인텔 AN 769 FPGA 원격 온도 감지 다이오드 사용자 안내서

Intel® FPGA 온도 모니터링 시스템을 사용하면 타사 칩을 사용하여 접합 온도(TJ)를 모니터링할 수 있습니다. 이 외부 온도 모니터링 시스템은 Intel FPGA의 전원이 꺼졌거나 구성되지 않은 동안에도 작동합니다. 그러나 외부 칩과 Intel FPGA 원격 온도 감지 다이오드(TSD) 사이의 인터페이스를 설계할 때 고려해야 할 몇 가지 사항이 있습니다.
온도 감지 칩을 선택할 때 일반적으로 달성하려는 온도 정확도를 살펴봅니다. 그러나 최신 공정 기술과 다른 원격 TSD 설계를 사용하면 설계 정확도 요구 사항을 충족하기 위해 온도 감지 칩의 내장 기능도 고려해야 합니다.

Intel FPGA 원격 온도 측정 시스템의 작동을 이해하면 다음을 수행할 수 있습니다.

온도 감지 애플리케이션과 관련된 일반적인 문제를 알아보세요.

귀하의 애플리케이션 요구 사항, 비용 및 설계 시간을 충족하는 가장 적절한 온도 감지 칩을 선택하십시오.

인텔에서는 인텔이 검증한 로컬 TSD를 사용하여 다이 내부 온도를 측정할 것을 강력히 권장합니다. 인텔은 다양한 시스템 조건에서 외부 온도 센서의 정확성을 검증할 수 없습니다. 외부 온도 센서와 함께 원격 TSD를 사용하려면 이 문서의 지침을 따르고 온도 측정 설정의 정확성을 검증하십시오.

이 애플리케이션 노트는 Intel Stratix® 10 FPGA 장치 제품군에 대한 원격 TSD 구현에 적용됩니다.

구현 종료view

외부 온도 감지 칩은 Intel FPGA 원격 TSD에 연결됩니다. 원격 TSD는 PNP 또는 NPN 다이오드 연결 트랜지스터입니다.

그림 1. 온도 감지 칩과 Intel FPGA Remote TSD(NPN 다이오드) 간의 연결
그림 2. 온도 감지 칩과 Intel FPGA Remote TSD(PNP 다이오드) 간의 연결

다음 방정식은 베이스 이미터 전압과 관련하여 트랜지스터의 온도를 형성합니다.tag전자(VBE).

방정식 1. 트랜지스터 온도와 베이스 이미터 전압의 관계tag전자(VBE)어디:
- T - 온도(켈빈)
- q - 전자 전하(1.60 × 10−19 C)
- VBE—베이스 이미 터 볼륨tage
- k - 볼츠만 상수(1.38 × 10−23 J∙K−1)
- IC - 콜렉터 전류
- IS - 역포화 전류
- θ - 원격 다이오드의 이상 계수
  방정식 1을 다시 정리하면 다음 방정식을 얻게 됩니다.

방정식 2. VBE
일반적으로 온도 감지 칩은 잘 제어된 두 개의 연속 전류 I1과 I2를 P 및 N 핀에 강제로 적용합니다. 그런 다음 칩은 다이오드의 VBE 변화를 측정하고 평균화합니다. VBE의 델타는 방정식 3에 표시된 것처럼 온도에 정비례합니다.

방정식 3. VBE의 델타어디:
- n - 강제 유동 비율
- VBE1—베이스 이미 터 볼륨tagI1의 전자
- VBE2—베이스 이미 터 볼륨tagI2의 전자

구현 고려 사항

적절한 기능을 갖춘 온도 감지 칩을 선택하면 칩을 최적화하여 측정 정확도를 달성할 수 있습니다. 칩을 선택할 때 관련 정보의 주제를 고려하십시오.

이상성 요인(θ-인자) 불일치

외부 온도 다이오드를 사용하여 접합 온도 측정을 수행하는 경우 온도 측정의 정확도는 외부 다이오드의 특성에 따라 달라집니다. 이상성 계수는 이상적인 동작에서 다이오드의 편차를 측정하는 원격 다이오드의 매개변수입니다.
일반적으로 다이오드 제조업체의 데이터 시트에서 이상성 요인을 찾을 수 있습니다. 다양한 외부 온도 다이오드는 사용하는 설계 및 공정 기술이 다르기 때문에 다양한 값을 제공합니다.
이상성 불일치로 인해 심각한 온도 측정 오류가 발생할 수 있습니다. 심각한 오류를 방지하려면 구성 가능한 이상 요소를 갖춘 온도 감지 칩을 선택하는 것이 좋습니다. 불일치 오류를 제거하기 위해 칩의 이상성 요인 값을 변경할 수 있습니다.

Examp르 1. 온도 측정 오류에 대한 이상성 요인 기여

이 전ample는 이상성 요인이 온도 측정 오류에 어떻게 영향을 미치는지 보여줍니다. 예전에는amp즉, 계산 결과는 심각한 온도 측정 오류를 일으키는 이상성 불일치를 보여줍니다.

방정식 4. 측정된 온도에 대한 이상성 요인 관계

어디:

θTSC - 온도 감지 칩의 이상성 인자
TTSC - 온도 감지 칩이 읽는 온도
θRTD - 원격 온도 다이오드의 이상성 계수
TRTD - 원격 온도 다이오드의 온도

다음 단계에서는 다음 값이 주어지면 온도 감지 칩에 의한 온도 측정(TTSC)을 추정합니다.

온도 센서의 이상 계수(θTSC)는 1.005입니다.
원격 온도 다이오드의 이상 계수(θRTD)는 1.03입니다.
원격 온도 다이오드(TRTD)의 실제 온도는 80°C입니다.

80°C의 TRTD를 켈빈으로 변환합니다: 80 + 273.15 = 353.15 K.
수학식 4를 적용한다. 온도 감지 칩에 의해 계산된 온도는 1.005 × 353.15 = 344.57 K.TTSC = 1.03이다.

계산된 값을 섭씨로 변환합니다. TTSC = 344.57 K – 273.15 K = 71.43°C 이상 불일치로 인한 온도 오류(TE):
TE = 71.43°C – 80.0°C = –8.57°C

직렬 저항 오류

P 및 N 핀의 직렬 저항은 온도 측정 오류의 원인이 됩니다.

직렬 저항은 다음과 같습니다.

온도 다이오드의 P 및 N 핀의 내부 저항입니다.
예를 들어 보드 트레이스 저항amp르, 긴 보드 흔적.

직렬 저항으로 인해 추가 볼륨이 발생합니다.tage 온도 감지 경로에 떨어지면 측정 오류가 발생하여 온도 측정의 정확도에 영향을 줍니다. 일반적으로 이러한 상황은 2전류 온도 감지 칩으로 온도 측정을 수행할 때 발생합니다.

그림 3. 내부 및 온보드 직렬 저항직렬 저항이 증가할 때 발생하는 온도 오류를 설명하기 위해 일부 온도 감지 칩 제조업체에서는 저항 대비 원격 다이오드 온도 오류에 대한 데이터를 제공합니다.
그러나 직렬 저항 오류를 제거할 수 있습니다. 일부 온도 감지 칩에는 직렬 저항 제거 기능이 내장되어 있습니다. 직렬 저항 제거 기능은 수백 Ω 범위에서 수천 Ω을 초과하는 범위까지 직렬 저항을 제거할 수 있습니다.
인텔에서는 온도 감지 칩을 선택할 때 직렬 저항 취소 기능을 고려할 것을 권장합니다. 이 기능은 원격 트랜지스터에 대한 라우팅 저항으로 인해 발생하는 온도 오류를 자동으로 제거합니다.

온도 다이오드 베타 변형

공정 기술의 기하학적 구조가 작아짐에 따라 PNP 또는 NPN 기판의 베타(β) 값이 감소합니다.
온도 다이오드 베타 값이 낮아지면, 특히 온도 다이오드 콜렉터가 접지에 연결된 경우 베타 값은 3페이지의 방정식 5의 전류 비율에 영향을 미칩니다. 따라서 정확한 전류 비율을 유지하는 것이 중요합니다.
일부 온도 감지 칩에는 베타 보상 기능이 내장되어 있습니다. 회로의 베타 변화는 베이스 전류를 감지하고 이미터 전류를 조정하여 변화를 보상합니다. 베타 보상은 콜렉터 전류 비율을 유지합니다.

그림 4. Maxim Integrated*의 MAX10 베타 보상이 활성화된 Intel Stratix 31730 코어 패브릭 온도 다이오드
이 그림은 베타 보상이 활성화된 경우 측정 정확도가 달성되었음을 보여줍니다. 측정은 FPGA 전원이 꺼진 상태에서 수행되었습니다. 설정 온도와 측정 온도는 거의 비슷할 것으로 예상됩니다.

	0˚C	50˚C	100˚C
베타 보상 꺼짐	25.0625˚C	70.1875˚C	116.5625˚C
베타 보상 켜짐	-0.6875˚C	49.4375˚C	101.875˚C

차동 입력 커패시터

P 및 N 핀의 커패시터(CF)는 고주파수 잡음을 필터링하고 전자기 간섭(EMI)을 개선하는 데 도움이 되는 저역 통과 필터처럼 작동합니다.
큰 커패시턴스는 전환된 전류 소스의 상승 시간에 영향을 미치고 큰 측정 오류를 유발할 수 있으므로 커패시터 선택 시 주의해야 합니다. 일반적으로 온도 감지 칩 제조업체는 데이터 시트에 권장 정전 용량 값을 제공합니다. 커패시턴스 값을 결정하기 전에 커패시터 제조업체의 설계 지침이나 권장 사항을 참조하십시오.

그림 5. 차동 입력 커패시턴스

오프셋 보상

여러 요인이 동시에 측정 오류에 영향을 줄 수 있습니다. 때로는 단일 보상 방법을 적용해도 문제가 완전히 해결되지 않을 수 있습니다. 측정 오류를 해결하는 또 다른 방법은 오프셋 보상을 적용하는 것입니다.

메모: 인텔에서는 오프셋 보상 기능이 내장된 온도 감지 칩을 사용할 것을 권장합니다. 온도 감지 칩이 해당 기능을 지원하지 않는 경우 맞춤형 로직이나 소프트웨어를 통해 후처리 중에 오프셋 보상을 적용할 수 있습니다.
오프셋 보상은 온도 감지 칩의 오프셋 레지스터 값을 변경하여 계산된 오류를 제거합니다. 이 기능을 사용하려면 온도 프로를 수행해야 합니다.file 적용할 오프셋 값을 연구하고 식별합니다.

온도 감지 칩의 기본 설정을 사용하여 원하는 온도 범위에서 온도 측정값을 수집해야 합니다. 이후 다음 ex와 같이 데이터 분석을 수행한다.amp파일을 사용하여 적용할 오프셋 값을 결정합니다. 인텔에서는 여러 원격 온도 다이오드를 사용하여 여러 온도 감지 칩을 테스트하여 부품 간 변형을 다룰 것을 권장합니다. 그런 다음 분석의 측정 평균을 사용하여 적용할 설정을 결정합니다.
시스템 작동 조건에 따라 테스트할 온도 지점을 선택할 수 있습니다.

방정식 5. 오프셋 계수

Examp2입니다. 오프셋 보상 적용이 예에서는amp즉, 일련의 온도 측정값이 5개의 온도 지점으로 수집되었습니다. 방정식 XNUMX를 값에 적용하고 오프셋 계수를 계산합니다.

표 1. 오프셋 보정을 적용하기 전에 수집된 데이터

온도 설정		측정 온도
100도	373.15천	111.06도	384.21천
50도	323.15천	61.38도	334.53천
0도	273.15천	11.31도	284.46천

온도 범위의 중간 지점을 사용하여 오프셋 온도를 계산합니다. 이 전에서amp즉, 중간점이 설정온도 50°C 입니다.
오프셋 온도

= 오프셋 인자 × ( 측정온도 - 설정온도 )
= 0.9975 × (334.53 − 323.15)

= 11.35

필요한 경우 오프셋 온도 값과 기타 보상 요소를 온도 감지 칩에 적용하고 측정을 다시 수행합니다.

표 2. 오프셋 보정 적용 후 수집된 데이터

온도 설정	측정 온도	오류
100도	101.06도	1.06도
50도	50.13도	0.13도
0도	0.25도	0.25도

관련 정보
평가 결과
다시 제공view Maxim Integrated* 및 Texas Instruments* 온도 감지 칩을 사용한 오프셋 보상 방법의 평가 결과입니다.

평가 결과

평가에서 Maxim Integrated*의 MAX31730 및 Texas Instruments*의 TMP468 평가 키트는 Intel FPGA에 있는 여러 블록의 원격 온도 다이오드와 인터페이스하도록 수정되었습니다.

표 3. 평가된 블록 및 보드 모델

차단하다	온도 감지 칩 평가 보드
차단하다	텍사스 인스트루먼트의 TMP468	Maxim Integrate d의 MAX31730
Intel Stratix 10 코어 패브릭	예	예
H 타일 또는 L 타일	예	예
E-타일	예	예
P 타일	예	예

다음 그림은 Maxim Integrated 및 Texas Instruments 평가 보드를 사용한 Intel FPGA 보드의 설정을 보여줍니다.

그림 6. Maxim Integrated d의 MAX31730 평가 기판을 사용한 설정

그림 7. Texas Instruments의 TMP468 평가 보드를 사용한 설정

열 강제 장치(또는 온도 챔버를 사용할 수 있음)가 FPGA를 덮고 밀봉한 후 설정된 온도 지점에 따라 온도를 강제합니다.
이 테스트 동안 FPGA는 열 발생을 방지하기 위해 전원이 공급되지 않는 상태를 유지했습니다.
각 온도 테스트 지점의 담금 시간은 30분이었습니다.

평가 키트의 설정은 제조업체의 기본 설정을 사용했습니다.
설정 후 데이터 수집 및 분석을 위해 10페이지의 오프셋 보정 단계를 따랐습니다.

Maxim Integrated의 MAX31730 온도 감지 칩 평가 기판을 사용한 평가

이 평가는 오프셋 보상에 설명된 대로 설정 단계를 통해 수행되었습니다.
데이터는 오프셋 보상 적용 전후에 수집되었습니다. 단일 오프셋 값을 모든 블록에 적용할 수 없기 때문에 서로 다른 Intel FPGA 블록에 서로 다른 오프셋 온도가 적용되었습니다. 다음 그림은 결과를 보여줍니다.

그림 8. Intel Stratix 10 Core Fabric 데이터

그림 9. Intel FPGA H-Tile 및 L-Tile 데이터

그림 10. Intel FPGA E-Tile 데이터

그림 11. Intel FPGA P-Tile 데이터

Texas Instruments의 TMP468 온도 감지 칩 평가 기판을 사용한 평가

그림 12. Intel Stratix 10 Core Fabric 데이터

그림 13. Intel FPGA H-Tile 및 L-Tile 데이터

그림 14. Intel FPGA E-Tile 데이터

그림 15. Intel FPGA P-Tile 데이터

결론

다양한 온도 감지 칩 제조업체가 있습니다. 구성 요소 선택 시 인텔에서는 다음 사항을 고려하여 온도 감지 칩을 선택할 것을 적극 권장합니다.

구성 가능한 이상 요인 기능을 갖춘 칩을 선택하십시오.
직렬 저항 상쇄 기능이 있는 칩을 선택하세요.
베타 보상을 지원하는 칩을 선택하세요.

칩 제조업체의 권장 사항과 일치하는 커패시터를 선택하십시오.
온도 프로를 수행한 후 적절한 보상을 적용하십시오.file 공부하다.

구현 고려 사항 및 평가 결과를 기반으로 측정 정확도를 달성하려면 설계의 온도 감지 칩을 최적화해야 합니다.

AN 769의 문서 개정 내역: 인텔 FPGA 원격 온도 감지 다이오드 구현 가이드

문서 버전	변화
2022.04.06	이상성 요인 불일치에 관한 주제에서 온도 감지 칩 온도 계산을 수정했습니다. 오프셋 온도 계산 수정amp오프셋 보상에 관한 주제에 대해 알아보세요.
2021.02.09	최초 출시.

인텔사. 판권 소유. 인텔, 인텔 로고 및 기타 인텔 마크는 인텔사 또는 그 자회사의 상표입니다. Intel은 Intel의 표준 보증에 따라 FPGA 및 반도체 제품의 성능을 현재 사양으로 보증하지만 언제든지 통지 없이 제품 및 서비스를 변경할 수 있는 권한을 보유합니다. 인텔은 인텔이 서면으로 명시적으로 동의한 경우를 제외하고 여기에 설명된 정보, 제품 또는 서비스의 응용 프로그램 또는 사용으로 인해 발생하는 책임을 지지 않습니다. 인텔 고객은 게시된 정보에 의존하기 전에 그리고 제품이나 서비스를 주문하기 전에 장치 사양의 최신 버전을 확인하는 것이 좋습니다.
*다른 이름과 브랜드는 다른 사람의 재산이라고 주장될 수 있습니다.

ISO
9001시 2015분
등기

문서 / 리소스

인텔 AN 769 FPGA 원격 온도 감지 다이오드 [PDF 파일] 사용자 가이드
AN 769 FPGA 원격 온도 감지 다이오드, AN 769, FPGA 원격 온도 감지 다이오드, 원격 온도 감지 다이오드, 온도 감지 다이오드, 감지 다이오드

참고문헌

사용자 설명서

인텔 AN 769 FPGA 원격 온도 감지 다이오드

소개