intel AN 769 FPGA Remote Penginderaan Suhu Diode
Perkenalan
Dalam aplikasi elektronik modern, terutama aplikasi yang memerlukan kontrol suhu kritis, pengukuran suhu pada chip sangat penting.
Sistem kinerja tinggi mengandalkan pengukuran suhu yang akurat untuk lingkungan dalam dan luar ruangan.
- Mengoptimalkan kinerja
- Pastikan pengoperasian yang andal
- Mencegah kerusakan komponen
Sistem pemantauan suhu Intel® FPGA memungkinkan Anda menggunakan chip pihak ketiga untuk memantau suhu sambungan (TJ). Sistem pemantauan suhu eksternal ini berfungsi bahkan saat Intel FPGA dimatikan atau tidak dikonfigurasi. Namun, ada beberapa hal yang harus Anda pertimbangkan saat mendesain antarmuka antara chip eksternal dan dioda penginderaan suhu jarak jauh (TSD) Intel FPGA.
Saat Anda memilih chip penginderaan suhu, Anda biasanya akan melihat akurasi suhu yang ingin Anda capai. Namun, dengan teknologi proses terbaru dan desain TSD jarak jauh yang berbeda, Anda juga harus mempertimbangkan fitur bawaan chip penginderaan suhu untuk memenuhi persyaratan akurasi desain Anda.
Dengan memahami cara kerja sistem pengukuran suhu jarak jauh Intel FPGA, Anda dapat:
- Temukan masalah umum dengan aplikasi sensor suhu.
- Pilih chip penginderaan suhu yang paling tepat yang memenuhi kebutuhan aplikasi, biaya, dan waktu desain Anda.
Intel sangat menganjurkan agar Anda mengukur suhu mati menggunakan TSD lokal, yang telah divalidasi oleh Intel. Intel tidak dapat memvalidasi keakuratan sensor suhu eksternal dalam berbagai kondisi sistem. Jika Anda ingin menggunakan TSD jarak jauh dengan sensor suhu eksternal, ikuti panduan dalam dokumen ini dan validasikan keakuratan pengaturan pengukuran suhu Anda.
Catatan aplikasi ini berlaku untuk implementasi TSD jarak jauh untuk keluarga perangkat Intel Stratix® 10 FPGA.
Implementasi Selesaiview
Chip penginderaan suhu eksternal terhubung ke TSD jarak jauh Intel FPGA. TSD jarak jauh adalah transistor yang terhubung dengan dioda PNP atau NPN.
- Gambar 1. Koneksi Antara Chip Penginderaan Suhu dan Intel FPGA Remote TSD (NPN Diode)
- Gambar 2. Koneksi Antara Chip Penginderaan Suhu dan Intel FPGA Remote TSD (PNP Diode)
Persamaan berikut membentuk suhu transistor dalam kaitannya dengan basis-emitor voltage (VBE).
- Persamaan 1. Hubungan Antara Temperatur Transistor Terhadap Base-Emitter Voltage (VBE)
Di mana:
- T—Suhu dalam Kelvin
- q—muatan elektron (1.60 × 10−19 C)
- VBE—basis-emitor voltage
- k—konstanta Boltzmann (1.38 × 10−23 J∙K−1)
- IC—arus kolektor
- IS—arus saturasi terbalik
- η—faktor idealitas dioda jarak jauh
Mengatur ulang Persamaan 1, Anda mendapatkan persamaan berikut.
- Persamaan 2. VBE
Biasanya, chip penginderaan suhu memaksa dua arus yang dikontrol dengan baik berturut-turut, I1 dan I2 pada pin P dan N. Chip kemudian mengukur dan menghitung rata-rata perubahan VBE dioda. Delta di VBE berbanding lurus dengan suhu, seperti yang ditunjukkan pada Persamaan 3. - Persamaan 3. Delta di VBE
Di mana:
- n—rasio arus paksa
- VBE1—basis-emitor voltage di I1
- VBE2—basis-emitor voltage di I2
Pertimbangan Implementasi
Memilih chip penginderaan suhu dengan fitur yang sesuai memungkinkan Anda mengoptimalkan chip untuk mencapai akurasi pengukuran. Pertimbangkan topik dalam informasi terkait saat Anda memilih chip.
- Ketidakcocokan Faktor Idealitas (η-Factor).
- Kesalahan Perlawanan Seri
- Variasi Beta Dioda Temperatur
- Kapasitor Input Diferensial
- Kompensasi Offset
Ketidakcocokan Faktor Idealitas (η-Factor).
Saat Anda melakukan pengukuran suhu sambungan dengan menggunakan dioda suhu eksternal, keakuratan pengukuran suhu bergantung pada karakteristik dioda eksternal. Faktor idealitas adalah parameter dioda jarak jauh yang mengukur penyimpangan dioda dari perilaku idealnya.
Anda biasanya dapat menemukan faktor idealitas di lembar data dari produsen dioda. Dioda suhu eksternal yang berbeda memberi Anda nilai yang berbeda karena perbedaan desain dan teknologi proses yang mereka gunakan.
Ketidakcocokan ideal dapat menyebabkan kesalahan pengukuran suhu yang signifikan. Untuk menghindari kesalahan yang signifikan, Intel merekomendasikan agar Anda memilih chip penginderaan suhu yang menampilkan faktor idealitas yang dapat dikonfigurasi. Anda dapat mengubah nilai faktor idealitas dalam chip untuk menghilangkan kesalahan ketidakcocokan.
- Exampkelas 1. Kontribusi Faktor Idealitas terhadap Kesalahan Pengukuran Suhu
Mantan iniample menunjukkan bagaimana faktor idealitas berkontribusi terhadap kesalahan pengukuran suhu. Di eksample, perhitungan menunjukkan ketidaksesuaian idealitas yang menyebabkan kesalahan pengukuran suhu yang signifikan.
- Persamaan 4. Hubungan Faktor Idealitas dengan Suhu yang Diukur
Di mana:
- ηTSC—faktor idealitas chip penginderaan suhu
- TTSC—suhu dibaca oleh chip penginderaan suhu
- ηRTD—faktor idealitas dioda suhu jarak jauh
- TRTD—suhu pada dioda suhu jarak jauh
Langkah-langkah berikut memperkirakan pengukuran suhu (TTSC) oleh chip penginderaan suhu, dengan nilai berikut:
- Faktor idealitas sensor suhu (ηTSC) adalah 1.005
- Faktor ideal dioda suhu jarak jauh (ηRTD) adalah 1.03
- Temperatur sebenarnya pada remote temperature diode (TRTD) adalah 80°C
- Konversikan TRTD 80°C ke Kelvin: 80 + 273.15 = 353.15 K.
- Terapkan Persamaan 4. Suhu yang dihitung oleh chip sensor suhu adalah 1.005 × 353.15 = 344.57 K.TTSC = 1.03
- Ubah nilai yang dihitung menjadi Celcius: TTSC = 344.57 K – 273.15 K = 71.43°C Kesalahan suhu (TE) yang disebabkan oleh ketidaksesuaian idealitas:
TE = 71.43°C – 80.0°C = –8.57°C
Kesalahan Perlawanan Seri
Resistansi seri pada pin P dan N berkontribusi terhadap kesalahan pengukuran suhu.
Resistansi seri dapat dari:
- Resistansi internal pin P dan N dari dioda suhu.
- Resistansi jejak papan, misalnyaample, jejak papan panjang.
Resistansi seri menyebabkan vol tambahantage jatuh di jalur penginderaan suhu dan menghasilkan kesalahan pengukuran, mempengaruhi keakuratan pengukuran suhu. Biasanya, situasi ini terjadi saat Anda melakukan pengukuran suhu dengan chip sensor suhu 2 arus.
Gambar 3. Resistensi Seri Internal dan On-Board
Untuk menjelaskan kesalahan suhu yang terjadi ketika resistansi seri meningkat, beberapa pabrikan chip penginderaan suhu menyediakan data untuk kesalahan suhu dioda jarak jauh versus resistansi.
Namun, Anda dapat menghilangkan kesalahan resistansi seri. Beberapa chip penginderaan suhu memiliki fitur pembatalan resistensi seri bawaan. Fitur pembatalan resistansi seri dapat menghilangkan resistansi seri dari rentang beberapa ratus Ω hingga rentang yang melebihi beberapa ribu Ω.
Intel menyarankan agar Anda mempertimbangkan fitur pembatalan resistansi seri saat Anda memilih chip penginderaan suhu. Fitur ini secara otomatis menghilangkan kesalahan suhu yang disebabkan oleh resistansi perutean ke transistor jarak jauh.
Variasi Beta Dioda Temperatur
Ketika geometri teknologi proses semakin kecil, nilai Beta(β) dari substrat PNP atau NPN berkurang.
Karena nilai Beta dioda suhu semakin rendah, terutama jika kolektor dioda suhu diikat ke tanah, nilai Beta mempengaruhi rasio arus pada Persamaan 3 di halaman 5. Oleh karena itu, mempertahankan rasio arus yang akurat sangat penting.
Beberapa chip penginderaan suhu memiliki fitur kompensasi Beta bawaan. Variasi Beta dari sirkuit merasakan arus basis dan menyesuaikan arus emitor untuk mengkompensasi variasi. Kompensasi Beta mempertahankan rasio arus kolektor.
Gambar 4. Intel Stratix 10 Core Fabric Temperature Diode dengan Kompensasi MAX31730 Beta dari Maxim Integrated* Diaktifkan
Angka ini menunjukkan bahwa akurasi pengukuran dicapai dengan kompensasi Beta diaktifkan. Pengukuran dilakukan selama kondisi daya mati FPGA—suhu yang disetel dan diukur diharapkan mendekati.
| 0˚C | 50˚C | 100˚C | |
| Kompensasi Beta Mati | 25.0625˚C | 70.1875˚C | 116.5625˚C |
| Kompensasi Beta Aktif | -0.6875˚C | 49.4375˚C | 101.875˚C |
Kapasitor Input Diferensial
Kapasitor (CF) pada pin P dan N bertindak seperti filter low-pass yang membantu menyaring noise frekuensi tinggi dan meningkatkan interferensi elektromagnetik (EMI).
Anda harus berhati-hati selama pemilihan kapasitor karena kapasitansi yang besar dapat mempengaruhi waktu naik dari sumber arus yang diaktifkan dan menimbulkan kesalahan pengukuran yang sangat besar. Biasanya, pabrikan chip penginderaan suhu memberikan nilai kapasitansi yang direkomendasikan dalam lembar data mereka. Lihat pedoman desain atau rekomendasi pabrikan kapasitor sebelum Anda memutuskan nilai kapasitansi.
Gambar 5. Kapasitansi Input Diferensial
Kompensasi Offset
Beberapa faktor secara bersamaan dapat berkontribusi pada kesalahan pengukuran. Terkadang, menerapkan metode kompensasi tunggal mungkin tidak menyelesaikan masalah sepenuhnya. Metode lain untuk mengatasi kesalahan pengukuran adalah dengan menerapkan kompensasi offset.
Catatan: Intel menyarankan agar Anda menggunakan chip sensor suhu dengan kompensasi offset bawaan. Jika chip sensor suhu tidak mendukung fitur tersebut, Anda dapat menerapkan kompensasi offset selama pemrosesan pasca melalui logika atau perangkat lunak kustom.
Kompensasi offset mengubah nilai register offset dari chip penginderaan suhu untuk menghilangkan kesalahan yang dihitung. Untuk menggunakan fitur ini, Anda harus melakukan pemeriksaan suhufile mempelajari dan mengidentifikasi nilai offset yang akan diterapkan.
Anda harus mengumpulkan pengukuran suhu di seluruh rentang suhu yang diinginkan dengan pengaturan default chip sensor suhu. Selanjutnya, lakukan analisis data seperti contoh berikutample untuk menentukan nilai offset yang akan diterapkan. Intel menyarankan agar Anda menguji beberapa chip penginderaan suhu dengan beberapa dioda suhu jarak jauh untuk memastikan bahwa Anda mencakup variasi bagian-ke-bagian. Kemudian, gunakan rata-rata pengukuran dalam analisis untuk menentukan setelan yang akan diterapkan.
Anda dapat memilih titik suhu untuk diuji berdasarkan kondisi pengoperasian sistem Anda.
Persamaan 5. Faktor Offset
Examp2. Penerapan Kompensasi Offset Pada ex iniample, satu set pengukuran suhu dikumpulkan dengan tiga titik suhu. Terapkan Persamaan 5 ke nilai dan hitung faktor offset.
Tabel 1. Data yang Dikumpulkan Sebelum Menerapkan Kompensasi Offset
| Atur Suhu | Suhu Terukur | ||
| 100 derajat celcius | 373.15 ribu | 111.06 derajat celcius | 384.21 ribu |
| 50 derajat celcius | 323.15 ribu | 61.38 derajat celcius | 334.53 ribu |
| 0 derajat celcius | 273.15 ribu | 11.31 derajat celcius | 284.46 ribu |
Gunakan titik tengah kisaran suhu untuk menghitung suhu offset. Di mantan iniample, titik tengahnya adalah suhu yang disetel 50°C.
Suhu offset
- = Faktor offset × ( Suhu terukur−Atur suhu )
- = 0.9975 × (334.53 − 323.15)
- = 11.35
Terapkan nilai suhu offset dan faktor kompensasi lainnya, jika diperlukan, ke dalam chip penginderaan suhu dan ulangi pengukuran.
Tabel 2. Data yang Dikumpulkan Setelah Menerapkan Kompensasi Offset
| Atur Suhu | Suhu Terukur | Kesalahan |
| 100 derajat celcius | 101.06 derajat celcius | 1.06 derajat celcius |
| 50 derajat celcius | 50.13 derajat celcius | 0.13 derajat celcius |
| 0 derajat celcius | 0.25 derajat celcius | 0.25 derajat celcius |
Informasi Terkait
Hasil Evaluasi
Menyediakan review hasil evaluasi metode kompensasi offset dengan chip sensor suhu Maxim Integrated* dan Texas Instruments*.
Hasil Evaluasi
Dalam evaluasi, kit evaluasi MAX31730 dari Maxim Integrated* dan TMP468 dari Texas Instruments* dimodifikasi untuk berinteraksi dengan dioda suhu jarak jauh dari beberapa blok di Intel FPGA.
Tabel 3. Model Balok dan Papan yang Dievaluasi
| Memblokir | Badan Evaluasi Chip Penginderaan Suhu | |
| TMP468 dari Texas Instruments | MAX31730 dari Maxim Integrate d | |
| Kain inti Intel Stratix 10 | Ya | Ya |
| H-tile atau L-tile | Ya | Ya |
| E-ubin | Ya | Ya |
| P-ubin | Ya | Ya |
Gambar berikut menunjukkan pemasangan papan Intel FPGA dengan papan evaluasi Maxim Integrated dan Texas Instruments.
Gambar 6. Penyiapan dengan Papan Evaluasi MAX31730 dari Maxim Integrate d
Gambar 7. Penyiapan dengan Dewan Evaluasi TMP468 dari Texas Instruments
- Thermal forcer—atau alternatifnya, Anda dapat menggunakan ruang suhu—menutupi dan menyegel FPGA dan memaksa suhu sesuai titik suhu yang disetel.
- Selama pengujian ini, FPGA tetap dalam kondisi tidak bertenaga untuk menghindarinya menghasilkan panas.
- Waktu perendaman untuk setiap titik uji suhu adalah 30 menit.
- Setting pada evaluasi kit menggunakan setting default dari pabrikan.
- Setelah penyetelan, langkah-langkah dalam Kompensasi Offset pada halaman 10 diikuti untuk pengumpulan dan analisis data.
Evaluasi dengan Papan Evaluasi Chip Penginderaan Suhu MAX31730 dari Maxim Integrated
Evaluasi ini dilakukan dengan langkah-langkah penyetelan seperti yang dijelaskan dalam Kompensasi Offset.
Data dikumpulkan sebelum dan sesudah menerapkan kompensasi offset. Temperatur offset yang berbeda diterapkan pada blok Intel FPGA yang berbeda karena satu nilai offset tidak dapat diterapkan pada semua blok. Angka-angka berikut menunjukkan hasilnya.
Gambar 8. Data untuk Intel Stratix 10 Core Fabric
Gambar 9. Data untuk Intel FPGA H-Tile dan L-Tile
Gambar 10. Data untuk Intel FPGA E-Tile
Gambar 11. Data untuk Intel FPGA P-Tile
Evaluasi dengan Papan Evaluasi Chip Penginderaan Suhu TMP468 dari Texas Instruments
Evaluasi ini dilakukan dengan langkah-langkah penyetelan seperti yang dijelaskan dalam Kompensasi Offset.
Data dikumpulkan sebelum dan sesudah menerapkan kompensasi offset. Temperatur offset yang berbeda diterapkan pada blok Intel FPGA yang berbeda karena satu nilai offset tidak dapat diterapkan pada semua blok. Angka-angka berikut menunjukkan hasilnya.
Gambar 12. Data untuk Intel Stratix 10 Core Fabric
Gambar 13. Data untuk Intel FPGA H-Tile dan L-Tile
Gambar 14. Data untuk Intel FPGA E-Tile
Gambar 15. Data untuk Intel FPGA P-Tile
Kesimpulan
Ada banyak produsen chip penginderaan suhu yang berbeda. Selama pemilihan komponen, Intel sangat menganjurkan agar Anda memilih chip sensor suhu dengan pertimbangan berikut.
- Pilih chip dengan fitur faktor idealitas yang dapat dikonfigurasi.
- Pilih chip yang memiliki pembatalan resistansi seri.
- Pilih chip yang mendukung kompensasi Beta.
- Pilih kapasitor yang sesuai dengan rekomendasi produsen chip.
- Terapkan kompensasi yang sesuai setelah melakukan pemeriksaan suhufile belajar.
Berdasarkan pertimbangan implementasi dan hasil evaluasi, Anda harus mengoptimalkan chip penginderaan suhu dalam desain Anda untuk mencapai akurasi pengukuran.
Riwayat Revisi Dokumen untuk AN 769: Panduan Penerapan Dioda Penginderaan Suhu Jarak Jauh Intel FPGA
| Versi Dokumen | Perubahan |
| 2022.04.06 |
|
| 2021.02.09 | Rilis awal. |
Perusahaan Intel. Seluruh hak cipta. Intel, logo Intel, dan merek Intel lainnya adalah merek dagang dari Intel Corporation atau anak perusahaannya. Intel menjamin performa produk FPGA dan semikonduktornya sesuai spesifikasi saat ini sesuai dengan garansi standar Intel, tetapi berhak melakukan perubahan pada produk dan layanan apa pun kapan saja tanpa pemberitahuan. Intel tidak bertanggung jawab atau berkewajiban yang timbul dari aplikasi atau penggunaan informasi, produk, atau layanan apa pun yang dijelaskan di sini kecuali secara tegas disetujui secara tertulis oleh Intel. Pelanggan Intel disarankan untuk mendapatkan versi terbaru dari spesifikasi perangkat sebelum mengandalkan informasi yang dipublikasikan dan sebelum memesan produk atau layanan.
*Nama dan merek lain mungkin diklaim sebagai milik orang lain.
Bahasa Indonesia
9001:2015
Terdaftar
Dokumen / Sumber Daya
 |
intel AN 769 FPGA Remote Penginderaan Suhu Diode [Bahasa Indonesia:] Panduan Pengguna AN 769 FPGA Dioda Penginderaan Suhu Jarak Jauh, AN 769, Dioda Penginderaan Suhu Jarak Jauh FPGA, Dioda Penginderaan Suhu Jarak Jauh, Dioda Penginderaan Suhu, Dioda Penginderaan |
