intel AN 769 FPGA Remote Temperature Sensing Diode Giya sa Gumagamit

Sa modernong elektronikong aplikasyon, ilabina ang mga aplikasyon nga nanginahanglan ug kritikal nga pagkontrol sa temperatura, ang on-chip nga pagsukod sa temperatura hinungdanon.

Ang mga sistema sa taas nga pasundayag nagsalig sa tukma nga pagsukod sa temperatura alang sa sulud sa sulud ug sa gawas.

I-optimize ang performance
Pagsiguro nga kasaligan nga operasyon

Paglikay sa kadaot sa mga sangkap

Ang Intel® FPGA temperature monitoring system nagtugot kanimo sa paggamit sa mga third-party chips aron mamonitor ang junction temperature (TJ). Kini nga eksternal nga sistema sa pag-monitor sa temperatura nagtrabaho bisan kung ang Intel FPGA gipaandar o wala gi-configure. Bisan pa, adunay daghang mga butang nga kinahanglan nimong tagdon kung magdesinyo ka sa interface tali sa eksternal nga chip ug sa Intel FPGA remote temperature sensing diodes (TSDs).
Kung mopili ka ug temperature sensing chip, kasagarang tan-awon nimo ang katukma sa temperatura nga gusto nimong makab-ot. Bisan pa, sa pinakabag-o nga teknolohiya sa proseso ug usa ka lahi nga layo nga disenyo sa TSD, kinahanglan nimo nga tagdon ang mga built-in nga bahin sa temperature sensing chip aron matubag ang imong mga kinahanglanon sa katukma sa disenyo.

Pinaagi sa pagsabut sa mga buhat sa Intel FPGA remote nga sistema sa pagsukod sa temperatura, mahimo nimo:

Pagdiskubre sa kasagarang mga isyu sa mga aplikasyon sa pag-ila sa temperatura.

Pilia ang pinakahaom nga temperature sensing chip nga makatubag sa imong mga panginahanglanon sa aplikasyon, gasto, ug oras sa pagdesinyo.

Kusganon nga girekomenda sa Intel nga imong sukdon ang on-die nga temperatura gamit ang mga lokal nga TSD, nga gi-validate sa Intel. Dili mapamatud-an sa Intel ang katukma sa mga sensor sa gawas nga temperatura sa ilawom sa lainlaing mga kondisyon sa sistema. Kung gusto nimong gamiton ang mga hilit nga TSD nga adunay mga eksternal nga sensor sa temperatura, sunda ang mga panudlo sa kini nga dokumento ug balido ang katukma sa imong setup sa pagsukod sa temperatura.

Kini nga nota sa aplikasyon magamit sa hilit nga pagpatuman sa TSD alang sa Intel Stratix® 10 FPGA device nga pamilya.

Tapos na ang Implementasyonview

Ang eksternal nga temperature sensing chip nagkonektar sa Intel FPGA remote TSD. Ang hilit nga TSD kay PNP o NPN diode-connected transistor.

Hulagway 1. Koneksyon Tali sa Temperature Sensing Chip ug Intel FPGA Remote TSD (NPN Diode)
Hulagway 2. Koneksyon Tali sa Temperature Sensing Chip ug Intel FPGA Remote TSD (PNP Diode)

Ang mosunod nga equation naglangkob sa temperatura sa usa ka transistor nga may kalabutan sa base-emitter voltage (VBE).

Equation 1. Relasyon Tali sa Temperatura sa Transistor sa Base-Emitter Voltage (VBE)diin:
- T—Temperatura sa Kelvin
- q—ang electron charge (1.60 × 10−19 C)
- VBE—base-emitter voltage
- k—Boltzmann constant (1.38 × 10−23 J∙K−1)
- IC—ang collector nga kasamtangan
- IS—ang reverse saturation nga kasamtangan
- η—ang ideality factor sa remote diode
  Pag-usab sa Equation 1, makuha nimo ang mosunod nga equation.

Equation 2. VBE
Kasagaran, ang temperatura sensing chip nagpugos sa duha ka sunud-sunod nga kontrolado nga mga sulog, I1 ug I2 sa P ug N nga mga pin. Gisukod ug gi-average sa chip ang pagbag-o sa VBE sa diode. Ang delta sa VBE direktang proporsiyon sa temperatura, sama sa gipakita sa Equation 3.

Equation 3. Delta sa VBEdiin:
- n - pinugos nga kasamtangan nga ratio
- VBE1—base-emitter voltage sa i1
- VBE2—base-emitter voltage sa i2

Pagkonsiderar sa Implementasyon

Ang pagpili sa temperatura nga sensing chip nga adunay angay nga mga bahin nagtugot kanimo sa pag-optimize sa chip aron makab-ot ang katukma sa pagsukod. Hunahunaa ang mga hilisgutan sa may kalabutan nga kasayuran kung imong pilion ang chip.

May Kalabutan nga Impormasyon

Ideyality Factor (η-Factor) Mismatch

Error sa Pagsukol sa Serye
Pagbag-o sa Temperatura Diode Beta
Differential nga Input Capacitor
Offset nga Kompensasyon

Ideyality Factor (η-Factor) Mismatch

Kung gihimo nimo ang pagsukod sa temperatura sa junction pinaagi sa paggamit sa usa ka eksternal nga temperatura diode, ang katukma sa pagsukod sa temperatura nagdepende sa mga kinaiya sa eksternal nga diode. Ang ideality factor kay usa ka parameter sa usa ka remote diode nga nagsukod sa deviation sa diode gikan sa ideal behavior niini.
Kasagaran makit-an nimo ang hinungdan nga ideya sa data sheet gikan sa tiggama sa diode. Ang lainlaing mga diode sa temperatura sa gawas naghatag kanimo lainlaing mga kantidad tungod sa lainlaing disenyo ug mga teknolohiya sa proseso nga ilang gigamit.
Ang mismatch sa ideal mahimong hinungdan sa usa ka mahinungdanong sayop sa pagsukod sa temperatura. Aron malikayan ang mahinungdanong kasaypanan, girekomenda sa Intel nga mopili ka og temperature sensing chip nga adunay feature nga ma-configure nga ideality factor. Mahimo nimong usbon ang bili sa ideality factor sa chip aron mawagtang ang mismatch error.

Exampug 1. Kontribusyon sa Ideality Factor sa Sayop sa Pagsukod sa Temperatura

Kini nga exampGipakita sa le kung giunsa ang hinungdan sa pagkamaayo nga hinungdan sa sayup sa pagsukod sa temperatura. Sa example, ang kalkulasyon nagpakita sa ideality mismatch hinungdan sa usa ka mahinungdanon nga temperatura pagsukod sayop.

Equation 4. Ideality Factor Relasyon sa Gisukod nga Temperatura

diin:

ηTSC—ideality factor sa temperature sensing chip
TTSC—temperatura nga gibasa sa temperature sensing chip
ηRTD—ideality factor sa remote temperature diode
TRTD—temperatura sa hilit nga temperatura diode

Ang mosunud nga mga lakang nagbanabana sa pagsukod sa temperatura (TTSC) pinaagi sa chip sa sensor sa temperatura, gihatagan ang mga musunod nga kantidad:

Ang ideality factor sa temperature sensor (ηTSC) kay 1.005
Ang kamahinungdanon nga hinungdan sa hilit nga temperatura diode (ηRTD) mao ang 1.03
Ang aktuwal nga temperatura sa remote temperature diode (TRTD) kay 80°C

I-convert ang TRTD sa 80°C ngadto sa Kelvin: 80 + 273.15 = 353.15 K.
Ibutang ang Equation 4. Ang kalkulado nga temperatura pinaagi sa temperature sensing chip mao ang 1.005 × 353.15 = 344.57 K.TTSC = 1.03

I-convert ang kalkulado nga bili ngadto sa Celsius: TTSC = 344.57 K – 273.15 K = 71.43°C Ang temperature error (TE) tungod sa ideality mismatch:
TE = 71.43°C – 80.0°C = –8.57°C

Error sa Pagsukol sa Serye

Ang serye nga pagsukol sa P ug N nga mga pin nakatampo sa sayup sa pagsukod sa temperatura.

Ang serye nga pagsukol mahimong gikan sa:

Ang internal nga pagsukol sa P ug N pin sa temperatura diode.
Ang board nagsubay sa resistensya, alang sa example, usa ka taas nga pagsubay sa tabla.

Ang serye nga pagsukol hinungdan sa dugang nga voltage sa paghulog sa temperatura sensing dalan ug moresulta sa pagsukod sayop, makaapekto sa tukma sa temperatura sukod. Kasagaran, kini nga kahimtang mahitabo kung imong gihimo ang pagsukod sa temperatura gamit ang usa ka 2-kasamtang temperatura nga pag-sensing chip.

Hulagway 3. Internal ug On-Board Series ResistanceAron ipatin-aw ang kasaypanan sa temperatura nga nahiaguman sa dihang ang serye nga pagsukol mosaka, ang pipila ka tighimo sa temperature sensing chip naghatag sa datos alang sa remote diode temperature error batok sa resistensya.
Bisan pa, mahimo nimong wagtangon ang sayup nga pagsukol sa serye. Ang pipila ka chip sa temperature sensing adunay built-in nga series resistance cancellation feature. Ang bahin sa pagkansela sa serye sa pagsukol makawagtang sa pagsukol sa serye gikan sa usa ka sakup nga pila ka gatos Ω hangtod sa usa ka sakup nga sobra sa pipila ka libo Ω.
Girekomenda sa Intel nga imong tagdon ang bahin sa pagkansela sa resistensya sa serye kung imong pilion ang chip sa pag-sensing sa temperatura. Awtomatikong giwagtang sa feature ang kasaypanan sa temperatura tungod sa pagsukol sa routing sa hilit nga transistor.

Pagbag-o sa Temperatura Diode Beta

Samtang nagkagamay ang mga geometries sa teknolohiya sa proseso, ang Beta(β) nga kantidad sa substrate sa PNP o NPN mikunhod.
Samtang ang temperatura sa diode Beta nga kantidad nagkagamay, labi na kung ang temperatura diode collector gihigot sa yuta, ang Beta nga kantidad makaapekto sa kasamtangan nga ratio sa Equation 3 sa panid 5. Busa, ang pagmintinar sa tukma nga kasamtangan nga ratio mahinungdanon.
Ang pipila ka mga chip sa pag-sensing sa temperatura adunay built-in nga bahin sa kompensasyon sa Beta. Ang Beta variation sa circuitry nakamatikod sa base nga kasamtangan ug nag-adjust sa emitter nga kasamtangan aron mabayran ang kausaban. Ang kompensasyon sa Beta nagmintinar sa kasamtangang ratio sa kolektor.

Hulagway 4. Intel Stratix 10 Core Fabric Temperature Diode nga adunay Maxim Integrated*'s MAX31730 Beta Compensation Enabled
Gipakita sa kini nga numero nga ang katukma sa pagsukod nakab-ot nga gipaandar ang bayad sa Beta. Ang mga sukod gikuha sa panahon sa FPGA power down nga kondisyon-ang set ug gisukod nga temperatura gilauman nga duol na.

	0˚C	50˚C	100˚C
Beta nga Kompensasyon Wala	25.0625˚C	70.1875˚C	116.5625˚C
Gi-on ang Kompensasyon sa Beta	-0.6875˚C	49.4375˚C	101.875˚C

Differential nga Input Capacitor

Ang kapasitor (CF) sa P ug N nga mga pin naglihok sama sa usa ka low-pass filter nga makatabang sa pagsala sa taas nga frequency nga kasaba ug pagpaayo sa electromagnetic interference (EMI).
Kinahanglan ka nga mag-amping sa panahon sa pagpili sa kapasitor tungod kay ang dako nga kapasidad mahimong makaapekto sa pagtaas sa oras sa gibalhin nga gigikanan nga gigikanan ug pagpaila sa usa ka dako nga sayup sa pagsukod. Kasagaran, ang taghimo sa temperature sensing chip naghatag sa girekomendar nga capacitance value sa ilang data sheet. Tan-awa ang mga giya sa disenyo o rekomendasyon sa tiggama sa kapasitor sa dili ka pa modesisyon sa kantidad sa kapasidad.

Hulagway 5. Nagkalainlain nga Kapasidad sa Input

Offset nga Kompensasyon

Ang daghang mga hinungdan mahimong dungan nga makatampo sa sayup sa pagsukod. Usahay, ang pagpadapat sa usa ka paagi sa kompensasyon mahimong dili hingpit nga masulbad ang isyu. Ang laing paagi aron masulbad ang sayup sa pagsukod mao ang pagpadapat sa bayad sa offset.

Mubo nga sulat: Girekomenda sa Intel nga mogamit ka usa ka chip sa pag-ila sa temperatura nga adunay bayad nga gi-offset. Kung ang temperature sensing chip dili mosuporta sa feature, mahimo nimong i-apply ang offset compensation atol sa pagproseso sa post pinaagi sa custom logic o software.
Ang kompensasyon sa offset nagbag-o sa kantidad sa pagrehistro sa offset gikan sa chip sa pag-ila sa temperatura aron mawagtang ang nakalkula nga sayup. Aron magamit kini nga bahin, kinahanglan nimo nga himuon ang usa ka pro sa temperaturafile pagtuon ug pag-ila sa offset nga bili nga gamiton.

Kinahanglan nimong kolektahon ang mga pagsukod sa temperatura sa gitinguha nga range sa temperatura nga adunay mga default nga setting sa chip sa pag-sensing sa temperatura. Pagkahuman, paghimo sa pagtuki sa datos sama sa mosunod nga example aron mahibal-an ang offset nga kantidad nga magamit. Girekomenda sa Intel nga imong sulayan ang daghang mga chip sa pag-sensing sa temperatura nga adunay daghang mga hilit nga diode sa temperatura aron masiguro nga imong matabonan ang mga pagbag-o nga bahin-sa-bahin. Dayon, gamita ang average nga pagsukod sa pagtuki aron matino ang mga setting nga magamit.
Mahimo nimong pilion ang mga punto sa temperatura aron sulayan base sa kahimtang sa operasyon sa imong sistema.

Equation 5. Offset Factor

Exampug 2. Aplikasyon sa Offset CompensationNiini nga example, usa ka hugpong sa mga pagsukod sa temperatura ang nakolekta nga adunay tulo ka mga punto sa temperatura. Ibutang ang Equation 5 sa mga value ug kuwentaha ang offset factor.

Talaan 1. Data nga Nakolekta Sa Dili pa Mag-apply sa Offset Compensation

Ibutang ang Temperatura		Gisukod nga Temperatura
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

Gamita ang tunga nga punto sa range sa temperatura aron makalkulo ang offset nga temperatura. Niining example, ang tunga nga punto mao ang 50°C set nga temperatura.
I-offset ang temperatura

= Offset factor × ( Gisukod nga temperatura−Itakda ang temperatura )
= 0.9975 × (334.53 − 323.15)

= 11.35

Ibutang ang offset nga kantidad sa temperatura ug uban pang mga hinungdan sa kompensasyon, kung gikinahanglan, sa chip sa pag-sensing sa temperatura ug ibalik ang pagsukod.

Talaan 2. Data nga Nakolekta Human sa Pag-aplay sa Offset Compensation

Ibutang ang Temperatura	Gisukod nga Temperatura	Sayop
100°C	101.06°C	1.06°C
50°C	50.13°C	0.13°C
0°C	0.25°C	0.25°C

May Kalabutan nga Impormasyon
Resulta sa Ebalwasyon
Naghatag ug review sa mga resulta sa ebalwasyon sa offset compensation nga pamaagi sa Maxim Integrated* ug Texas Instruments* temperature sensing chips.

Resulta sa Ebalwasyon

Sa ebalwasyon, ang Maxim Integrated*'s MAX31730 ug Texas Instruments*'s TMP468 evaluation kits giusab aron makig-interface sa mga remote temperature diode sa daghang bloke sa Intel FPGA.

Talaan 3. Gi-evaluate nga mga Block ug Board Models

Block	Temperature Sensing Chip Evaluation Board
Block	TMP468 sa Texas Instruments	Maxim Integrate d's MAX31730
Intel Stratix 10 core nga panapton	Oo	Oo
H-tile o L-tile	Oo	Oo
E-tile	Oo	Oo
P-tile	Oo	Oo

Ang mosunod nga mga numero nagpakita sa setup sa Intel FPGA board uban sa Maxim Integrated ug Texas Instruments evaluation boards.

Hulagway 6. Pag-setup sa Maxim Integrate d's MAX31730 Evaluation Board

Hulagway 7. Pag-setup sa Texas Instruments' TMP468 Evaluation Board

Ang usa ka thermal forcer-o alternatibo, mahimo nimong gamiton ang usa ka temperatura nga lawak-gitabonan ug gitakpan ang FPGA ug gipugos ang temperatura sumala sa gitakda nga temperatura nga punto.
Atol niini nga pagsulay, ang FPGA nagpabilin sa wala'y gahum nga kondisyon aron malikayan kini gikan sa pagpainit.
Ang oras sa paghumol alang sa matag punto sa pagsulay sa temperatura 30 minuto.

Ang mga setting sa evaluation kits migamit sa default settings gikan sa mga tiggama.
Human sa setup, ang mga lakang sa Offset Compensation sa pahina 10 gisunod alang sa pagkolekta ug pagtuki sa datos.

Ebalwasyon uban sa Maxim Integrated MAX31730 Temperature Sensing Chip Evaluation Board

Kini nga ebalwasyon gihimo uban ang mga lakang sa pag-setup sama sa gihulagway sa Offset Compensation.
Ang datos gikolekta sa wala pa ug pagkahuman sa pag-apply sa offset nga bayad. Lainlaing offset nga temperatura ang gigamit sa lain-laing Intel FPGA blocks tungod kay ang usa ka offset value dili magamit sa tanang block. Ang mosunod nga mga numero nagpakita sa mga resulta.

Figure 8. Data alang sa Intel Stratix 10 Core Fabric

Figure 9. Data alang sa Intel FPGA H-Tile ug L-Tile

Figure 10. Data alang sa Intel FPGA E-Tile

Figure 11. Data alang sa Intel FPGA P-Tile

Ebalwasyon kauban ang Texas Instruments's TMP468 Temperature Sensing Chip Evaluation Board

Figure 12. Data alang sa Intel Stratix 10 Core Fabric

Figure 13. Data alang sa Intel FPGA H-Tile ug L-Tile

Figure 14. Data alang sa Intel FPGA E-Tile

Figure 15. Data alang sa Intel FPGA P-Tile

Panapos

Adunay daghan nga lain-laing mga temperatura sensing chip manufacturers. Atol sa pagpili sa component, ang Intel kusganong nagrekomendar nga imong pilion ang temperature sensing chip nga adunay mosunod nga mga konsiderasyon.

Pagpili og usa ka chip nga adunay ma-configurable nga feature sa ideality factor.
Pagpili usa ka chip nga adunay pagkansela sa pagsukol sa serye.
Pagpili usa ka chip nga nagsuporta sa kompensasyon sa Beta.

Pagpili og mga capacitor nga mohaum sa mga rekomendasyon sa tiggama sa chip.
Ibutang ang bisan unsang angay nga bayad pagkahuman sa paghimo sa usa ka temperatura nga profile pagtuon.

Base sa konsiderasyon sa pagpatuman ug mga resulta sa ebalwasyon, kinahanglan nimo nga i-optimize ang temperature sensing chip sa imong disenyo aron makab-ot ang katukma sa pagsukod.

Kasaysayan sa Pagbag-o sa Dokumento para sa AN 769: Giya sa Pagpatuman sa Intel FPGA Remote Temperature Sensing Diode

Bersyon sa Dokumento	Mga kausaban
2022.04.06	Gitul-id ang temperature sensing chip temperature kalkulasyon sa hilisgutan mahitungod sa ideality factor mismatch. Gitul-id ang pagkalkula sa temperatura sa offset example sa hilisgutan mahitungod sa offset bayad.
2021.02.09	Inisyal nga pagpagawas.

Intel Corporation. Tanang katungod gigahin. Ang Intel, ang logo sa Intel, ug uban pang mga marka sa Intel mao ang mga marka sa pamatigayon sa Intel Corporation o mga subsidiary niini. Gigarantiya sa Intel ang paghimo sa iyang mga produkto nga FPGA ug semiconductor sa kasamtangang mga espesipikasyon subay sa standard warranty sa Intel, apan adunay katungod sa paghimog mga pagbag-o sa bisan unsang produkto ug serbisyo bisan unsang orasa nga wala’y pahibalo. Ang Intel walay responsibilidad o tulubagon nga naggikan sa aplikasyon o paggamit sa bisan unsang impormasyon, produkto, o serbisyo nga gihulagway dinhi gawas sa dayag nga giuyonan sa pagsulat sa Intel. Gitambagan ang mga kostumer sa Intel nga makuha ang pinakabag-o nga bersyon sa mga detalye sa aparato sa dili pa magsalig sa bisan unsang gipatik nga kasayuran ug sa dili pa magbutang mga order alang sa mga produkto o serbisyo.
*Ang ubang mga ngalan ug mga tatak mahimong maangkon nga gipanag-iya sa uban.

ISO
9001:2015
Narehistro

Mga Dokumento / Mga Kapanguhaan

intel AN 769 FPGA Remote Temperature Sensing Diode [pdf] Giya sa Gumagamit
AN 769 FPGA Remote Temperature Sensing Diode, AN 769, FPGA Remote Temperature Sensing Diode, Remote Temperature Sensing Diode, Temperature Sensing Diode, Sensing Diode

Mga pakisayran

Manwal sa Gumagamit

intel AN 769 FPGA Remote Temperature Sensing Diode

Pasiuna