intel AN 769 FPGA Remote Temperature Sensing Diode
Pambuka
Ing aplikasi elektronik modern, utamane aplikasi sing mbutuhake kontrol suhu kritis, pangukuran suhu ing chip penting banget.
Sistem kinerja dhuwur gumantung ing pangukuran suhu sing akurat kanggo lingkungan njero ruangan lan ruangan.
- Ngoptimalake kinerja
- Njamin operasi sing dipercaya
- Nyegah karusakan kanggo komponen
Sistem pemantauan suhu Intel® FPGA ngidini sampeyan nggunakake chip pihak katelu kanggo ngawasi suhu persimpangan (TJ). Sistem ngawasi suhu njaba iki bisa digunakake sanajan Intel FPGA dipateni utawa ora dikonfigurasi. Nanging, ana sawetara perkara sing kudu ditimbang nalika ngrancang antarmuka antarane chip eksternal lan dioda penginderaan suhu remot (TSD) Intel FPGA.
Nalika sampeyan milih chip sensing suhu, sampeyan biasane bakal ndeleng akurasi suhu sing pengin digayuh. Nanging, kanthi teknologi proses paling anyar lan desain TSD remot sing beda, sampeyan uga kudu nimbang fitur sing dibangun ing chip sensor suhu kanggo nyukupi syarat akurasi desain sampeyan.
Kanthi mangerteni cara kerja sistem pangukuran suhu remot Intel FPGA, sampeyan bisa:
- Temokake masalah umum babagan aplikasi pangrasa suhu.
- Pilih chip penginderaan suhu sing paling cocog sing cocog karo kabutuhan aplikasi, biaya, lan wektu desain.
Intel banget nyaranake sampeyan ngukur suhu on-die nggunakake TSD lokal, sing wis divalidasi dening Intel. Intel ora bisa validasi akurasi sensor suhu njaba ing macem-macem kahanan sistem. Yen sampeyan pengin nggunakake TSD remot karo sensor suhu njaba, tindakake pandhuan ing dokumen iki lan validasi akurasi setelan pangukuran suhu.
Cathetan aplikasi iki ditrapake kanggo implementasi TSD remot kanggo kulawarga piranti Intel Stratix® 10 FPGA.
Implementasi Swaraview
Chip sensor suhu njaba nyambung menyang Intel FPGA remot TSD. TSD remot minangka transistor sing disambungake dioda PNP utawa NPN.
- Gambar 1. Sambungan Antarane Temperature Sensing Chip lan Intel FPGA Remote TSD (NPN Diode)
- Gambar 2. Sambungan Antarane Temperature Sensing Chip lan Intel FPGA Remote TSD (PNP Diode)
Persamaan ing ngisor iki mbentuk suhu transistor ing hubungane karo basis-emitor voltage (VBE).
- Persamaan 1. Hubungan Antarane Suhu Transistor kanggo Base-Emitter Voltage (VBE)
ngendi:
- T - Suhu ing Kelvin
- q—muatan elektron (1.60 × 10−19 C)
- VBE—base-emitor voltage
- k—Konstanta Boltzmann (1.38 × 10−23 J∙K−1)
- IC - arus kolektor
- IS - arus saturasi terbalik
- η-faktor idealitas dioda remot
Ngatur ulang Persamaan 1, sampeyan entuk persamaan ing ngisor iki.
- Persamaan 2. VBE
Biasane, chip sensor suhu meksa loro arus sing dikontrol kanthi apik, I1 lan I2 ing pin P lan N. Chip banjur ngukur lan rata-rata owah-owahan VBE saka dioda. Delta ing VBE sebanding langsung karo suhu, kaya sing dituduhake ing Persamaan 3. - Persamaan 3. Delta ing VBE
ngendi:
- n - rasio saiki dipeksa
- VBE1—base-emitor voltage ing i1
- VBE2—base-emitor voltage ing i2
Pertimbangan Implementasine
Milih chip sensor suhu kanthi fitur sing cocog ngidini sampeyan ngoptimalake chip kanggo entuk akurasi pangukuran. Coba topik ing informasi sing gegandhengan nalika sampeyan milih chip.
- Faktor Idealitas (η-Factor) Mismatch
- Seri Resistance Error
- Variasi Beta Dioda Suhu
- Kapasitor Input Diferensial
- Kompensasi Offset
Faktor Idealitas (η-Factor) Mismatch
Nalika sampeyan nindakake pangukuran suhu persimpangan kanthi nggunakake dioda suhu njaba, akurasi pangukuran suhu gumantung marang karakteristik dioda eksternal. Faktor idealitas minangka parameter saka dioda remot sing ngukur penyimpangan dioda saka prilaku becik.
Biasane sampeyan bisa nemokake faktor idealitas ing lembar data saka pabrikan dioda. Dioda suhu njaba sing beda menehi nilai sing beda amarga desain lan teknologi proses sing beda-beda.
Idealitas mismatch bisa nyebabake kesalahan pangukuran suhu sing signifikan. Kanggo ngindhari kesalahan sing signifikan, Intel nyaranake sampeyan milih chip sensing suhu sing nduweni faktor idealitas sing bisa dikonfigurasi. Sampeyan bisa ngganti nilai faktor ideality ing chip kanggo ngilangke kesalahan mismatch.
- Examplan 1. Kontribusi Faktor Idealitas kanggo Kesalahan Pangukuran Suhu
Mantan ikiample nuduhake carane faktor ideality nyumbang kanggo kesalahan pangukuran suhu. Ing mantanample, pitungan nuduhake mismatch ideality nyebabake kesalahan pangukuran suhu wujud.
- Persamaan 4. Hubungan Faktor Idealitas karo Suhu sing Diukur
ngendi:
- ηTSC—faktor idealitas chip penginderaan suhu
- TTSC-suhu diwaca dening chip sensing suhu
- ηRTD—faktor idealitas dioda suhu remot
- TRTD-suhu ing dioda suhu remot
Langkah-langkah ing ngisor iki ngira pangukuran suhu (TTSC) dening chip penginderaan suhu, diwenehi nilai ing ngisor iki:
- Faktor idealitas sensor suhu (ηTSC) yaiku 1.005
- Faktor idealitas dioda suhu jarak jauh (ηRTD) yaiku 1.03
- Suhu aktual ing remote temperature diode (TRTD) yaiku 80°C
- Ngonversi TRTD saka 80°C dadi Kelvin: 80 + 273.15 = 353.15 K.
- Aplikasi Persamaan 4. Suhu sing diwilang dening chip penginderaan suhu yaiku 1.005 × 353.15 = 344.57 K.TTSC = 1.03
- Ngonversi nilai sing diwilang dadi Celsius: TTSC = 344.57 K – 273.15 K = 71.43°C Kesalahan suhu (TE) sing disebabake dening ketidakcocokan idealitas:
TE = 71.43°C – 80.0°C = –8.57°C
Seri Resistance Error
Rintangan seri ing pin P lan N nyumbang kanggo kesalahan pangukuran suhu.
Rintangan seri bisa saka:
- Resistansi internal pin P lan N saka dioda suhu.
- Papan nglacak resistance, kanggo Example, tilak Papan dawa.
Rintangan seri nyebabake vol tambahantage kanggo nyelehake ing path sensing suhu lan nyebabake kesalahan pangukuran, mengaruhi akurasi pangukuran suhu. Biasane, kahanan iki kedadeyan nalika sampeyan nindakake pangukuran suhu kanthi chip sensor suhu 2-saiki.
Gambar 3. Rintangan Seri Internal lan On-Board
Kanggo nerangake kesalahan suhu sing ditindakake nalika resistensi seri mundhak, sawetara produsen chip sensor suhu nyedhiyakake data kanggo kesalahan suhu dioda remot lawan resistensi.
Nanging, sampeyan bisa ngilangi kesalahan resistensi seri. Sawetara chip sensor suhu duwe fitur pembatalan resistensi seri sing dibangun. Fitur pembatalan resistensi seri bisa ngilangi resistensi seri saka sawetara atus Ω nganti sawetara luwih saka sawetara ewu Ω.
Intel nyaranake sampeyan nimbang fitur pembatalan resistance seri nalika sampeyan milih chip sensing suhu. Fitur kasebut kanthi otomatis ngilangi kesalahan suhu sing disebabake dening resistensi rute menyang transistor remot.
Variasi Beta Dioda Suhu
Nalika geometri teknologi proses saya cilik, nilai Beta(β) saka substrat PNP utawa NPN mudhun.
Minangka Nilai Beta dioda suhu nemu ngisor, utamané yen Penagih dioda suhu disambungake menyang lemah, Nilai Beta mengaruhi rasio saiki ing Persamaan 3 ing kaca 5. Mulane, njaga rasio saiki akurat iku wigati.
Sawetara chip sensing suhu duwe fitur kompensasi Beta sing dibangun. Variasi Beta sirkuit ngrasakake arus basis lan nyetel arus emitor kanggo ngimbangi variasi kasebut. Kompensasi Beta njaga rasio arus kolektor.
Gambar 4. Intel Stratix 10 Core Fabric Temperature Diode karo Maxim Integrated*'s MAX31730 Beta Compensation Enabled
Angka iki nuduhake manawa akurasi pangukuran digayuh kanthi kompensasi Beta diaktifake. Pangukuran kasebut ditindakake sajrone kondisi daya FPGA mudhun - suhu sing disetel lan diukur bakal cedhak.
| 0˚C | 50˚C | 100˚C | |
| Kompensasi Beta Mati | 25.0625˚C | 70.1875˚C | 116.5625˚C |
| Kompensasi Beta On | -0.6875˚C | 49.4375˚C | 101.875˚C |
Kapasitor Input Diferensial
Kapasitor (CF) ing pin P lan N tumindak kaya saringan low-pass sing mbantu nyaring gangguan frekuensi dhuwur lan nambah interferensi elektromagnetik (EMI).
Sampeyan kudu ati-ati sak pilihan kapasitor amarga kapasitansi gedhe bisa mengaruhi wektu munggah saka sumber saiki ngalih lan introduce kesalahan pangukuran ageng. Biasane, pabrikan chip sensor suhu nyedhiyakake nilai kapasitansi sing disaranake ing lembar data. Deleng pedoman desain utawa rekomendasi pabrikan kapasitor sadurunge sampeyan nemtokake nilai kapasitansi.
Gambar 5. Kapasitansi Input Diferensial
Kompensasi Offset
Akeh faktor bisa uga nyumbang kanggo kesalahan pangukuran. Kadhangkala, nggunakake metode ganti rugi siji bisa uga ora ngrampungake masalah kasebut. Cara liya kanggo ngatasi kesalahan pangukuran yaiku nggunakake ganti rugi offset.
Cathetan: Intel nyaranake sampeyan nggunakake chip sensor suhu kanthi kompensasi offset sing dibangun. Yen chip sensing suhu ora ndhukung fitur kasebut, sampeyan bisa uga menehi ganti rugi ngimbangi sajrone proses kirim liwat logika utawa piranti lunak khusus.
Kompensasi offset ngganti nilai register offset saka chip sensor suhu kanggo ngilangi kesalahan sing diwilang. Kanggo nggunakake fitur iki, sampeyan kudu nindakake pro suhufile sinau lan ngenali nilai offset kanggo aplikasi.
Sampeyan kudu nglumpukake pangukuran suhu ing kisaran suhu sing dikarepake kanthi setelan gawan saka chip penginderaan suhu. Salajengipun, tindakake analisis data kaya ing example kanggo nemtokake nilai nutup kerugian kanggo aplikasi. Intel nyaranake sampeyan nyoba sawetara chip sensing suhu kanthi sawetara dioda suhu remot kanggo mesthekake yen sampeyan nutupi variasi part-to-part. Banjur, gunakake rata-rata pangukuran ing analisis kanggo nemtokake setelan sing bakal ditrapake.
Sampeyan bisa milih titik suhu kanggo dites adhedhasar kondisi operasi sistem sampeyan.
Persamaan 5. Faktor Offset
Examping 2. Aplikasi Kompensasi OffsetIng ex ikiample, pesawat pangukuran suhu diklumpukake karo telung titik suhu. Gunakake Persamaan 5 kanggo nilai lan ngitung faktor offset.
Tabel 1. Data sing Dikumpulake Sadurunge Nglamar Kompensasi Offset
| Setel Suhu | Suhu sing diukur | ||
| 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 |
Gunakake titik tengah kisaran suhu kanggo ngetung suhu offset. Ing mantan ikiample, titik tengah yaiku suhu nyetel 50 ° C.
Suhu offset
- = Faktor offset × (suhu diukur−suhu disetel)
- = 0.9975 × (334.53 − 323.15)
- = 11.35
Lebokake nilai suhu sing diimbangi lan faktor ganti rugi liyane, yen dibutuhake, menyang chip penginderaan suhu lan ulangi pangukuran.
Tabel 2. Data sing Dikumpulake Sawise Nglamar Kompensasi Offset
| Setel Suhu | Suhu sing diukur | Kesalahan |
| 100°C | 101.06°C | 1.06°C |
| 50°C | 50.13°C | 0.13°C |
| 0°C | 0.25°C | 0.25°C |
Informasi sing gegandhengan
Asil Evaluasi
Nyedhiyani review saka asil evaluasi cara ganti rugi nutup kerugian karo Maxim Integrated * lan Texas Instruments * Kripik suhu sensing.
Asil Evaluasi
Ing evaluasi, Maxim Integrated * MAX31730 lan Texas Instruments * TMP468 kit evaluasi diowahi kanggo antarmuka karo dioda suhu remot sawetara blok ing Intel FPGA.
Tabel 3. Dievaluasi pamblokiran lan Papan Model
| Blok | Papan Evaluasi Chip Sensing Suhu | |
| Texas Instruments TMP468 | Maxim Integrasi d kang MAX31730 | |
| Kain inti Intel Stratix 10 | ya wis | ya wis |
| H-kothak utawa L-kothak | ya wis | ya wis |
| E-tile | ya wis | ya wis |
| P-genteng | ya wis | ya wis |
Tokoh ing ngisor iki nuduhake persiyapan saka Papan Intel FPGA karo Papan evaluasi Maxim Integrated lan Texas Instruments.
Gambar 6. Setup karo Maxim Integrasi d kang MAX31730 Evaluation Board
Gambar 7. Persiyapan karo Papan Evaluasi TMP468 Texas Instruments
- A forcer termal-utawa Utawa, sampeyan bisa nggunakake kamar suhu-katutup lan nutup FPGA lan dipeksa suhu minangka saben titik suhu pesawat.
- Sajrone tes iki, FPGA tetep ora ana daya supaya ora ngasilake panas.
- Wektu rendhem kanggo saben titik uji suhu yaiku 30 menit.
- Setelan ing kit evaluasi nggunakake setelan gawan saka pabrikan.
- Sawise persiyapan, langkah-langkah ing Kompensasi Offset ing kaca 10 ditindakake kanggo nglumpukake lan analisis data.
Evaluasi karo Maxim Integrated kang MAX31730 Suhu Sensing Papan Evaluasi Chip
Evaluasi iki ditindakake kanthi langkah persiyapan kaya sing diterangake ing Kompensasi Offset.
Data kasebut dikumpulake sadurunge lan sawise ngetrapake ganti rugi offset. Suhu offset sing beda ditrapake kanggo blok Intel FPGA sing beda amarga nilai offset siji ora bisa ditrapake ing kabeh blok. Tokoh ing ngisor iki nuduhake asil.
Figure 8. Data kanggo Intel Stratix 10 Kain inti
Gambar 9. Data kanggo Intel FPGA H-Tile lan L-Tile
Gambar 10. Data kanggo Intel FPGA E-Tile
Gambar 11. Data kanggo Intel FPGA P-Tile
Evaluasi karo Texas Instruments TMP468 Suhu Sensing Chip Papan Evaluasi
Evaluasi iki ditindakake kanthi langkah persiyapan kaya sing diterangake ing Kompensasi Offset.
Data kasebut dikumpulake sadurunge lan sawise ngetrapake ganti rugi offset. Suhu offset sing beda ditrapake kanggo blok Intel FPGA sing beda amarga nilai offset siji ora bisa ditrapake ing kabeh blok. Tokoh ing ngisor iki nuduhake asil.
Figure 12. Data kanggo Intel Stratix 10 Kain inti
Gambar 13. Data kanggo Intel FPGA H-Tile lan L-Tile
Gambar 14. Data kanggo Intel FPGA E-Tile
Gambar 15. Data kanggo Intel FPGA P-Tile
Kesimpulan
Ana macem-macem produsen chip sensor suhu. Sajrone pilihan komponen, Intel banget nyaranake sampeyan milih chip pangrasa suhu kanthi pertimbangan ing ngisor iki.
- Pilih chip kanthi fitur faktor idealitas sing bisa dikonfigurasi.
- Pilih chip sing wis pembatalan resistance seri.
- Pilih chip sing ndhukung kompensasi Beta.
- Pilih kapasitor sing cocog karo Rekomendasi Produsèn chip.
- Gunakake ganti rugi sing cocog sawise nindakake pro suhufile sinau.
Adhedhasar pertimbangan implementasine lan asil evaluasi, sampeyan kudu ngoptimalake chip sensing suhu ing desain sampeyan kanggo entuk akurasi pangukuran.
Riwayat Revisi Dokumen kanggo AN 769: Pandhuan Implementasi Dioda Penginderaan Suhu Jarak Jauh Intel FPGA
| Versi Dokumen | Owah-owahan |
| 2022.04.06 |
|
| 2021.02.09 | Rilis wiwitan. |
Intel Corporation. Kabeh hak dilindhungi undhang-undhang. Intel, logo Intel, lan merek Intel liyane minangka merek dagang saka Intel Corporation utawa anak perusahaan. Intel njamin kinerja produk FPGA lan semikonduktor kanggo specifications saiki miturut babar pisan standar Intel, nanging nduweni hak kanggo owah-owahan ing sembarang produk lan layanan ing sembarang wektu tanpa kabar. Intel ora tanggung jawab utawa tanggung jawab sing muncul saka aplikasi utawa panggunaan informasi, produk, utawa layanan sing diterangake ing kene kajaba sing disepakati kanthi tinulis dening Intel. Pelanggan Intel disaranake njupuk versi paling anyar saka spesifikasi piranti sadurunge ngandelake informasi sing diterbitake lan sadurunge nggawe pesenan kanggo produk utawa layanan.
* Jeneng lan merek liyane bisa diklaim minangka properti wong liya.
ISO
9001:2015
Kadhaftar
Dokumen / Sumber Daya
 |
intel AN 769 FPGA Remote Temperature Sensing Diode [pdf] Pandhuan pangguna AN 769 FPGA Remote Temperature Sensing Diode, AN 769, FPGA Remote Temperature Sensing Diode, Remote Temperature Sensing Diode, Temperature Sensing Diode, Sensing Diode |
