслядоўнае супраціўленне на штыфтах P і N спрыяе памылцы вымярэння тэмпературы.
Супраціў серыі можа быць ад:
- Унутранае супраціўленне P і N кантактаў тэмпературнага дыёда.
- Супраціў дошкі, напрampле, доўгі след дошкі.
Паслядоўнае супраціўленне выклікае дадатковы абtage падаць на шляху вымярэння тэмпературы і прыводзіць да памылкі вымярэння, што ўплывае на дакладнасць вымярэння тэмпературы. Як правіла, такая сітуацыя адбываецца, калі вы выконваеце вымярэнне тэмпературы з дапамогай 2-токавага датчыка тэмпературы.
Малюнак 3. Унутранае і бортавае паслядоўнае супраціўленне
Каб растлумачыць тэмпературную памылку, якая ўзнікае пры павелічэнні паслядоўнага супраціўлення, некаторыя вытворцы мікрасхем датчыкаў тэмпературы прадастаўляюць даныя для тэмпературнай памылкі дыстанцыйнага дыёда ў залежнасці ад супраціву.
Аднак вы можаце ліквідаваць памылку паслядоўнага супраціву. Некаторыя мікрасхемы датчыка тэмпературы маюць убудаваную функцыю адмены паслядоўнага супраціву. Функцыя адмены паслядоўнага супраціўлення можа ліквідаваць паслядоўнае супраціўленне ў дыяпазоне ад некалькіх сотняў Ω да дыяпазону, які перавышае некалькі тысяч Ω.
Intel рэкамендуе ўлічваць функцыю адмены серыйнага супраціву пры выбары мікрасхемы датчыка тэмпературы. Функцыя аўтаматычна ліквідуе памылку тэмпературы, выкліканую супрацівам маршрутызацыі да аддаленага транзістара.
Тэмпературны дыёд Бэта Варыяцыя
Калі геаметрыя тэхналагічнага працэсу становіцца меншай, значэнне Beta (β) падкладкі PNP або NPN памяншаецца.
Калі значэнне бэта тэмпературнага дыёда становіцца ніжэй, асабліва калі калектар тэмпературнага дыёда прывязаны да зямлі, значэнне бэта ўплывае на каэфіцыент току ва ўраўненні 3 на старонцы 5. Такім чынам, падтрыманне дакладнага каэфіцыента току мае вырашальнае значэнне.
Некаторыя чыпы з датчыкамі тэмпературы маюць убудаваную функцыю бэта-кампенсацыі. Бэта-разнавіднасць схемы вызначае ток базы і рэгулюе ток эмітэра, каб кампенсаваць змены. Бэта-кампенсацыя падтрымлівае каэфіцыент току калектара.
Малюнак 4. Тэмпературны дыёд Intel Stratix 10 Core Fabric з уключанай бэта-кампенсацыяй MAX31730 Maxim Integrated*
Гэты малюнак паказвае, што дакладнасць вымярэнняў дасягаецца пры ўключанай бэта-кампенсацыі. Вымярэнні праводзіліся падчас адключэння сілкавання FPGA — чакаецца, што зададзеная і вымераная тэмпературы будуць блізкімі.
| 0˚С | 50˚С | 100˚С | |
| Бэта-кампенсацыя выключана | 25.0625˚С | 70.1875˚С | 116.5625˚С |
| Бэта-кампенсацыя ўключана | -0.6875˚C | 49.4375˚С | 101.875˚С |
Дыферэнцыяльны ўваходны кандэнсатар
Кандэнсатар (CF) на кантактах P і N дзейнічае як фільтр нізкіх частот, які дапамагае адфільтраваць высокачашчынны шум і палепшыць электрамагнітныя перашкоды (EMI).
Вы павінны быць асцярожнымі пры выбары кандэнсатара, таму што вялікая ёмістасць можа паўплываць на час нарастання камутаванай крыніцы току і прывесці да вялікай памылкі вымярэння. Як правіла, вытворца мікрасхемы з датчыкам тэмпературы паказвае рэкамендаванае значэнне ёмістасці ў сваім тэхнічным пашпарце. Перш чым вызначыць значэнне ёмістасці, звярніцеся да рэкамендацый або рэкамендацый вытворцы кандэнсатара.
Малюнак 5. Дыферэнцыяльная ўваходная ёмістасць
Афсетная кампенсацыя
Некалькі фактараў могуць адначасова спрыяць памылцы вымярэння. Часам прымяненне аднаго метаду кампенсацыі можа не цалкам вырашыць праблему. Іншы метад вырашэння памылкі вымярэння - прымяненне кампенсацыі зрушэння.
Заўвага: Intel рэкамендуе вам выкарыстоўваць мікрасхему датчыка тэмпературы з убудаванай кампенсацыяй зрушэння. Калі мікрасхема датчыка тэмпературы не падтрымлівае гэту функцыю, вы можаце ўжыць кампенсацыю зрушэння падчас пост-апрацоўкі з дапамогай карыстацкай логікі або праграмнага забеспячэння.
Кампенсацыя зрушэння змяняе значэнне рэгістра зрушэння з мікрасхемы датчыка тэмпературы, каб ліквідаваць памылку разліку. Каб выкарыстоўваць гэту функцыю, вы павінны выканаць тэставанне тэмпературыfile вывучыць і вызначыць значэнне зрушэння для прымянення.
Вы павінны збіраць вымярэнні тэмпературы ў жаданым дыяпазоне тэмператур з наладамі па змаўчанні мікрасхемы датчыка тэмпературы. Пасля выканайце аналіз дадзеных, як у наступным прыкладзеample, каб вызначыць значэнне зрушэння для прымянення. Intel рэкамендуе праверыць некалькі чыпаў датчыкаў тэмпературы з некалькімі дыстанцыйнымі тэмпературнымі дыёдамі, каб пераканацца, што вы ахопліваеце змены ад часткі да часткі. Затым выкарыстоўвайце сярэдняе значэнне вымярэнняў у аналізе, каб вызначыць налады, якія трэба прымяніць.
Вы можаце выбраць кропкі тэмпературы для праверкі ў залежнасці ад умоў працы сістэмы.
Ураўненне 5. Каэфіцыент зрушэння
Exampтолькі 2. Прымяненне афсетнай кампенсацыі У гэтым выпадкуample, быў сабраны набор вымярэнняў тэмпературы з трыма тэмпературнымі кропкамі. Прымяніце ўраўненне 5 да значэнняў і вылічыце каэфіцыент зрушэння.
Табліца 1. Дадзеныя, сабраныя перад прымяненнем кампенсацыі зрушэння
| Задаць тэмпературу | Вымераная тэмпература | ||
| 100°C | 373.15 К | 111.06°C | 384.21 К |
| 50°C | 323.15 К | 61.38°C | 334.53 К |
| 0°C | 273.15 К | 11.31°C | 284.46 К |
Для разліку тэмпературы зрушэння выкарыстоўвайце сярэднюю кропку дыяпазону тэмператур. У гэтым эксample, сярэдняй кропкай з'яўляецца зададзеная тэмпература 50°C.
Тэмпература зруху
- = Каэфіцыент зрушэння × (Вымераная тэмпература - зададзеная тэмпература)
- = 0.9975 × (334.53 − 323.15)
- = 11.35
Унясіце значэнне тэмпературы зрушэння і іншыя каэфіцыенты кампенсацыі, калі патрабуецца, у мікрасхему датчыка тэмпературы і паўтарыце вымярэнне.
Табліца 2. Дадзеныя, сабраныя пасля прымянення кампенсацыі зрушэння
| Задаць тэмпературу | Вымераная тэмпература | Памылка |
| 100°C | 101.06°C | 1.06°C |
| 50°C | 50.13°C | 0.13°C |
| 0°C | 0.25°C | 0.25°C |
Звязаная інфармацыя
Вынікі ацэнкі
Забяспечвае рэview вынікаў ацэнкі метаду кампенсацыі зрушэння з датчыкамі тэмпературы Maxim Integrated* і Texas Instruments*.
Вынікі ацэнкі
Падчас ацэнкі ацэначныя камплекты MAX31730 ад Maxim Integrated* і TMP468 ад Texas Instruments* былі мадыфікаваны для ўзаемадзеяння з дыстанцыйнымі тэмпературнымі дыёдамі некалькіх блокаў FPGA Intel.
Табліца 3. Ацэненыя блокі і мадэлі дошак
| Блок | Плата ацэнкі чыпа з датчыкам тэмпературы | |
| TMP468 кампаніі Texas Instruments | Maxim Integrate d's MAX31730 | |
| Ядро Intel Stratix 10 | так | так |
| H-вобразная плітка або L-плітка | так | так |
| Электронная плітка | так | так |
| П-плітка | так | так |
На наступных малюнках паказана ўстаноўка платы Intel FPGA з ацэначнымі платамі Maxim Integrated і Texas Instruments.
Малюнак 6. Налада з ацэначнай платай MAX31730 Maxim Integrate d
Малюнак 7. Налада з дапамогай ацэначнай платы TMP468 кампаніі Texas Instruments
- Цеплавой фарсір - або, у якасці альтэрнатывы, вы можаце выкарыстоўваць тэмпературную камеру - накрыў і герметычна зачыніў FPGA і падняў тэмпературу ў адпаведнасці з зададзенай кропкай тэмпературы.
- Падчас гэтага выпрабавання FPGA заставалася ў абясточаным стане, каб пазбегнуць выдзялення цяпла.
- Час вытрымкі для кожнай кропкі выпрабаванні тэмпературы складаў 30 хвілін.
- У наладах ацэначных камплектаў выкарыстоўваліся налады вытворцаў па змаўчанні.
- Пасля наладкі для збору і аналізу даных былі выкананы дзеянні, апісаныя ў Кампенсацыі зрушэння на старонцы 10.
Ацэнка з дапамогай ацэначнай платы чыпа з датчыкам тэмпературы Maxim Integrated MAX31730
Гэтая ацэнка была праведзена з дапамогай этапаў наладкі, апісаных у Кампенсацыі зрушэння.
Дадзеныя збіраліся да і пасля прымянення кампенсацыі зрушэння. Да розных блокаў Intel FPGA прымянялася розная тэмпература зрушэння, таму што адно значэнне зрушэння не можа быць прыменена да ўсіх блокаў. Наступныя лічбы паказваюць вынікі.
Малюнак 8. Дадзеныя для Intel Stratix 10 Core Fabric
Малюнак 9. Дадзеныя для H-Tile і L-Tile FPGA Intel
Малюнак 10. Дадзеныя для Intel FPGA E-Tile
Малюнак 11. Дадзеныя для Intel FPGA P-Tile
Ацэнка з дапамогай ацэначнай платы TMP468 з датчыкам тэмпературы Texas Instruments
Гэтая ацэнка была праведзена з дапамогай этапаў наладкі, апісаных у Кампенсацыі зрушэння.
Дадзеныя збіраліся да і пасля прымянення кампенсацыі зрушэння. Да розных блокаў Intel FPGA прымянялася розная тэмпература зрушэння, таму што адно значэнне зрушэння не можа быць прыменена да ўсіх блокаў. Наступныя лічбы паказваюць вынікі.
Малюнак 12. Дадзеныя для Intel Stratix 10 Core Fabric
Малюнак 13. Дадзеныя для H-Tile і L-Tile FPGA Intel
Малюнак 14. Дадзеныя для Intel FPGA E-Tile
Малюнак 15. Дадзеныя для Intel FPGA P-Tile
Заключэнне
Ёсць шмат розных вытворцаў чыпаў з датчыкамі тэмпературы. Пры выбары кампанентаў Intel настойліва рэкамендуе выбіраць мікрасхему датчыка тэмпературы з улікам наступных меркаванняў.
- Выберыце чып з наладжвальнай функцыяй каэфіцыента ідэальнасці.
- Выберыце мікрасхему, якая мае адмену паслядоўнага супраціву.
- Выберыце чып, які падтрымлівае бэта-кампенсацыю.
- Выбірайце кандэнсатары, якія адпавядаюць рэкамендацыям вытворцы чыпа.
- Прымяніце адпаведную кампенсацыю пасля выканання тэмпературнага праверкіfile даследаванне.
Зыходзячы з разгляду ўкаранення і вынікаў ацэнкі, вы павінны аптымізаваць мікрасхему датчыка тэмпературы ў вашай канструкцыі, каб дасягнуць дакладнасці вымярэнняў.
Гісторыя версій дакумента для AN 769: Кіраўніцтва па ўкараненні дыёда дыстанцыйнага зандзіравання тэмпературы Intel FPGA
| Версія дакумента | Змены |
| 2022.04.06 |
|
| 2021.02.09 | Першапачатковы выпуск. |
Карпарацыя Intel. Усе правы ахоўваюцца. Intel, лагатып Intel і іншыя знакі Intel з'яўляюцца гандлёвымі маркамі карпарацыі Intel або яе даччыных кампаній. Intel гарантуе прадукцыйнасць сваёй FPGA і паўправадніковай прадукцыі ў адпаведнасці з бягучымі спецыфікацыямі ў адпаведнасці са стандартнай гарантыяй Intel, але пакідае за сабой права ўносіць змены ў любыя прадукты і паслугі ў любы час без папярэдняга паведамлення. Intel не нясе ніякай адказнасці або абавязацельстваў, якія вынікаюць з прымянення або выкарыстання любой інфармацыі, прадукту або паслугі, апісаных тут, за выключэннем выпадкаў, прама ўзгодненых Intel у пісьмовай форме. Кліентам Intel рэкамендуецца атрымаць апошнюю версію спецыфікацый прылады, перш чым спадзявацца на любую апублікаваную інфармацыю і перад размяшчэннем заказаў на прадукты ці паслугі.
*Іншыя назвы і брэнды могуць быць заяўлены як уласнасць іншых.
ISO
9001:2015
Зарэгістраваны
Дакументы / Рэсурсы
 |
Дыяд дыстанцыйнага датчыка тэмпературы Intel AN 769 FPGA [pdfКіраўніцтва карыстальніка AN 769 FPGA дыстанцыйны дыёд датчыка тэмпературы, AN 769, FPGA дыстанцыйны дыёд датчыка тэмпературы, дыстанцыйны дыёд датчыка тэмпературы, дыёд датчыка тэмпературы, датчык дыёд |
