Díode sensor de temperatura remot intel AN 769 FPGA
Introducció
En les aplicacions electròniques modernes, especialment les aplicacions que requereixen un control crític de la temperatura, la mesura de la temperatura al xip és crucial.
Els sistemes d'alt rendiment es basen en mesures precises de temperatura per a entorns interiors i exteriors.
- Optimitzar el rendiment
- Assegureu-vos un funcionament fiable
- Evitar danys als components
El sistema de control de temperatura Intel® FPGA us permet utilitzar xips de tercers per controlar la temperatura de la unió (TJ). Aquest sistema de control de temperatura extern funciona fins i tot mentre l'Intel FPGA està apagat o no configurat. Tanmateix, hi ha diverses coses que heu de tenir en compte quan dissenyeu la interfície entre el xip extern i els díodes sensors de temperatura remots (TSD) Intel FPGA.
Quan seleccioneu un xip de detecció de temperatura, normalment mirareu la precisió de temperatura que voleu aconseguir. Tanmateix, amb l'última tecnologia de procés i un disseny TSD remot diferent, també heu de tenir en compte les funcions integrades del xip de detecció de temperatura per satisfer els vostres requisits de precisió de disseny.
En comprendre el funcionament del sistema de mesura de temperatura remot Intel FPGA, podeu:
- Descobriu problemes habituals amb les aplicacions de detecció de temperatura.
- Seleccioneu el xip de detecció de temperatura més adequat que s'adapti a les vostres necessitats d'aplicació, cost i temps de disseny.
Intel recomana fermament que mesureu la temperatura de la matriu utilitzant TSD locals, que Intel ha validat. Intel no pot validar la precisió dels sensors de temperatura externs en diverses condicions del sistema. Si voleu utilitzar els TSD remots amb sensors de temperatura externs, seguiu les directrius d'aquest document i valideu la precisió de la vostra configuració de mesura de temperatura.
Aquesta nota d'aplicació s'aplica a la implementació remota de TSD per a la família de dispositius Intel Stratix® 10 FPGA.
Implementació acabadaview
El xip de detecció de temperatura externa es connecta al TSD remot Intel FPGA. El TSD remot és un transistor connectat amb díodes PNP o NPN.
- Figura 1. Connexió entre el xip de detecció de temperatura i el TSD remot Intel FPGA (diode NPN)
- Figura 2. Connexió entre el xip de detecció de temperatura i el TSD remot Intel FPGA (diode PNP)
L'equació següent forma la temperatura d'un transistor en relació amb el vol base-emissortage (VBE).
- Equació 1. Relació entre la temperatura del transistor i l'emissor de base voltage (VBE)
On:
- T: temperatura en Kelvin
- q: la càrrega de l'electró (1.60 × 10−19 C)
- VBE: emissor de base voltage
- k—constante de Boltzmann (1.38 × 10−23 J∙K−1)
- IC: corrent del col·lector
- IS: corrent de saturació inversa
- η: el factor d'idealitat del díode remot
Reordenant l'equació 1, obteniu l'equació següent.
- Equació 2. VBE
Normalment, el xip de detecció de temperatura força dos corrents consecutius ben controlats, I1 i I2 als pins P i N. A continuació, el xip mesura i fa una mitjana del canvi del VBE del díode. El delta en VBE és directament proporcional a la temperatura, tal com es mostra a l'equació 3. - Equació 3. Delta en VBE
On:
- n: relació de corrent forçada
- VBE1: emissor de base voltage a I1
- VBE2: emissor de base voltage a I2
Consideració d'implementació
La selecció del xip de detecció de temperatura amb les característiques adequades us permet optimitzar el xip per aconseguir la precisió de la mesura. Tingueu en compte els temes de la informació relacionada quan seleccioneu el xip.
- Factor d'idealitat (factor η) No coincidència
- Error de resistència de sèrie
- Variació beta del díode de temperatura
- Condensador d'entrada diferencial
- Compensació de compensació
Factor d'idealitat (factor η) No coincidència
Quan feu la mesura de la temperatura de la unió mitjançant un díode de temperatura extern, la precisió de la mesura de la temperatura depèn de les característiques del díode extern. El factor d'idealitat és un paràmetre d'un díode remot que mesura la desviació del díode respecte al seu comportament ideal.
Normalment podeu trobar el factor d'idealitat a la fitxa tècnica del fabricant del díode. Els diferents díodes de temperatura externa us donen valors diferents a causa dels diferents dissenys i tecnologies de procés que utilitzen.
El desajust d'idealitat pot provocar un error important en la mesura de la temperatura. Per evitar l'error significatiu, Intel recomana que seleccioneu un xip de detecció de temperatura que tingui un factor d'idealitat configurable. Podeu canviar el valor del factor d'idealitat al xip per eliminar l'error de desajust.
- Exampel 1. Contribució del factor d'idealitat a l'error de mesura de la temperatura
Aquest example mostra com el factor d'idealitat contribueix a l'error de mesura de la temperatura. En l'exampi, el càlcul mostra el desajust d'idealitat que provoca un error significatiu de mesura de la temperatura.
- Equació 4. Relació del factor d'idealitat amb la temperatura mesurada
On:
- ηTSC: factor d'idealitat del xip sensor de temperatura
- TTSC: temperatura llegida pel xip sensor de temperatura
- ηRTD: factor d'idealitat del díode de temperatura remot
- TRTD: temperatura al díode de temperatura remot
Els passos següents estimen la mesura de la temperatura (TTSC) mitjançant el xip sensor de temperatura, a partir dels valors següents:
- El factor d'idealitat del sensor de temperatura (ηTSC) és 1.005
- El factor d'idealitat del díode de temperatura remot (ηRTD) és 1.03
- La temperatura real al díode de temperatura remota (TRTD) és de 80 °C
- Converteix el TRTD de 80 °C a Kelvin: 80 + 273.15 = 353.15 K.
- Aplica l'equació 4. La temperatura calculada pel xip sensor de temperatura és 1.005 × 353.15 = 344.57 K.TTSC = 1.03
- Converteix el valor calculat a Celsius: TTSC = 344.57 K – 273.15 K = 71.43 °C L'error de temperatura (TE) causat pel desajust d'idealitat:
TE = 71.43°C – 80.0°C = –8.57°C
Error de resistència de sèrie
La resistència en sèrie als pins P i N contribueix a l'error de mesura de la temperatura.
La resistència en sèrie pot ser de:
- La resistència interna del pin P i N del díode de temperatura.
- La resistència a la traça del tauler, per example, una traça llarga del tauler.
La resistència en sèrie provoca vol addicionalstage caigui al camí de detecció de temperatura i produeix un error de mesura, que afecta la precisió de la mesura de la temperatura. Normalment, aquesta situació es produeix quan es realitza la mesura de la temperatura amb un xip de detecció de temperatura de 2 corrents.
Figura 3. Resistència de sèrie interna i a bord
Per explicar l'error de temperatura produït quan augmenta la resistència de la sèrie, algun fabricant de xips de detecció de temperatura proporciona les dades de l'error de temperatura del díode remot en comparació amb la resistència.
Tanmateix, podeu eliminar l'error de resistència de la sèrie. Alguns xips de detecció de temperatura tenen una funció de cancel·lació de resistència en sèrie integrada. La funció de cancel·lació de la resistència en sèrie pot eliminar la resistència en sèrie des d'un rang d'uns pocs centenars de Ω fins a un rang superior a uns quants milers de Ω.
Intel recomana que tingueu en compte la funció de cancel·lació de la resistència de la sèrie quan seleccioneu el xip de detecció de temperatura. La funció elimina automàticament l'error de temperatura causat per la resistència de l'encaminament al transistor remot.
Variació beta del díode de temperatura
A mesura que les geometries de la tecnologia de procés es redueixen, el valor Beta (β) del substrat PNP o NPN disminueix.
A mesura que el valor beta del díode de temperatura baixa, especialment si el col·lector del díode de temperatura està lligat a terra, el valor beta afecta la relació actual de l'equació 3 a la pàgina 5. Per tant, mantenir una relació de corrent precisa és crucial.
Alguns xips de detecció de temperatura tenen una funció de compensació beta integrada. La variació Beta del circuit detecta el corrent base i ajusta el corrent de l'emissor per compensar la variació. La compensació Beta manté la relació de corrent del col·lector.
Figura 4. Díode de temperatura de teixit Intel Stratix 10 Core amb compensació beta MAX31730 de Maxim Integrated* activada
Aquesta figura mostra que la precisió de mesura s'aconsegueix amb la compensació beta activada. Les mesures es van prendre durant la condició d'apagada de l'FPGA; s'espera que les temperatures establertes i mesurades siguin properes.
| 0˚C | 50˚C | 100˚C | |
| Compensació beta desactivada | 25.0625˚C | 70.1875˚C | 116.5625˚C |
| Compensació beta activada | -0.6875˚C | 49.4375˚C | 101.875˚C |
Condensador d'entrada diferencial
El condensador (CF) dels pins P i N actua com un filtre de pas baix que ajuda a filtrar el soroll d'alta freqüència i millorar la interferència electromagnètica (EMI).
Heu d'anar amb compte durant la selecció del condensador perquè la gran capacitat pot afectar el temps d'augment de la font de corrent commutada i introduir un gran error de mesura. Normalment, el fabricant del xip de detecció de temperatura proporciona el valor de capacitat recomanat al seu full de dades. Consulteu les directrius o recomanacions de disseny del fabricant del condensador abans de decidir el valor de la capacitat.
Figura 5. Capacitat d'entrada diferencial
Compensació de compensació
Múltiples factors poden contribuir simultàniament a l'error de mesura. De vegades, l'aplicació d'un únic mètode de compensació pot no resoldre completament el problema. Un altre mètode per resoldre l'error de mesura és aplicar una compensació de compensació.
Nota: Intel recomana que utilitzeu un xip de detecció de temperatura amb compensació de compensació integrada. Si el xip de detecció de temperatura no admet la funció, podeu aplicar una compensació de compensació durant el processament posterior mitjançant una lògica o un programari personalitzats.
La compensació de compensació canvia el valor del registre de compensació del xip de detecció de temperatura per eliminar l'error calculat. Per utilitzar aquesta funció, heu de fer un professional de la temperaturafile estudiar i identificar el valor de compensació a aplicar.
Heu de recollir mesures de temperatura en l'interval de temperatura desitjat amb la configuració predeterminada del xip de detecció de temperatura. Després, realitzeu l'anàlisi de dades com a l'example per determinar el valor de compensació a aplicar. Intel recomana que proveu diversos xips de detecció de temperatura amb diversos díodes de temperatura remots per assegurar-vos que cobriu les variacions de part a part. A continuació, utilitzeu la mitjana de mesures a l'anàlisi per determinar la configuració que cal aplicar.
Podeu seleccionar els punts de temperatura per provar en funció de les condicions de funcionament del vostre sistema.
Equació 5. Factor de compensació
Exampel 2. Aplicació de la compensació de compensació En aquest example, es va recollir un conjunt de mesures de temperatura amb tres punts de temperatura. Apliqueu l'equació 5 als valors i calculeu el factor de compensació.
Taula 1. Dades recollides abans d'aplicar la compensació de compensació
| Temperatura establerta | Temperatura mesurada | ||
| 100 °C | 373.15 K | 111.06 °C | 384.21 K |
| 50 °C | 323.15 K | 61.38 °C | 334.53 K |
| 0 °C | 273.15 K | 11.31 °C | 284.46 K |
Utilitzeu el punt mitjà de l'interval de temperatures per calcular la temperatura de compensació. En aquest example, el punt mitjà és la temperatura establerta de 50 °C.
Temperatura de compensació
- = Factor de compensació × (Temperatura mesurada-Temperatura establerta)
- = 0.9975 × (334.53 − 323.15)
- = 11.35
Apliqueu el valor de la temperatura compensada i altres factors de compensació, si cal, al xip de detecció de temperatura i torneu a fer la mesura.
Taula 2. Dades recollides després d'aplicar la compensació de compensació
| Temperatura establerta | Temperatura mesurada | Error |
| 100 °C | 101.06 °C | 1.06 °C |
| 50 °C | 50.13 °C | 0.13 °C |
| 0 °C | 0.25 °C | 0.25 °C |
Informació relacionada
Resultats de l'avaluació
Proporciona un review dels resultats de l'avaluació del mètode de compensació de compensació amb xips sensors de temperatura Maxim Integrated* i Texas Instruments*.
Resultats de l'avaluació
En l'avaluació, es van modificar els kits d'avaluació MAX31730 de Maxim Integrated* i TMP468 de Texas Instruments* per connectar-se amb els díodes de temperatura remots de diversos blocs de l'Intel FPGA.
Taula 3. Blocs avaluats i models de taulers
| Bloc | Tauler d'avaluació de xips sensors de temperatura | |
| TMP468 de Texas Instruments | Maxim Integrate d's MAX31730 | |
| Teixit de nucli Intel Stratix 10 | Sí | Sí |
| Rajola en H o en L | Sí | Sí |
| E-rajola | Sí | Sí |
| Rajola P | Sí | Sí |
Les figures següents mostren la configuració de la placa Intel FPGA amb les plaques d'avaluació Maxim Integrated i Texas Instruments.
Figura 6. Configuració amb la junta d'avaluació MAX31730 de Maxim Integrate
Figura 7. Configuració amb la placa d'avaluació TMP468 de Texas Instruments
- Un forçador tèrmic, o alternativament, podeu utilitzar una cambra de temperatura, va cobrir i segellar l'FPGA i va forçar la temperatura segons el punt de temperatura establert.
- Durant aquesta prova, l'FPGA es va mantenir sense energia per evitar que generi calor.
- El temps de remull per a cada punt de prova de temperatura va ser de 30 minuts.
- La configuració dels kits d'avaluació utilitzava la configuració predeterminada dels fabricants.
- Després de la configuració, es van seguir els passos de la Compensació de compensació a la pàgina 10 per a la recollida i l'anàlisi de dades.
Avaluació amb la placa d'avaluació de xip de detecció de temperatura MAX31730 de Maxim Integrated
Aquesta avaluació es va dur a terme amb els passos de configuració tal com es descriu a Compensació de compensació.
Les dades es van recollir abans i després d'aplicar la compensació de compensació. Es va aplicar una temperatura de compensació diferent a diferents blocs Intel FPGA perquè no es pot aplicar un valor de compensació únic a tots els blocs. Les figures següents mostren els resultats.
Figura 8. Dades per a Intel Stratix 10 Core Fabric
Figura 9. Dades per a Intel FPGA H-Tile i L-Tile
Figura 10. Dades per a Intel FPGA E-Tile
Figura 11. Dades per a Intel FPGA P-Tile
Avaluació amb la placa d'avaluació del xip de detecció de temperatura TMP468 de Texas Instruments
Aquesta avaluació es va dur a terme amb els passos de configuració tal com es descriu a Compensació de compensació.
Les dades es van recollir abans i després d'aplicar la compensació de compensació. Es va aplicar una temperatura de compensació diferent a diferents blocs Intel FPGA perquè no es pot aplicar un valor de compensació únic a tots els blocs. Les figures següents mostren els resultats.
Figura 12. Dades per a Intel Stratix 10 Core Fabric
Figura 13. Dades per a Intel FPGA H-Tile i L-Tile
Figura 14. Dades per a Intel FPGA E-Tile
Figura 15. Dades per a Intel FPGA P-Tile
Conclusió
Hi ha molts fabricants de xips sensors de temperatura diferents. Durant la selecció de components, Intel recomana encaridament que seleccioneu el xip de detecció de temperatura amb les consideracions següents.
- Seleccioneu un xip amb la funció de factor d'idealitat configurable.
- Seleccioneu un xip que tingui cancel·lació de resistència en sèrie.
- Seleccioneu un xip que admeti la compensació beta.
- Seleccioneu els condensadors que coincideixin amb les recomanacions del fabricant del xip.
- Apliqueu qualsevol compensació adequada després de realitzar una prova de temperaturafile estudiar.
A partir de la consideració de la implementació i els resultats de l'avaluació, heu d'optimitzar el xip de detecció de temperatura al vostre disseny per aconseguir la precisió de la mesura.
Historial de revisions de documents per a AN 769: Guia d'implementació del díode de detecció remota de temperatura Intel FPGA
| Versió del document | Canvis |
| 2022.04.06 |
|
| 2021.02.09 | Alliberament inicial. |
Intel Corporation. Tots els drets reservats. Intel, el logotip d'Intel i altres marques d'Intel són marques comercials d'Intel Corporation o de les seves filials. Intel garanteix el rendiment dels seus productes FPGA i semiconductors amb les especificacions actuals d'acord amb la garantia estàndard d'Intel, però es reserva el dret de fer canvis a qualsevol producte i servei en qualsevol moment sense previ avís. Intel no assumeix cap responsabilitat derivada de l'aplicació o l'ús de qualsevol informació, producte o servei descrit aquí, tret que Intel ho acordi expressament per escrit. Es recomana als clients d'Intel que obtinguin la darrera versió de les especificacions del dispositiu abans de confiar en qualsevol informació publicada i abans de fer comandes de productes o serveis.
* Altres noms i marques es poden reclamar com a propietat d'altres.
ISO
9001:2015
Registrat
Documents/Recursos
 |
Díode sensor de temperatura remot intel AN 769 FPGA [pdfGuia de l'usuari Díode de detecció remota de temperatura AN 769 FPGA, AN 769, díode de detecció remota de temperatura FPGA, díode de detecció remota de temperatura, díode de detecció de temperatura, díode de detecció |
