intel AN 769 FPGA температураны қашықтан анықтау диоды
Кіріспе
Қазіргі заманғы электронды қолданбаларда, әсіресе температураны сыни бақылауды қажет ететін қолданбаларда, чиптегі температураны өлшеу өте маңызды.
Жоғары өнімді жүйелер ішкі және сыртқы орта үшін дәл температура өлшемдеріне сүйенеді.
- Өнімділікті оңтайландыру
- Сенімді жұмысты қамтамасыз етіңіз
- Құрамдас бөліктерге зақым келтірмеңіз
Intel® FPGA температураны бақылау жүйесі қосылыс температурасын (TJ) бақылау үшін үшінші тарап чиптерін пайдалануға мүмкіндік береді. Бұл сыртқы температураны бақылау жүйесі Intel FPGA өшірілген немесе конфигурацияланбаған кезде де жұмыс істейді. Дегенмен, сыртқы чип пен Intel FPGA қашықтан температураны анықтау диодтары (TSD) арасындағы интерфейсті жобалау кезінде ескеру қажет бірнеше нәрсе бар.
Температураны анықтау чипін таңдаған кезде, әдетте қол жеткізгіңіз келетін температура дәлдігіне қарайсыз. Дегенмен, соңғы технологиялық технологиямен және басқа қашықтағы TSD дизайнымен дизайн дәлдігі талаптарын қанағаттандыру үшін температураны анықтау чипінің кірістірілген мүмкіндіктерін де ескеру қажет.
Intel FPGA температураны қашықтан өлшеу жүйесінің жұмысын түсіну арқылы сіз:
- Температураны анықтау қолданбаларының жалпы мәселелерін табыңыз.
- Қолданбаның қажеттіліктеріне, құнына және дизайн уақытына сәйкес келетін ең қолайлы температураны анықтау чипін таңдаңыз.
Intel корпорациясы Intel тексерген жергілікті TSD құрылғылары арқылы өлшегіштегі температураны өлшеуді қатаң ұсынады. Intel әртүрлі жүйе жағдайларында сыртқы температура сенсорларының дәлдігін тексере алмайды. Қашықтағы TSD құрылғыларын сыртқы температура сенсорларымен пайдаланғыңыз келсе, осы құжаттағы нұсқауларды орындаңыз және температураны өлшеудің дұрыстығын тексеріңіз.
Бұл қолданба ескертпесі Intel Stratix® 10 FPGA құрылғылар тобына арналған қашықтан TSD іске асыруға қолданылады.
Іске асыру аяқталдыview
Сыртқы температураны анықтау чипі Intel FPGA қашықтағы TSD құрылғысына қосылады. Қашықтағы TSD - бұл PNP немесе NPN диодпен жалғанған транзистор.
- 1-сурет. Температураны анықтау чипі мен Intel FPGA қашықтағы TSD (NPN диод) арасындағы байланыс
- 2-сурет. Температураны анықтау чипі мен Intel FPGA қашықтағы TSD (PNP диод) арасындағы байланыс
Төмендегі теңдеу транзистордың температурасын базалық эмитент көлеміне қатысты құрайдыtage (VBE).
- 1-теңдеу. Транзистор температурасының базалық эмитентке қатынасыtage (VBE)
Қайда:
- T — Кельвиндегі температура
- q— электрон заряды (1.60 × 10−19 С)
- VBE—базалық эмитент томtage
- k—Больцман тұрақтысы (1.38 × 10−23 Дж∙К−1)
- IC - коллекторлық ток
- IS – кері қанығу тогы
- η — қашықтағы диодтың идеалдылық коэффициенті
1-теңдеуді қайта реттей отырып, келесі теңдеуді аласыз.
- 2-теңдеу. VBE
Әдетте, температураны сезетін чип P және N түйреуіштеріндегі I1 және I2 дәйекті жақсы басқарылатын екі токты мәжбүрлейді. Содан кейін чип диодтың VBE өзгеруін өлшейді және орташалайды. VBE-дегі дельта 3-теңдеуде көрсетілгендей температураға тура пропорционал. - Теңдеу 3. VBE-дегі Delta
Қайда:
- n — мәжбүрлі ток коэффициенті
- VBE1—базалық эмитент томtage I1 кезінде
- VBE2—базалық эмитент томtage I2 кезінде
Іске асыруды қарастыру
Тиісті мүмкіндіктері бар температураны сезіну чипін таңдау өлшеу дәлдігіне жету үшін чипті оңтайландыруға мүмкіндік береді. Чипті таңдаған кезде қатысты ақпараттағы тақырыптарды қарастырыңыз.
- Идеалдық факторы (η-фактор) сәйкес келмеуі
- Сериялық кедергі қатесі
- Температуралық диодтың бета өзгеруі
- Дифференциалды кіріс конденсаторы
- Офсеттік өтемақы
Идеалдық факторы (η-фактор) сәйкес келмеуі
Сыртқы температуралық диодты пайдалану арқылы қосылыс температурасын өлшеуді орындаған кезде температураны өлшеудің дәлдігі сыртқы диодтың сипаттамаларына байланысты болады. Идеалдық коэффициенті диодтың идеалды мінез-құлқынан ауытқуын өлшейтін қашықтағы диодтың параметрі болып табылады.
Сіз әдетте диод өндірушісінің деректер парағында идеалдылық коэффициентін таба аласыз. Әртүрлі сыртқы температуралық диодтар әртүрлі дизайн және технологиялық технологияларды пайдаланатындықтан сізге әртүрлі мәндер береді.
Идеалдың сәйкес келмеуі температураны өлшеуде елеулі қателік тудыруы мүмкін. Маңызды қатені болдырмау үшін Intel конфигурацияланатын идеалдылық факторы бар температураны сезгіш чипті таңдауды ұсынады. Сәйкессіздік қатесін жою үшін чиптегі идеалдылық коэффициентінің мәнін өзгертуге болады.
- Example 1. Температураны өлшеу қатесіне идеалдылық факторының үлесі
Бұл бұрынғыample идеалдылық факторының температураны өлшеу қателігіне қалай ықпал ететінін көрсетеді. Бұрынғыдаample, есептеу температураны өлшеуде елеулі қателік тудыратын идеалдық сәйкессіздікті көрсетеді.
- 4-теңдеу. Идеалдық факторының өлшенген температураға қатынасы
Қайда:
- ηTSC—температураны сезгіш чиптің идеалдылық коэффициенті
- TTSC—температураны анықтау чипі арқылы оқылатын температура
- ηRTD — қашықтағы температуралық диодтың идеалдылық коэффициенті
- TRTD—қашықтағы температура диодындағы температура
Келесі қадамдар келесі мәндерді ескере отырып, температураны анықтау чипі арқылы температураны өлшеуді (TTSC) бағалайды:
- Температура сенсорының идеалды коэффициенті (ηTSC) - 1.005
- Қашықтағы температуралық диодтың (ηRTD) идеалдылық коэффициенті 1.03
- Қашықтағы температура диодындағы (TRTD) нақты температура 80°C
- 80°C TRTD мәнін Кельвинге түрлендіріңіз: 80 + 273.15 = 353.15 К.
- 4-теңдеуді қолданыңыз. Температураны анықтау чипімен есептелген температура 1.005 × 353.15 = 344.57 K.TTSC = 1.03
- Есептелген мәнді Цельсийге түрлендіріңіз: TTSC = 344.57 K – 273.15 K = 71.43°C Идеалдық сәйкессіздіктен туындаған температура қатесі (TE):
TE = 71.43°C – 80.0°C = –8.57°C
Сериялық кедергі қатесі
P және N түйреуіштеріндегі сериялық кедергі температураны өлшеу қателігіне ықпал етеді.
Тізбек кедергісі мыналардан болуы мүмкін:
- Температуралық диодтың P және N істіктерінің ішкі кедергісі.
- Тақта ізінің кедергісі, мысалыample, ұзын тақта ізі.
Сериялық кедергі қосымша көлемді тудырадыtage температураны анықтау жолында түсіп, температураны өлшеудің дәлдігіне әсер ететін өлшеу қателігіне әкеледі. Әдетте, бұл жағдай 2 ағымдық температураны анықтау чипімен температураны өлшеуді орындаған кезде орын алады.
3-сурет. Ішкі және борттық сериялардың кедергісі
Тізбекті кедергі ұлғайған кезде орын алған температура қатесін түсіндіру үшін кейбір температураны сезгіш чип өндірушісі кедергіге қарсы қашықтағы диодтың температура қатесі туралы деректерді береді.
Дегенмен, сериялық қарсылық қатесін жоюға болады. Кейбір температураны анықтау чиптерінің кірістірілген сериялық кедергіні жою мүмкіндігі бар. Сериялық кедергіні жою мүмкіндігі сериялық кедергіні бірнеше жүз Ом диапазонынан бірнеше мың Ом асатын диапазонға дейін жоя алады.
Температураны сезіну чипін таңдаған кезде Intel сериялық кедергіні жою мүмкіндігін қарастыруды ұсынады. Бұл мүмкіндік қашықтағы транзисторға бағыттаудың кедергісі туындаған температура қатесін автоматты түрде жояды.
Температуралық диодтың бета өзгеруі
Процесс технологиясының геометриялары кішірейген сайын PNP немесе NPN субстратының Бета(β) мәні төмендейді.
Температуралық диодтың Бета мәні төмендеген сайын, әсіресе температуралық диод коллекторы жерге байланған болса, Бета мәні 3-беттегі 5-теңдеудегі ток қатынасына әсер етеді. Сондықтан дәл ток қатынасын сақтау өте маңызды.
Кейбір температураны анықтау чиптерінде бекітілген бета компенсация мүмкіндігі бар. Схеманың Бета нұсқасы базалық токты сезеді және вариацияны өтеу үшін эмитент тоғын реттейді. Бета өтемі коллектордың ток коэффициентін сақтайды.
4-сурет. Maxim Integrated* MAX10 бета компенсациясы қосылған Intel Stratix 31730 негізгі мата температурасының диоды
Бұл сурет өлшеу дәлдігіне бета өтемі қосылған кезде қол жеткізілетінін көрсетеді. Өлшемдер FPGA қуатын өшіру жағдайында алынды — орнатылған және өлшенген температура жақын болады деп күтілуде.
| 0С | 50С | 100С | |
| Бета компенсация өшірулі | 25.0625С | 70.1875С | 116.5625С |
| Бета компенсация қосулы | -0.6875˚C | 49.4375С | 101.875С |
Дифференциалды кіріс конденсаторы
P және N түйреуіштеріндегі конденсатор (CF) жоғары жиілікті шуды сүзуге және электромагниттік кедергіні (EMI) жақсартуға көмектесетін төмен жиілікті сүзгі сияқты әрекет етеді.
Конденсаторды таңдау кезінде абай болу керек, себебі үлкен сыйымдылық қосылатын ток көзінің көтерілу уақытына әсер етіп, үлкен өлшеу қатесін тудыруы мүмкін. Әдетте, температураны сезетін чип өндірушісі техникалық деректер парағында ұсынылған сыйымдылық мәнін береді. Сыйымдылық мәнін шешпес бұрын конденсатор өндірушісінің жобалау нұсқауларын немесе ұсыныстарын қараңыз.
5-сурет. Дифференциалды кіріс сыйымдылығы
Офсеттік өтемақы
Бірнеше факторлар бір уақытта өлшеу қателігіне ықпал етуі мүмкін. Кейде жалғыз өтемақы әдісін қолдану мәселені толығымен шешпеуі мүмкін. Өлшеу қатесін шешудің тағы бір әдісі офсеттік компенсацияны қолдану болып табылады.
Ескерту: Intel кірістірілген офсеттік компенсациясы бар температураны анықтау чипін пайдалануды ұсынады. Температураны анықтау чипі мүмкіндікке қолдау көрсетпесе, пайдаланушы логикасы немесе бағдарламалық құрал арқылы кейінгі өңдеу кезінде офсеттік өтеуді қолдануға болады.
Есептелген қатені жою үшін ығысу өтемақысы температураны анықтау чипінен ығысу тіркелімінің мәнін өзгертеді. Бұл мүмкіндікті пайдалану үшін про температураны орындау керекfile қолдану үшін офсеттік мәнді зерттеу және анықтау.
Температураны анықтау чипінің әдепкі параметрлерімен қажетті температура диапазонында температура өлшемдерін жинау керек. Одан кейін келесі мысалдағыдай деректерді талдауды орындаңызample қолданылатын ығысу мәнін анықтау үшін. Intel корпорациясы бөліктен бөлікке вариацияларды жабуды қамтамасыз ету үшін бірнеше температураны анықтау чиптерін бірнеше қашықтағы температуралық диодпен сынауды ұсынады. Содан кейін қолданылатын параметрлерді анықтау үшін талдаудағы өлшемдердің орташа мәнін пайдаланыңыз.
Жүйенің жұмыс жағдайына байланысты сынау үшін температура нүктелерін таңдауға болады.
Теңдеу 5. Жылжыту коэффициенті
Example 2. Офсеттік өтемақыны қолдану Осы мысалдаample, температура өлшемдерінің жиынтығы үш температура нүктесімен жиналды. Мәндерге 5-теңдеуді қолданып, ығысу коэффициентін есептеңіз.
1-кесте. Офсеттік өтемақы қолданбас бұрын жиналған деректер
| Температураны орнату | Өлшенген температура | ||
| 100°C | 373.15 К | 111.06°C | 384.21 К |
| 50°C | 323.15 К | 61.38°C | 334.53 К |
| 0°C | 273.15 К | 11.31°C | 284.46 К |
Ауыстыру температурасын есептеу үшін температура диапазонының ортаңғы нүктесін пайдаланыңыз. Бұл бұрынғыample, ортаңғы нүкте - 50°C орнатылған температура.
Ауыстыру температурасы
- = Ауыстыру коэффициенті × ( Өлшенген температура−Орнатылған температура )
- = 0.9975 × (334.53 − 323.15)
- = 11.35
Қажет болса, ығысу температура мәнін және басқа компенсация факторларын температураны анықтау чипіне қолданыңыз және өлшеуді қайталаңыз.
2-кесте. Офсеттік өтемақыны қолданғаннан кейін жиналған деректер
| Температураны орнату | Өлшенген температура | Қате |
| 100°C | 101.06°C | 1.06°C |
| 50°C | 50.13°C | 0.13°C |
| 0°C | 0.25°C | 0.25°C |
Қатысты ақпарат
Бағалау нәтижелері
Қайта бередіview Maxim Integrated* және Texas Instruments* температураны анықтау чиптерімен офсеттік компенсация әдісін бағалау нәтижелері туралы.
Бағалау нәтижелері
Бағалауда Maxim Integrated* компаниясының MAX31730 және Texas Instruments* компаниясының TMP468 бағалау жинақтары Intel FPGA жүйесіндегі бірнеше блоктардың қашықтағы температуралық диодтарымен интерфейс жасау үшін өзгертілді.
3-кесте. Бағаланатын блоктар мен тақта үлгілері
| Блоктау | Температураны анықтау чиптерін бағалау тақтасы | |
| Texas Instruments компаниясының TMP468 | Maxim Integrate d's MAX31730 | |
| Intel Stratix 10 негізгі матасы | Иә | Иә |
| H-плитка немесе L-плитка | Иә | Иә |
| Электронды плитка | Иә | Иә |
| P-плитка | Иә | Иә |
Төмендегі суреттер Intel FPGA тақтасының Maxim Integrated және Texas Instruments бағалау тақталарымен орнатуын көрсетеді.
6-сурет. Maxim Integrate d's MAX31730 бағалау тақтасымен орнату
7-сурет. Texas Instruments компаниясының TMP468 бағалау кеңесімен орнату
- Жылулық күшейткіш - немесе балама ретінде, температура камерасын пайдалануға болады - FPGA-ны жауып, тығыздап, температураны орнатылған температура нүктесіне сәйкес мәжбүрлейді.
- Бұл сынақ кезінде FPGA жылуды тудырмау үшін қуатсыз күйде қалды.
- Әрбір температураны сынау нүктесі үшін жібіту уақыты 30 минут болды.
- Бағалау жинақтарындағы параметрлер өндірушілердің әдепкі параметрлерін пайдаланды.
- Орнатқаннан кейін, деректерді жинау және талдау үшін 10-беттегі Офсеттік өтемақы бөліміндегі қадамдар орындалды.
Maxim Integrated MAX31730 температураны анықтау чипін бағалау тақтасымен бағалау
Бұл бағалау Офсеттік өтемақы бөлімінде сипатталғандай орнату қадамдарымен жүргізілді.
Деректер офсеттік өтемақы қолданбас бұрын және кейін жиналды. Әр түрлі Intel FPGA блоктарына әртүрлі ығысу температурасы қолданылды, себебі бір офсет мәнін барлық блоктарда қолдану мүмкін емес. Келесі сандар нәтижелерді көрсетеді.
Сурет 8. Intel Stratix 10 Core Fabric деректері
9-сурет. Intel FPGA H-Tile және L-Tile үшін деректер
10-сурет. Intel FPGA E-Tile үшін деректер
Сурет 11. Intel FPGA P-Tile үшін деректер
Texas Instruments компаниясының TMP468 температураны анықтау чиптерін бағалау тақтасымен бағалау
Бұл бағалау Офсеттік өтемақы бөлімінде сипатталғандай орнату қадамдарымен жүргізілді.
Деректер офсеттік өтемақы қолданбас бұрын және кейін жиналды. Әр түрлі Intel FPGA блоктарына әртүрлі ығысу температурасы қолданылды, себебі бір офсет мәнін барлық блоктарда қолдану мүмкін емес. Келесі сандар нәтижелерді көрсетеді.
Сурет 12. Intel Stratix 10 Core Fabric деректері
13-сурет. Intel FPGA H-Tile және L-Tile үшін деректер
14-сурет. Intel FPGA E-Tile үшін деректер
Сурет 15. Intel FPGA P-Tile үшін деректер
Қорытынды
Температураны сезіну чиптерінің көптеген өндірушілері бар. Компоненттерді таңдау кезінде Intel келесі ойларды ескере отырып, температураны сезіну чипін таңдауды қатаң ұсынады.
- Конфигурацияланатын идеалдылық факторы мүмкіндігі бар чипті таңдаңыз.
- Тізбекті кедергісі бар чипті таңдаңыз.
- Бета компенсациясын қолдайтын чипті таңдаңыз.
- Чип өндірушісінің ұсыныстарына сәйкес келетін конденсаторларды таңдаңыз.
- Температура проекторын орындағаннан кейін кез келген сәйкес компенсацияны қолданыңызfile оқу.
Іске асыруды қарастыру және бағалау нәтижелеріне сүйене отырып, өлшеу дәлдігіне қол жеткізу үшін дизайндағы температураны анықтау чипін оңтайландыру керек.
AN 769 үшін құжатты қайта қарау тарихы: Intel FPGA қашықтан температураны анықтау диодын енгізу нұсқаулығы
| Құжат нұсқасы | Өзгерістер |
| 2022.04.06 |
|
| 2021.02.09 | Бастапқы шығарылым. |
Intel корпорациясы. Барлық құқықтар сақталған. Intel, Intel логотипі және басқа Intel белгілері Intel корпорациясының немесе оның еншілес компанияларының сауда белгілері болып табылады. Intel өзінің FPGA және жартылай өткізгіш өнімдерінің Intel стандартты кепілдігіне сәйкес ағымдағы техникалық сипаттамаларға сәйкес орындалуына кепілдік береді, бірақ кез келген өнімдер мен қызметтерге кез келген уақытта ескертусіз өзгертулер енгізу құқығын өзіне қалдырады. Intel жазбаша түрде тікелей келіскен жағдайларды қоспағанда, Intel компаниясы осы құжатта сипатталған кез келген ақпаратты, өнімді немесе қызметті қолданудан немесе пайдаланудан туындайтын жауапкершілікті немесе жауапкершілікті өз мойнына алмайды. Intel тұтынушыларына кез келген жарияланған ақпаратқа сенбес бұрын және өнімдерге немесе қызметтерге тапсырыс бермес бұрын құрылғы сипаттамаларының соңғы нұсқасын алу ұсынылады.
*Басқа атаулар мен брендтер басқалардың меншігі ретінде талап етілуі мүмкін.
ISO
9001:2015
Тіркелген
Құжаттар / Ресурстар
 |
intel AN 769 FPGA температураны қашықтан анықтау диоды [pdf] Пайдаланушы нұсқаулығы AN 769 FPGA температураны қашықтан анықтау диоды, AN 769, FPGA температураны қашықтан анықтау диоды, температураны қашықтан анықтау диоды, температураны анықтау диоды, температураны анықтау диод |
