intel AN 769 FPGA דיודת חישת טמפרטורה מרחוק

מָבוֹא

ביישומים אלקטרוניים מודרניים, במיוחד יישומים הדורשים בקרת טמפרטורה קריטית, מדידת טמפרטורה על-שבב היא קריטית.

מערכות ביצועים גבוהות מסתמכות על מדידות טמפרטורה מדויקות עבור סביבות פנימיות וחיצוניות.

• מטב את הביצועים
• להבטיח פעולה אמינה
• למנוע נזק לרכיבים

מערכת ניטור הטמפרטורה של Intel® FPGA מאפשרת לך להשתמש בשבבים של צד שלישי כדי לנטר את טמפרטורת הצומת (TJ). מערכת ניטור טמפרטורה חיצונית זו פועלת גם כאשר אינטל FPGA כבוי או לא מוגדר. עם זאת, ישנם מספר דברים שעליך לקחת בחשבון בעת ​​תכנון הממשק בין השבב החיצוני לבין דיודות חישת טמפרטורה מרחוק של Intel FPGA (TSDs).
כאשר אתה בוחר שבב חישת טמפרטורה, אתה בדרך כלל מסתכל על דיוק הטמפרטורה שאתה רוצה להשיג. עם זאת, עם טכנולוגיית התהליך העדכנית ביותר ועיצוב TSD מרוחק שונה, עליך לשקול גם את התכונות המובנות של שבב חישת הטמפרטורה כדי לעמוד בדרישות דיוק התכנון שלך.

על ידי הבנת פעולתה של מערכת מדידת הטמפרטורה מרחוק Intel FPGA, אתה יכול:

• גלה בעיות נפוצות ביישומי חישת טמפרטורה.
• בחר את שבב חישת הטמפרטורה המתאים ביותר העונה על צרכי היישום, העלות וזמן התכנון שלך.

אינטל ממליצה בחום למדוד את הטמפרטורה על התבנית באמצעות TSDs מקומיים, אשר אינטל אימתה. אינטל אינה יכולה לאמת את הדיוק של חיישני טמפרטורה חיצוניים בתנאי מערכת שונים. אם ברצונך להשתמש ב-TSD המרוחקים עם חיישני טמפרטורה חיצוניים, עקוב אחר ההנחיות במסמך זה ואמת את הדיוק של הגדרת מדידת הטמפרטורה שלך.

הערת יישום זו חלה על הטמעת TSD מרחוק עבור משפחת התקני Intel Stratix® 10 FPGA.

היישום הסתייםview

שבב חישת הטמפרטורה החיצוני מתחבר ל-TSD מרחוק Intel FPGA. ה-TSD המרוחק הוא טרנזיסטור המחובר לדיודה PNP או NPN.

• איור 1. חיבור בין שבב חישת טמפרטורה לבין Intel FPGA Remote TSD (דיודה NPN)
• איור 2. חיבור בין שבב חישת טמפרטורה לבין Intel FPGA Remote TSD (דיודה PNP)

המשוואה הבאה יוצרת את הטמפרטורה של טרנזיסטור ביחס לנפח פולט הבסיסtagה (VBE).

• משוואה 1. קשר בין טמפרטורת הטרנזיסטור לפליט הבסיס כרךtagה (VBE)אֵיפֹה:
  • T - טמפרטורה בקלווין
  • q - מטען האלקטרונים (1.60 × 10-19 C)
  • VBE — פולט בסיס כרךtage
  • k—קבוע בולצמן (1.38 × 10−23 J∙K−1)
  • IC - זרם האספן
  • IS - זרם הרוויה ההפוך
  • η - גורם האידיאליות של הדיודה המרוחקת
    ארגון מחדש של משוואה 1, אתה מקבל את המשוואה הבאה.

• משוואה 2. VBE
  בדרך כלל, שבב חישת הטמפרטורה מאלץ שני זרמים רצופים מבוקרים היטב, I1 ו-I2 על הפינים P ו-N. לאחר מכן, השבב מודד ומעמיד את הממוצע בשינוי ה-VBE של הדיודה. הדלתא ב-VBE עומדת ביחס ישר לטמפרטורה, כפי שמוצג במשוואה 3.
• משוואה 3. דלתא ב-VBEאֵיפֹה:
  • n-יחס זרם מאולץ
  • VBE1—פולט בסיס כרךtagה ב-I1
  • VBE2—פולט בסיס כרךtagה ב-I2

שיקול יישום

בחירת שבב חישת הטמפרטורה עם התכונות המתאימות מאפשרת לך לייעל את השבב כדי להשיג דיוק מדידה. שקול את הנושאים במידע הקשור בעת בחירת השבב.

מידע קשור

• גורם אידאליות (η-פקטור) אי התאמה
• שגיאת התנגדות סדרה
• וריאציה של דיודת טמפרטורה בטא
• קבל קלט דיפרנציאלי
• קיזוז פיצוי

גורם אידאליות (η-פקטור) אי התאמה

כאשר אתה מבצע מדידת טמפרטורת צומת באמצעות דיודת טמפרטורה חיצונית, הדיוק של מדידת הטמפרטורה תלוי במאפיינים של הדיודה החיצונית. גורם האידיאליות הוא פרמטר של דיודה מרוחקת המודד את הסטייה של הדיודה מהתנהגותה האידיאלית.
בדרך כלל אתה יכול למצוא את גורם האידיאליות בגיליון הנתונים של יצרן הדיודות. דיודות טמפרטורה חיצוניות שונות נותנות לך ערכים שונים בגלל טכנולוגיות העיצוב והתהליך השונות בהן הן משתמשות.
חוסר התאמה אידאליות יכול לגרום לשגיאת מדידת טמפרטורה משמעותית. כדי למנוע את השגיאה המשמעותית, אינטל ממליצה לבחור בשבב חישת טמפרטורה הכולל גורם אידאליות שניתן להגדרה. אתה יכול לשנות את ערך גורם האידיאליות בשבב כדי לבטל את שגיאת אי ההתאמה.

• Example 1. תרומת גורם האידיאליות לשגיאת מדידת טמפרטורה

האקסית הזוample מראה כיצד גורם האידיאליות תורם לשגיאת מדידת הטמפרטורה. באקסample, החישוב מראה את חוסר ההתאמה האידיאליות הגורם לשגיאת מדידת טמפרטורה משמעותית.

• משוואה 4. קשר גורם אידאלי לטמפרטורה מדודה

אֵיפֹה:

• ηTSC - גורם אידאליות של שבב חישת הטמפרטורה
• TTSC - טמפרטורה הנקראת על ידי שבב חישת הטמפרטורה
• ηRTD - גורם אידאליות של דיודת הטמפרטורה המרוחקת
• TRTD - טמפרטורה בדיודת הטמפרטורה המרוחקת

השלבים הבאים מעריכים את מדידת הטמפרטורה (TTSC) על ידי שבב חישת הטמפרטורה, בהינתן הערכים הבאים:

• גורם האידיאליות של חיישן הטמפרטורה (ηTSC) הוא 1.005
• גורם האידיאליות של דיודת הטמפרטורה המרוחקת (ηRTD) הוא 1.03
• הטמפרטורה בפועל בדיודת הטמפרטורה המרוחקת (TRTD) היא 80 מעלות צלזיוס

1. המר את ה-TRTD של 80°C לקלווין: 80 + 273.15 = 353.15 K.
2. החל משוואה 4. הטמפרטורה המחושבת על ידי שבב חישת הטמפרטורה היא 1.005 × 353.15 = 344.57 K.TTSC = 1.03
3. המר את הערך המחושב לצלזיוס: TTSC = 344.57 K – 273.15 K = 71.43°C שגיאת הטמפרטורה (TE) הנגרמת על ידי חוסר התאמה אידאליות:
   TE = 71.43°C – 80.0°C = –8.57°C

שגיאת התנגדות סדרה

ההתנגדות הסדרתית בפינים P ו-N תורמת לשגיאת מדידת טמפרטורה.

התנגדות הסדרה יכולה להיות מ:

• ההתנגדות הפנימית של פין P ו-N של דיודת הטמפרטורה.
• התנגדות הלוח, למשלample, עקבות לוח ארוך.

התנגדות הסדרה גורמת לנפח נוסףtage יורד בנתיב חישת הטמפרטורה וגורם לשגיאת מדידה, המשפיעה על הדיוק של מדידת הטמפרטורה. בדרך כלל, מצב זה קורה כאשר אתה מבצע מדידת טמפרטורה עם שבב חישת טמפרטורה בעל 2 זרמים.

איור 3. התנגדות סדרה פנימית ומשולבתכדי להסביר את שגיאת הטמפרטורה שנוצרת כאשר ההתנגדות בסדרה עולה, יצרן שבב חישת טמפרטורה כלשהו מספק את הנתונים עבור שגיאת הטמפרטורה של הדיודה המרוחקת לעומת ההתנגדות.
עם זאת, אתה יכול לבטל את שגיאת ההתנגדות בסדרה. שבב כלשהו של חישת טמפרטורה כולל תכונת ביטול התנגדות מובנית בסדרה. תכונת ביטול ההתנגדות בסדרה יכולה לבטל את ההתנגדות בסדרה מטווח של כמה מאות Ω לטווח העולה על כמה אלפי Ω.
אינטל ממליצה לשקול את תכונת ביטול ההתנגדות בסדרה בעת בחירת שבב חישת הטמפרטורה. התכונה מבטלת אוטומטית את שגיאת הטמפרטורה הנגרמת על ידי ההתנגדות של הניתוב לטרנזיסטור המרוחק.

וריאציה של דיודת טמפרטורה בטא

ככל שהגיאומטריות של טכנולוגיית התהליך מצטמצמות, ערך ה-Beta(β) של מצע ה-PNP או ה-NPN יורד.
ככל שערך הבטא של דיודת הטמפרטורה יורד, במיוחד אם אספן דיודת הטמפרטורה קשור לאדמה, ערך הבטא משפיע על יחס הזרם במשוואה 3 בעמוד 5. לכן, שמירה על יחס זרם מדויק היא חיונית.
לכמה שבבי חישת טמפרטורה יש תכונת פיצוי בטא מובנית. וריאציית הבטא של המעגל חשה את זרם הבסיס ומתאים את זרם הפולט כדי לפצות על השינוי. פיצוי הבטא שומר על יחס זרם האספן.

איור 4. דיודת טמפרטורת בד של Intel Stratix 10 ליבות עם פיצוי MAX31730 בטא MAXXNUMX של Maxim Integrated מופעל
איור זה מראה שדיוק המדידה מושג כאשר פיצוי בטא מופעל. המדידות בוצעו במהלך מצב כיבוי FPGA - הטמפרטורות שנקבעו והנמדדות צפויות להיות קרובות.

קבל קלט דיפרנציאלי

הקבל (CF) בפינים P ו-N פועל כמו מסנן נמוך שעוזר לסנן את הרעש בתדר הגבוה ולשפר את ההפרעות האלקטרומגנטיות (EMI).
עליך להיות זהיר במהלך בחירת הקבלים מכיוון שהקיבול הגדול יכול להשפיע על זמן העלייה של מקור הזרם המותג ולהציג שגיאת מדידה ענקית. בדרך כלל, יצרן שבב חישת הטמפרטורה מספק את ערך הקיבול המומלץ בגיליון הנתונים שלהם. עיין בהנחיות התכנון או ההמלצה של יצרן הקבלים לפני שתחליט על ערך הקיבול.

איור 5. קיבול קלט דיפרנציאלי

קיזוז פיצוי

מספר גורמים יכולים לתרום בו זמנית לשגיאת המדידה. לפעמים, יישום שיטת פיצוי יחיד עשוי לא לפתור את הבעיה במלואה. שיטה נוספת לפתור את שגיאת המדידה היא להחיל פיצוי קיזוז.

פֶּתֶק:  אינטל ממליצה להשתמש בשבב חישת טמפרטורה עם פיצוי היסט מובנה. אם שבב חישת הטמפרטורה אינו תומך בתכונה, תוכל להחיל פיצוי קיזוז במהלך עיבוד שלאחר באמצעות לוגיקה מותאמת אישית או תוכנה.
פיצוי היסט משנה את ערך אוגר ההיסט משבב חישת הטמפרטורה כדי לבטל את השגיאה המחושבת. כדי להשתמש בתכונה זו, עליך לבצע בדיקת טמפרטורהfile ללמוד ולזהות את ערך הקיזוז שיש ליישם.

עליך לאסוף מדידות טמפרטורה על פני טווח הטמפרטורה הרצוי עם הגדרות ברירת המחדל של שבב חישת הטמפרטורה. לאחר מכן, בצע ניתוח נתונים כמו בדוגמה הבאהample כדי לקבוע את ערך ההיסט שיש להחיל. אינטל ממליצה לבדוק כמה שבבי חישת טמפרטורה עם מספר דיודות טמפרטורה מרוחקות כדי להבטיח שאתה מכסה את הווריאציות של חלק לחלק. לאחר מכן, השתמש בממוצע המדידות בניתוח כדי לקבוע את ההגדרות שיש ליישם.
אתה יכול לבחור את נקודות הטמפרטורה לבדיקה בהתבסס על מצב פעולת המערכת שלך.

משוואה 5. גורם אופסט

Example 2. החלת פיצויי קיזוז בדוגמה זוample, קבוצה של מדידות טמפרטורה נאספה עם שלוש נקודות טמפרטורה. החל משוואה 5 על הערכים וחשב את גורם ההיסט.

טבלה 1. נתונים שנאספו לפני החלת פיצוי קיזוז

השתמש בנקודת האמצע של טווח הטמפרטורות כדי לחשב את טמפרטורת ההיסט. באקס זהample, נקודת האמצע היא הטמפרטורה שנקבעה ב-50°C.
קיזוז טמפרטורה

• = גורם היסט × (טמפרטורה שנמדדה-טמפרטורה מוגדרת)
• = 0.9975 × (334.53 - 323.15)
• = 11.35

החל את ערך הטמפרטורה ההיסט וגורמי פיצוי אחרים, אם נדרש, לתוך שבב חישת הטמפרטורה ובצע שוב את המדידה.

טבלה 2. נתונים שנאספו לאחר החלת פיצוי קיזוז

מידע קשור
תוצאות הערכה
מספק מחדשview של תוצאות ההערכה של שיטת פיצוי היסט עם שבבי חישת טמפרטורה של Maxim Integrated* ו-Texas Instruments*.

תוצאות הערכה

בהערכה, ערכות ההערכה MAX31730 של Maxim Integrated* ו-TMP468 של Texas Instruments* שונו להתממשקות עם דיודות הטמפרטורה המרוחקות של מספר בלוקים ב-Intel FPGA.

טבלה 3. הערכת בלוקים ומודלים לוח

האיורים הבאים מציגים את ההגדרה של לוח ה-Intel FPGA עם לוחות ההערכה Maxim Integrated ו-Texas Instruments.

איור 6. התקנה עם לוח ההערכה MAX31730 של Maxim Integrate d

איור 7. התקנה עם לוח ההערכה TMP468 של Texas Instruments

• כוח תרמי - או לחילופין, אתה יכול להשתמש בתא טמפרטורה - כיסה ואטם את ה-FPGA ואילץ את הטמפרטורה לפי נקודת הטמפרטורה שנקבעה.
• במהלך בדיקה זו, ה-FPGA נשאר במצב לא מופעל כדי למנוע ממנו לייצר חום.
• זמן ההשריה עבור כל נקודת בדיקת טמפרטורה היה 30 דקות.
• ההגדרות בערכות ההערכה השתמשו בהגדרות ברירת המחדל של היצרנים.
• לאחר ההגדרה, בוצעו השלבים בפיצוי קיזוז בעמוד 10 לאיסוף וניתוח נתונים.

הערכה עם לוח הערכת שבב חישת טמפרטורה MAX31730 של Maxim Integrated

הערכה זו נערכה עם שלבי הגדרה כמתואר בפיצוי קיזוז.
הנתונים נאספו לפני ואחרי החלת פיצוי הקיזוז. טמפרטורת היסט שונה הוחלה על בלוקים שונים של Intel FPGA מכיוון שלא ניתן להחיל ערך היסט בודד על כל הבלוקים. האיורים הבאים מציגים את התוצאות.

איור 8. נתונים עבור Intel Stratix 10 Core Fabric

איור 9. נתונים עבור Intel FPGA H-Tile ו-L-Tie

איור 10. נתונים עבור Intel FPGA E-Tile

איור 11. נתונים עבור Intel FPGA P-Tile

הערכה עם לוח הערכת שבב חישת טמפרטורה TMP468 של Texas Instruments

הערכה זו נערכה עם שלבי הגדרה כמתואר בפיצוי קיזוז.
הנתונים נאספו לפני ואחרי החלת פיצוי הקיזוז. טמפרטורת היסט שונה הוחלה על בלוקים שונים של Intel FPGA מכיוון שלא ניתן להחיל ערך היסט בודד על כל הבלוקים. האיורים הבאים מציגים את התוצאות.

איור 12. נתונים עבור Intel Stratix 10 Core Fabric

איור 13. נתונים עבור Intel FPGA H-Tile ו-L-Tie

איור 14. נתונים עבור Intel FPGA E-Tile

איור 15. נתונים עבור Intel FPGA P-Tile

מַסְקָנָה

ישנם יצרני שבבי חישת טמפרטורה רבים ושונים. במהלך בחירת הרכיבים, אינטל ממליצה בחום לבחור את שבב חישת הטמפרטורה עם השיקולים הבאים.

1. בחר שבב עם תכונת גורם אידאליות שניתן להגדרה.
2. בחר שבב בעל ביטול התנגדות סדרתי.
3. בחר שבב התומך בפיצוי בטא.
4. בחר קבלים התואמים את המלצות יצרן השבבים.
5. החל כל פיצוי מתאים לאחר ביצוע בדיקת טמפרטורהfile לִלמוֹד.

בהתבסס על שיקול היישום ותוצאות ההערכה, עליך לייעל את שבב חישת הטמפרטורה בתכנון שלך כדי להשיג דיוק מדידה.

היסטוריית תיקונים של מסמך עבור AN 769: מדריך יישום דיודות חישת טמפרטורה מרחוק Intel FPGA

תאגיד אינטל. כל הזכויות שמורות. Intel, הלוגו של Intel וסימני Intel אחרים הם סימנים מסחריים של Intel Corporation או של חברות הבת שלה. אינטל מתחייבת לביצועים של מוצרי ה-FPGA והמוליכים למחצה שלה למפרטים הנוכחיים בהתאם לאחריות הסטנדרטית של אינטל, אך שומרת לעצמה את הזכות לבצע שינויים בכל מוצר ושירות בכל עת ללא הודעה מוקדמת. אינטל אינה נושאת באחריות או חבות הנובעת מהיישום או השימוש בכל מידע, מוצר או שירות המתוארים כאן, למעט כפי שהוסכם במפורש בכתב על ידי אינטל. ללקוחות אינטל מומלץ להשיג את הגרסה העדכנית ביותר של מפרטי המכשיר לפני הסתמכות על מידע שפורסם ולפני ביצוע הזמנות של מוצרים או שירותים.
*שמות ומותגים אחרים עשויים להיטען כרכושם של אחרים.

ISO
9001:2015
רָשׁוּם

מסמכים / משאבים

intel AN 769 FPGA דיודת חישת טמפרטורה מרחוק [pdfמדריך למשתמש דיודת חישת טמפרטורה מרחוק AN 769 FPGA, AN 769, דיודת חישת טמפרטורה מרחוק FPGA, דיודת חישת טמפרטורה מרחוק, דיודת חישת טמפרטורה, דיודת חישה

הפניות

• מדריך למשתמש