Intel AN 769 FPGA Remote Temperature Sensing Diode User Guide

La sistemo de monitorado de temperaturo Intel® FPGA ebligas al vi uzi triajn blatojn por kontroli la krucvojan temperaturon (TJ). Ĉi tiu ekstera temperatura monitora sistemo funkcias eĉ dum la Intel FPGA estas malŝaltita aŭ ne agordita. Tamen, estas pluraj aferoj, kiujn vi devas konsideri kiam vi desegnas la interfacon inter la ekstera peceto kaj la Intel FPGA fora temperatursensaj diodoj (TSD).
Kiam vi elektas temperatursentan blaton, vi kutime rigardus la temperaturprecizecon, kiun vi volas atingi. Tamen, kun la plej nova proceza teknologio kaj malsama fora TSD-dezajno, vi ankaŭ devas konsideri la enkonstruitajn funkciojn de la temperatura senta blato por plenumi viajn desegnajn precizecajn postulojn.

Komprenante la funkciadon de la Intel FPGA fora temperaturmezura sistemo, vi povas:

Malkovru oftajn problemojn kun temperatursensaj aplikoj.
Elektu la plej taŭgan temperatursentan blaton, kiu plenumas viajn aplikajn bezonojn, koston kaj projektan tempon.

Intel forte rekomendas, ke vi mezuru la sur-mortan temperaturon per lokaj TSDoj, kiujn Intel validigis. Intel ne povas validigi la precizecon de eksteraj temperatursensiloj sub diversaj sistemaj kondiĉoj. Se vi volas uzi la forajn TSDojn kun eksteraj temperatursensiloj, sekvu la gvidliniojn en ĉi tiu dokumento kaj validigu la precizecon de via temperaturmezura agordo.

Ĉi tiu aplika noto validas por fora TSD-efektivigo por la familio de aparatoj Intel Stratix® 10 FPGA.

Efektivigo Finisview

La ekstera temperaturo sentanta blato konektas al la Intel FPGA fora TSD. La fora TSD estas PNP aŭ NPN diod-ligita transistoro.

Figuro 1. Konekto Inter Temperatura Senta Peceto kaj Intel FPGA Remote TSD (NPN Diodo)

Figuro 2. Konekto Inter Temperura Sensanta Peceto kaj Intel FPGA Remote TSD (PNP Diodo)

La sekva ekvacio formas la temperaturon de transistoro rilate al la baz-elsendilo voltage (VBE).

Ekvacio 1. Relationship Between Temperaturo de Transistoro al Base-Emitter Voltage (VBE)Kie:
- T — Temperaturo en Kelvino
- q - la elektrona ŝargo (1.60 × 10−19 C)
- VBE - baz-elsendilo voltage
- k—Boltzmann-konstanto (1.38 × 10−23 J∙K−1)
- IC—la kolektanta kurento
- IS—la inversa saturiĝa fluo
- η—la idealecfaktoro de la fora diodo
  Reordigante ekvacion 1, vi ricevas la sekvan ekvacion.

Ekvacio 2. VBE
Tipe, la temperaturo sentanta blato devigas du sinsekvajn bone kontrolitajn fluojn, I1 kaj I2 sur la P kaj N-stiftoj. La blato tiam mezuras kaj averaĝas la ŝanĝon de la VBE de la diodo. La delto en VBE estas rekte proporcia al la temperaturo, kiel montrite en Ekvacio 3.
Ekvacio 3. Delta en VBEKie:
- n—malvola kurenta rilatumo
- VBE1 - baz-elsendilo voltage ĉe I1
- VBE2 - baz-elsendilo voltage ĉe I2

Konsidero pri Efektivigo

Elekti la temperaturan sentantan blaton kun la taŭgaj funkcioj permesas vin optimumigi la blaton por atingi mezuran precizecon. Konsideru la temojn en la rilataj informoj kiam vi elektas la blaton.

Rilataj Informoj

Idealeco-Faktoro (η-Faktoro) Miskongruo
Serio Rezisto Eraro
Temperaturo Diodo Beta Variado
Diferenciala Eniga Kondensilo
Kompensa Kompenso

Idealeco-Faktoro (η-Faktoro) Miskongruo

Kiam vi faras kuniĝan temperaturon per uzado de ekstera temperaturdiodo, la precizeco de la temperaturmezurado dependas de la karakterizaĵoj de la ekstera diodo. La idealecfaktoro estas parametro de fora diodo kiu mezuras la devion de la diodo de sia ideala konduto.
Vi kutime povas trovi la idealecfaktoron en la datumfolio de la diodoproduktanto. Malsamaj eksteraj temperaturdiodoj donas al vi malsamajn valorojn pro la malsamaj dezajno kaj procesteknologioj kiujn ili uzas.
Idealeca miskongruo povas kaŭzi signifan temperaturmezuran eraron. Por eviti la gravan eraron, Intel rekomendas, ke vi elektu temperaturan sentan blaton, kiu havas agordeblan idealecfaktoron. Vi povas ŝanĝi la idealecfaktorvaloron en la blato por forigi la eraron de miskongruo.

Example 1. Idealeca Faktoro Kontribuo al Temperaturo-Mezura Eraro

Ĉi tiu ekzample montras kiel idealecfaktoro kontribuas al la temperaturmezureraro. En la eksample, la kalkulo montras la idealan miskongruon kaŭzantan signifan temperaturmezuran eraron.

Ekvacio 4. Idealeca Faktoro Rilato al Mezurita Temperaturo

Kie:

ηTSC - idealeca faktoro de la temperaturo sentanta blato
TTSC - temperaturo legita per la temperaturo sentanta blato
ηRTD - idealefaktoro de la fora temperaturdiodo
TRTD - temperaturo ĉe la fora temperaturdiodo

La sekvaj ŝtupoj taksas temperaturmezuradon (TTSC) per la temperatursensa blato, surbaze de la sekvaj valoroj:

Idealecfaktoro de la temperatursensilo (ηTSC) estas 1.005
Idealecfaktoro de la fora temperaturdiodo (ηRTD) estas 1.03
Fakta temperaturo ĉe la fora temperaturdiodo (TRTD) estas 80 °C

Konvertu la TRTD de 80°C al Kelvino: 80 + 273.15 = 353.15 K.
Apliki ekvacion 4. La kalkulita temperaturo per la temperaturo sentanta blato estas 1.005 × 353.15 = 344.57 K.TTSC = 1.03

Konvertu la kalkulitan valoron al Celsius: TTSC = 344.57 K – 273.15 K = 71.43 °C La temperatureraro (TE) kaŭzita de la ideala miskongruo:
TE = 71.43°C – 80.0°C = –8.57°C

Serio Rezisto Eraro

La seriorezisto sur la P kaj N-stiftoj kontribuas al temperaturmezureraro.

La seriorezisto povas esti de:

La interna rezisto de la P kaj N-stifto de la temperaturdiodo.
La tabulo spuro rezisto, ekzample, longa tabulspuro.

La seriorezisto kaŭzas kroman voltage fali ĉe la temperaturo sentanta vojon kaj rezultigas mezuran eraron, influante la precizecon de la temperaturmezurado. Tipe, ĉi tiu situacio okazas kiam vi faras temperaturmezuradon per 2-nuna temperatursensa blato.

Figuro 3. Interna kaj Surborda SeriorezistoPor klarigi la temperatureraron altiritan kiam la seriorezisto pliiĝas, iu temperaturo sentanta blatproduktanto disponigas la datenojn por la fora dioda temperatureraro kontraŭ la rezisto.
Tamen, vi povas forigi la serio-rezistan eraron. Iu temperaturo sentanta blato havas enkonstruitan serio-rezistan nuligan funkcion. La seriorezista nuligo-trajto povas elimini la serioreziston de gamo de kelkaj cent Ω ĝis gamo superanta kelkajn mil Ω.
Intel rekomendas, ke vi konsideru la serio-rezistan nuligan funkcion kiam vi elektas la temperaturan sentan blaton. La funkcio aŭtomate forigas la temperatureraron kaŭzitan de la rezisto de la vojigo al la fora transistoro.

Temperaturo Diodo Beta Variado

Ĉar procezteknologiaj geometrioj iĝas pli malgrandaj, la Beta (β) valoro de la PNP aŭ NPN-substrato malpliiĝas.
Ĉar la temperaturdiodo Beta-valoro iĝas pli malalta, precipe se la temperaturdiodkolektilo estas ligita al la grundo, la Beta-valoro influas la nunan rilatumon sur Ekvacio 3 sur paĝo 5. Tial, konservi precizan kurentproporcion estas decida.
Iuj temperaturaj sentantaj blatoj havas enkonstruitan Beta-kompensan funkcion. La Beta-vario de la cirkulado sentas la bazfluon kaj alĝustigas la emisorfluon por kompensi la varion. La Beta-kompenso konservas la kolektan nunan rilatumon.

Figuro 4. Intel Stratix 10 Kerna Ŝtofa Temperatura Diodo kun Maxim Integrated*'s MAX31730 Beta Kompenso Ebligita
Ĉi tiu figuro montras, ke la mezura precizeco estas atingita kun Beta-kompenso ebligita. La mezuradoj estis faritaj dum FPGA-malŝalta kondiĉo - la fiksitaj kaj mezuritaj temperaturoj estas atenditaj esti proksimaj.

	0˚C	50˚C	100˚C
Beta Kompenso Malŝaltita	25.0625˚C	70.1875˚C	116.5625˚C
Beta Kompenso On	-0.6875˚C	49.4375˚C	101.875˚C

Diferenciala Eniga Kondensilo

La kondensilo (CF) sur P kaj N pingloj agas kiel malaltpasa filtrilo, kiu helpas filtri la altfrekvencan bruon kaj plibonigi la elektromagnetan interferon (EMI).
Vi devas esti singarda dum la elekto de kondensilo ĉar la granda kapacitanco povas influi la pliiĝon de la ŝaltita nuna fonto kaj enkonduki grandegan mezuran eraron. Tipe, la temperaturo sentanta pecetproduktanto disponigas la rekomenditan kapacitan valoron en sia datenfolio. Raportu la desegnajn gvidliniojn aŭ rekomendon de la fabrikanto de kondensiloj antaŭ ol vi decidas la kapacitan valoron.

Figuro 5. Diferenciga Eniga Kapacitanco

Kompensa Kompenso

Multoblaj faktoroj povas samtempe kontribui al la mezuraro. Iam, aplikante ununuran kompensan metodon eble ne plene solvas la problemon. Alia metodo por solvi la mezuran eraron estas apliki ofsetan kompenson.

Notu: Intel rekomendas, ke vi uzu temperaturan sentan blaton kun enkonstruita kompenso de kompenso. Se la temperatura senta blato ne subtenas la funkcion, vi povas apliki ofsetan kompenson dum posttraktado per kutima logiko aŭ programaro.
Ofsetokompenso ŝanĝas la ofsetan registrovaloron de la temperatursenta blato por elimini la kalkulitan eraron. Por uzi ĉi tiun funkcion, vi devas plenumi temperaturprofesiulonfile studi kaj identigi la ofsetan valoron por apliki.

Vi devas kolekti temperaturmezurojn tra la dezirata temperaturintervalo kun la defaŭltaj agordoj de la temperatursensa blato. Poste, faru datuman analizon kiel en la sekva ekzample por determini la ofsetan valoron por apliki. Intel rekomendas, ke vi provu plurajn temperatursensajn blatojn per pluraj malproksimaj temperaturdiodoj por certigi, ke vi kovras la part-al-partajn variojn. Poste, uzu la mezurojn averaĝan en la analizo por determini la agordojn por apliki.
Vi povas elekti la temperaturpunktojn por testi laŭ via sistema funkcia kondiĉo.

Ekvacio 5. Ofseto-Faktoro

Example 2. Apliko de Kompensa KompensoEn ĉi tiu ekzample, aro da temperaturmezurado estis kolektita kun tri temperaturpunktoj. Apliku la ekvacion 5 al la valoroj kaj kalkulu la kompensan faktoron.

Tabelo 1. Datumoj Kolektitaj Antaŭ Apliki Ofsetan Kompenson

Fiksita Temperaturo		Mezurita Temperaturo
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

Uzu la mezan punkton de la temperatura gamo por kalkuli la ofsetan temperaturon. En ĉi tiu ekzample, la meza punkto estas la fiksita temperaturo de 50°C.
Ofsettemperaturo

= Offset-faktoro × (Mezurita temperaturo−Agordita temperaturo )
= 0.9975 × (334.53 − 323.15)
= 11.35

Apliku la ofsetan temperaturvaloron kaj aliajn kompensajn faktorojn, se necese, en la temperatursentan blaton kaj reprenu la mezuradon.

Tabelo 2. Datumoj Kolektitaj Post Aplikado de Offset Kompenso

Fiksita Temperaturo	Mezurita Temperaturo	Eraro
100°C	101.06°C	1.06°C
50°C	50.13°C	0.13°C
0°C	0.25°C	0.25°C

Rilataj Informoj
Taksaj Rezultoj
Provizas review de la taksadrezultoj de kompensa metodo kun Maxim Integrated* kaj Texas Instruments* temperatursensantaj blatoj.

Taksaj Rezultoj

En la taksado, la MAX31730 de Maxim Integrated* kaj la taksadaj ilaroj TMP468 de Texas Instruments* estis modifitaj por interagadi kun la foraj temperaturdiodoj de pluraj blokoj en la Intel FPGA.

Tabelo 3. Taksitaj Blokoj kaj Estraro-Modeloj

Bloko	Temperaturo Sensanta Blato Evaluation Board
Bloko	TMP468 de Texas Instruments	Maxim Integrate d's MAX31730
Intel Stratix 10 kerna ŝtofo	Jes	Jes
H-kahelo aŭ L-kahelo	Jes	Jes
E-kahelo	Jes	Jes
P-kahelo	Jes	Jes

La sekvaj figuroj montras la aranĝon de la Intel FPGA-tabulo kun la taksaj tabuloj de Maxim Integrated kaj Texas Instruments.

Figuro 6. Agordu kun la Takso-Estraro MAX31730 de Maxim Integrate d

Figuro 7. Aranĝu kun la TMP468-Taksada Estraro de Texas Instruments

Termika forto - aŭ alternative, vi povas uzi temperaturĉambron - kovris kaj sigelis la FPGA kaj devigis la temperaturon laŭ la fiksita temperaturpunkto.
Dum ĉi tiu testo, la FPGA restis en nefunkciigita kondiĉo por eviti ĝin generi varmecon.
La trempa tempo por ĉiu temperaturtestpunkto estis 30 minutoj.
La agordoj sur la taksadkompletoj uzis la defaŭltajn agordojn de la fabrikantoj.
Post la aranĝo, paŝoj en Offset Kompenso sur paĝo 10 estis sekvitaj por datumkolektado kaj analizo.

Taksado kun Maxim Integrated's MAX31730 Temperatura Senta Peceta Taksada Tabulo

Ĉi tiu taksado estis farita kun aranĝaj paŝoj kiel priskribite en Offset Compensation .
La datumoj estis kolektitaj antaŭ kaj post apliki la kompensan kompenson. Malsama ofsettemperaturo estis aplikita al malsamaj Intel FPGA-blokoj ĉar ununura ofsetvaloro ne povas esti aplikita sur ĉiuj blokoj. La sekvaj figuroj montras la rezultojn.

Figuro 8. Datumoj por Intel Stratix 10 Core Fabric

Figuro 9. Datumoj por Intel FPGA H-Tile kaj L-Tile

Figuro 10. Datumoj por Intel FPGA E-Tile

Figuro 11. Datumoj por Intel FPGA P-Tile

Taksado kun TMP468 Temperature Sensing Chip Evaluation Board de Texas Instruments

Figuro 12. Datumoj por Intel Stratix 10 Core Fabric

Figuro 13. Datumoj por Intel FPGA H-Tile kaj L-Tile

Figuro 14. Datumoj por Intel FPGA E-Tile

Figuro 15. Datumoj por Intel FPGA P-Tile

Konkludo

Estas multaj malsamaj fabrikantoj de blatoj pri sentado de temperaturo. Dum elekto de komponantoj, Intel forte rekomendas, ke vi elektu la temperaturan sentan blaton kun la sekvaj konsideroj.

Elektu blaton kun agordebla ideala faktoro.
Elektu blaton, kiu havas nuligon de serio-rezisto.
Elektu blaton kiu subtenas Beta-kompenson.
Elektu kondensiloj kiuj kongruas kun la rekomendoj de la fabrikanto de blatoj.
Apliki ajnan taŭgan kompenson post plenumado de temperaturprofesiulofile studi.

Surbaze de la efektiviga konsidero kaj taksado-rezultoj, vi devas optimumigi la temperatursentan blaton en via dezajno por atingi mezuran precizecon.

Dokumenta Revizia Historio por AN 769: Intel FPGA Remote Temperature Sensing Diode Implementation Guide

Dokumenta Versio	Ŝanĝoj
2022.04.06	Korektis la temperatursentan pecettemperaturkalkulon en la temo pri idealecfaktora miskongruo. Korektis la kompensan temperaturkalkulon ekzample en la temo pri kompensa kompenso.
2021.02.09	Komenca eldono.

Intel Corporation. Ĉiuj rajtoj rezervitaj. Intel, la Intel-emblemo kaj aliaj Intel-markoj estas varmarkoj de Intel Corporation aŭ ĝiaj filioj. Intel garantias agadon de siaj FPGA kaj duonkonduktaĵoj laŭ nunaj specifoj konforme al la norma garantio de Intel, sed rezervas la rajton fari ŝanĝojn al ajnaj produktoj kaj servoj iam ajn sen avizo. Intel supozas neniun respondecon aŭ respondecon de la apliko aŭ uzo de ajna informo, produkto aŭ servo priskribita ĉi tie krom kiel eksplicite konsentite skribe de Intel. Intel-klientoj estas konsilitaj akiri la lastan version de aparato-specifoj antaŭ ol fidi je ajnaj publikigitaj informoj kaj antaŭ ol fari mendojn por produktoj aŭ servoj.
*Aliaj nomoj kaj markoj povas esti postulataj kiel posedaĵo de aliaj.

ISO
9001:2015
Registrita

Dokumentoj/Rimedoj

Intel AN 769 FPGA Remote Temperature Sensing Diode [pdf] Uzantogvidilo
AN 769 FPGA Remote Temperature Sensing Diode, AN 769, FPGA Remote Temperature Sensing Diode, Remote Temperature Sensing Diode, Temperature Sensing Diode, Sensing Diode

Referencoj

Uzanto Manlibro

Intel AN 769 FPGA Remote Temperature Sensing Diode

Enkonduko