intel AN 769 FPGA алыстан температураны аныктоо диоду

Introduction

Заманбап электрондук колдонмолордо, өзгөчө температураны көзөмөлдөөнү талап кылган колдонмолордо чипте температураны өлчөө өтө маанилүү.

Жогорку өндүрүмдүүлүк системалары ички жана сырткы чөйрөлөр үчүн так температура өлчөөлөрүнө таянат.

• Ишти оптималдаштыруу
• ишенимдуу иштешин камсыз кылуу
• Компоненттердин бузулушун алдын алуу

Intel® FPGA температураны көзөмөлдөө тутуму түйүндөрдүн температурасын (TJ) көзөмөлдөө үчүн үчүнчү тараптын чиптерин колдонууга мүмкүндүк берет. Бул тышкы температураны көзөмөлдөө системасы Intel FPGA өчүрүлгөндө же конфигурацияланбаган учурда да иштейт. Бирок, сиз тышкы чип менен Intel FPGA аралыктан температура сезгич диоддорунун (TSDs) ортосундагы интерфейсти иштеп чыгууда бир нече нерсени эске алышыңыз керек.
Температураны сезгич чипти тандаганыңызда, адатта, сиз жетишүүнү каалаган температуранын тактыгына карайсыз. Бирок, эң акыркы процесс технологиясы жана башка алыскы TSD дизайны менен, дизайн тактык талаптарына жооп берүү үчүн температураны сезүүчү чиптин орнотулган өзгөчөлүктөрүн да эске алышыңыз керек.

Intel FPGA аралыктан температураны өлчөө системасынын иштешин түшүнүү менен, сиз:

• Температураны аныктоо колдонмолору менен жалпы көйгөйлөрдү табыңыз.
• Колдонмоңуздун муктаждыктарына, баасына жана долбоорлоо убактысына жооп берген эң ылайыктуу температура сезүүчү чипти тандаңыз.

Intel сизди өлчөмдөгү температураны Intel тастыктаган жергиликтүү TSDлер аркылуу өлчөөнү катуу сунуштайт. Intel ар кандай система шарттарында тышкы температура сенсорлорунун тактыгын текшере албайт. Эгер сиз алыскы TSDлерди тышкы температура сенсорлору менен колдонгуңуз келсе, бул документтеги көрсөтмөлөрдү аткарып, температураны өлчөө жөндөөлөрүңүздүн тактыгын текшериңиз.

Бул колдонмо эскертүүсү Intel Stratix® 10 FPGA түзмөктөрүнүн үй-бүлөсү үчүн алыскы TSD ишке ашырууга тиешелүү.

Ишке ашыруу бүттүview

Тышкы температураны сезүүчү чип Intel FPGA алыскы TSD менен туташат. Алыскы TSD бул PNP же NPN диоду менен туташтырылган транзистор.

• 1-сүрөт. Температураны аныктоо чипинин жана Intel FPGA Remote TSD (NPN диод) ортосундагы байланыш
• 2-сүрөт. Температураны аныктоо чипи менен Intel FPGA Remote TSD (PNP диод) ортосундагы байланыш

Төмөнкү теңдеме транзистордун температурасын база-эмиттердин көлөмүнө карата түзөтtage (VBE).

• Теңдеме 1. Транзистордун температурасынын базалык эмиттерге болгон байланышыtage (VBE)Кайда:
  • Т—Кельвиндеги температура
  • q — электрон заряды (1.60 × 10−19 С)
  • VBE — базалык эмитент томtage
  • k—Больцман туруктуусу (1.38 × 10−23 J∙K−1)
  • IC - коллектордук ток
  • IS — тескери каныккан ток
  • η — диоддун идеалдуулук фактору
    1-теңдемени кайра иретке келтирип, сиз төмөнкү теңдемени аласыз.

• Теңдеме 2. VBE
  Эреже катары, температураны сезүүчү чип P жана N пиндеринде I1 жана I2 катары менен жакшы башкарылган эки токту күчтөйт. Андан кийин чип диоддун VBE өзгөрүшүн өлчөйт жана орточо кылат. VBEдеги дельта 3-тендемеде көрсөтүлгөндөй, температурага түз пропорционал.
• Теңдеме 3. VBEдеги DeltaКайда:
  • n — мажбурланган токтун катышы
  • VBE1 — базалык эмитент томtage I1де
  • VBE2 — базалык эмитент томtage I2де

Ишке ашырууну кароо

Температураны сезгич чипти тиешелүү функциялар менен тандоо өлчөөнүн тактыгына жетүү үчүн чипти оптималдаштырууга мүмкүндүк берет. Чипти тандап жатканда тиешелүү маалыматтагы темаларды карап көрүңүз.

Тиешелүү маалымат

• Идеалдуулук фактору (η-Фактор) дал келбестиги
• Сериялык каршылык катасы
• Температура диодунун бета өзгөрүшү
• Дифференциалдык киргизүү конденсатору
• Оффсеттик компенсация

Идеалдуулук фактору (η-Фактор) дал келбестиги

Тышкы температура диодунун жардамы менен туташтырылган температураны өлчөгөндө, температураны өлчөөнүн тактыгы тышкы диоддун өзгөчөлүктөрүнө жараша болот. Идеалдуулук фактору диоддун идеалдуу жүрүм-турумунан четтөөсүн өлчөөчү алыскы диоддун параметри.
Адатта идеалдуулук факторун диод өндүрүүчүсүнүн маалымат баракчасынан таба аласыз. Ар кандай тышкы температуралык диоддор ар кандай дизайн жана технологияны колдонгондуктан сизге ар кандай маанилерди берет.
Идеалдуулуктун дал келбеши температураны өлчөөдө олуттуу ката кетириши мүмкүн. Маанилүү катаны болтурбоо үчүн, Intel конфигурациялануучу идеалдуулук факторуна ээ болгон температура сезгич чипти тандоону сунуштайт. Дал келбөө катасын жоюу үчүн чиптеги идеалдуулук факторунун маанисин өзгөртө аласыз.

• Example 1. Температураны өлчөө катасына идеалдуулук факторунун салымы

Бул эксample идеалдуулук фактору температураны өлчөө катасына кандай салым кошоорун көрсөтөт. мурдагыample, эсептөө маанилүү температураны өлчөө катасын пайда идеалдуу дал келбестигин көрсөтөт.

• Теңдеме 4. Идеалдуулук факторунун өлчөнгөн температурага байланышы

Кайда:

• ηTSC — температураны сезүүчү чиптин идеалдуу фактору
• TTSC - температураны аныктоочу чип тарабынан окулган температура
• ηRTD — алыскы температура диодунун идеалдуу фактору
• TRTD — алыскы температура диодундагы температура

Төмөнкү кадамдар төмөнкү маанилерди эске алуу менен температураны өлчөөнү (TTSC) температураны сезүүчү чиптин жардамы менен баалайт:

• Температура сенсорунун идеалдуу коэффициенти (ηTSC) 1.005
• Алыскы температура диодунун (ηRTD) идеалдуу коэффициенти 1.03
• Алыскы температура диодундагы (TRTD) иш жүзүндөгү температура 80°C

 

1. 80°C TRTDди Келвинге айландырыңыз: 80 + 273.15 = 353.15 К.
2. 4-теңдемени колдонуңуз. Температураны сезүүчү чип тарабынан эсептелген температура 1.005 × 353.15 = 344.57 K.TTSC = 1.03
3. Эсептелген маанини Цельсийге айлантыңыз: TTSC = 344.57 K – 273.15 K = 71.43°C Идеалдуулуктун дал келбегендигинен келип чыккан температура катасы (TE):
   TE = 71.43°C – 80.0°C = –8.57°C

Сериялык каршылык катасы

P жана N пиндериндеги катар каршылык температураны өлчөө катасына өбөлгө түзөт.

катар каршылык болушу мүмкүн:

• Температура диодунун P жана N пининин ички каршылыгы.
• Башкарманын изи каршылык, мисалыampле, узун тактайдын изи.

катар каршылык кошумча том пайда кылатtage температураны өлчөөнүн тактыгына таасир этүүчү температураны сезүү жолуна түшүп, өлчөө катасына алып келет. Эреже катары, бул жагдай 2 учурдагы температураны сезүүчү чип менен температураны өлчөгөндө болот.

3-сүрөт. Ички жана борттогу сериялык каршылыкСериялык каршылык жогорулаганда пайда болгон температура катасын түшүндүрүү үчүн, кээ бир температура сезүүчү чип өндүрүүчүсү диоддун каршылыкка каршы аралыктагы температура катасы үчүн маалыматтарды берет.
Бирок, сиз катар каршылык катасын жок кыла аласыз. Кээ бир температура сезгич чипинде орнотулган сериялык каршылыкты жокко чыгаруу өзгөчөлүгү бар. Сериялык каршылыкты жокко чыгаруу өзгөчөлүгү катар каршылыкты бир нече жүз Ом диапазондон бир нече миң Омдон ашкан диапазонго чейин жок кыла алат.
Температураны сезүүчү чипти тандаганда Intel сериялык каршылыкты жокко чыгаруу өзгөчөлүгүн эске алууну сунуштайт. Функция алыскы транзисторго маршруттун каршылыгынан келип чыккан температура катасын автоматтык түрдө жок кылат.

Температура диодунун бета өзгөрүшү

Процесс технологиясынын геометриялары кичирейген сайын, PNP же NPN субстратынын Бета(β) мааниси төмөндөйт.
Температуралык диоддун Бета мааниси азайган сайын, өзгөчө температуралык диоддун коллектору жерге байланган болсо, Бета мааниси 3-беттеги 5-тендемедеги учурдагы катышка таасирин тийгизет. Ошондуктан, токтун так катышын сактоо өтө маанилүү.
Кээ бир температура сезгич микросхемалардын бета компенсациясынын камтылган өзгөчөлүгү бар. Схемалардын Бета вариациясы базалык токту сезет жана вариациянын ордун толтуруу үчүн эмитенттин тогун тууралайт. Бета компенсациясы коллектордун учурдагы катышын сактап турат.

4-сүрөт. Maxim Integrated*'s MAX10 Бета компенсациясы иштетилген Intel Stratix 31730 негизги кездеме температурасынын диоду
Бул көрсөткүч өлчөө тактыгына Бета компенсациясы иштетилгенде жетишилгенин көрсөтүп турат. Өлчөөлөр FPGA өчүрүү шартында кабыл алынган — белгиленген жана өлчөнгөн температура жакын болушу күтүлүүдө.

	0˚C	50˚C	100˚C
Бета компенсация өчүк	25.0625˚C	70.1875˚C	116.5625˚C
Бета компенсация күйүк	-0.6875˚C	49.4375˚C	101.875˚C

Дифференциалдык киргизүү конденсатору

P жана N пиндериндеги конденсатор (CF) жогорку жыштыктагы ызы-чууларды чыпкалоого жана электромагниттик тоскоолдуктарды (EMI) жакшыртууга жардам берген төмөн өткөрүүчү чыпка сыяктуу иштейт.
Конденсаторду тандоодо этият болушуңуз керек, анткени чоң сыйымдуулук которулган ток булагынын көтөрүлүү убактысына таасирин тийгизип, чоң өлчөө катасын алып келиши мүмкүн. Эреже катары, температура сезгич чип өндүрүүчүсү алардын маалымат баракчасында сунушталган сыйымдуулук маанисин берет. Сыйымдуулуктун маанисин чечүүдөн мурун конденсатордун өндүрүүчүсүнүн долбоорлоо көрсөтмөлөрүн же сунуштарын караңыз.

5-сүрөт. Дифференциалдык киргизүү сыйымдуулугу

Оффсеттик компенсация

Бир эле учурда бир нече факторлор өлчөө катасына салым кошо алат. Кээде бир компенсация ыкмасын колдонуу менен маселени толугу менен чечүүгө болбойт. Өлчөө катасын чечүүнүн дагы бир ыкмасы офсеттик компенсацияны колдонуу болуп саналат.

Эскертүү:  Intel сизге орнотулган офсеттик компенсациясы бар температураны аныктоочу чипти колдонууну сунуштайт. Температураны сезүүчү чип бул функцияны колдоого албаса, сиз ыңгайлаштырылган логика же программалык камсыздоо аркылуу кийинки иштетүү учурунда офсеттик компенсацияны колдонсоңуз болот.
Офсеттик компенсация эсептелген катаны жоюу үчүн температураны сезүүчү чиптен офсет регистринин маанисин өзгөртөт. Бул функцияны колдонуу үчүн, сиз про температураны аткарышыңыз керекfile изилдөө жана колдонуу үчүн алмаштыруу наркын аныктоо.

Сиз температураны аныктоочу чиптин демейки жөндөөлөрү менен керектүү температура диапазонунда температура өлчөөлөрүн чогултушуңуз керек. Андан кийин, төмөнкү мисалдагыдай маалыматтарды талдоо жүргүзүңүзample колдонуу үчүн офсеттик маанини аныктоо. Intel жарым-жартылай вариацияларды жабуу үчүн бир нече алыстан температура диоду менен бир нече температура сезүүчү чиптерди сынап көрүүнү сунуштайт. Андан кийин, колдонула турган орнотууларды аныктоо үчүн анализде орточо өлчөөлөрдү колдонуңуз.
Сиз системаңыздын иштөө шартына жараша сыноо үчүн температура чекиттерин тандай аласыз.

Теңдеме 5. Оффсеттик фактор

Example 2. Офсеттик компенсацияны колдонуу Бул эксample, температура өлчөө комплекси үч температура пункттары менен чогултулган. Маанилерге 5-тендемени колдонуңуз жана алмаштыруу коэффициентин эсептеңиз.

Таблица 1. Офсеттик компенсацияны колдонуудан мурун чогултулган маалыматтар

Температураны коюу		Ченилген 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

Температура диапазонунун ортоңку чекитин колдонуңуз. Бул эксample, орто чекит 50 ° C белгиленген температура болуп саналат.
Температураны алмаштыруу

• = Офсеттик фактор × ( Өлчөнгөн температура− Орнотуу температурасы )
• = 0.9975 × (334.53 − 323.15)
• = 11.35

Температураны аныктоочу чипке зарыл болсо, офсеттик температуранын маанисин жана башка компенсация факторлорун колдонуңуз жана өлчөөнү кайра жүргүзүңүз.

Таблица 2. Офсеттик компенсацияны колдонгондон кийин чогултулган маалыматтар

Температураны коюу	Ченилген Температура	Ката
100°C	101.06°C	1.06°C
50°C	50.13°C	0.13°C
0°C	0.25°C	0.25°C

Тиешелүү маалымат
Баалоо натыйжалары
кайра камсыз кылатview Maxim Integrated* жана Texas Instruments* температураны сезүүчү чиптери менен офсеттик компенсациялоо ыкмасын баалоо натыйжаларынын.

Баалоо натыйжалары

Баалоодо Maxim Integrated*'s MAX31730 жана Texas Instruments*'s TMP468 баалоо комплекттери Intel FPGAдагы бир нече блоктордун алыскы температуралык диоддору менен иштөө үчүн өзгөртүлгөн.

Таблица 3. Бааланган блоктор жана такта моделдери

Блок	Температураны аныктоочу чипти баалоо кеңеши
	Texas Instruments' TMP468	Maxim Integrate d's MAX31730
Intel Stratix 10 негизги кездеме	Ооба	Ооба
H плитка же L плитка	Ооба	Ооба
Электрондук плитка	Ооба	Ооба
P-плитка	Ооба	Ооба

Төмөнкү сандар Intel FPGA тактасынын Maxim Integrated жана Texas Instruments баалоо такталары менен орнотулушун көрсөтөт.

6-сүрөт. Maxim Integrate d's MAX31730 баалоо кеңеши менен орнотуу

7-сүрөт. Texas Instruments'тин TMP468 баалоо кеңеши менен орнотуу

• Термикалык күч - же болбосо, сиз температуралык камераны колдонсоңуз болот - FPGAны жаап, мөөр басып, температураны белгиленген температура чекитине ылайык мажбурлай аласыз.
• Бул сыноо учурунда FPGA жылуулукту жаратпаш үчүн энергиясыз абалда калды.
• Температураны сыноонун ар бир пункту үчүн чылуу убактысы 30 мүнөттү түздү.
• Баалоо топтомдорундагы орнотуулар өндүрүүчүлөрдүн демейки жөндөөлөрүн колдонушкан.
• Орнотуудан кийин, маалыматтарды чогултуу жана талдоо үчүн 10-беттеги Офсеттик компенсация кадамдары аткарылды.

Maxim Integrated's MAX31730 Температура сенсордук чипти баалоо кеңеши менен баалоо

Бул баалоо Оффсеттик компенсацияда сүрөттөлгөндөй орнотуу кадамдары менен жүргүзүлдү.
Маалыматтар офсеттик компенсацияны колдонууга чейин жана кийин чогултулган. Ар кандай Intel FPGA блокторуна ар кандай офсет температурасы колдонулду, анткени бир офсеттик маани бардык блокторго колдонулбайт. Төмөнкү сандар жыйынтыктарды көрсөтүп турат.

Сүрөт 8. Intel Stratix 10 Core Fabric үчүн маалыматтар

Сүрөт 9. Intel FPGA H-Tile жана L-Tile үчүн маалыматтар

10-сүрөт. Intel FPGA E-Tile үчүн маалыматтар

Сүрөт 11. Intel FPGA P-Tile үчүн маалыматтар

Texas Instruments'тин TMP468 Температураны аныктоочу чипти баалоо кеңеши менен баалоо

Бул баалоо Оффсеттик компенсацияда сүрөттөлгөндөй орнотуу кадамдары менен жүргүзүлдү.
Маалыматтар офсеттик компенсацияны колдонууга чейин жана кийин чогултулган. Ар кандай Intel FPGA блокторуна ар кандай офсет температурасы колдонулду, анткени бир офсеттик маани бардык блокторго колдонулбайт. Төмөнкү сандар жыйынтыктарды көрсөтүп турат.

Сүрөт 12. Intel Stratix 10 Core Fabric үчүн маалыматтар

Сүрөт 13. Intel FPGA H-Tile жана L-Tile үчүн маалыматтар

14-сүрөт. Intel FPGA E-Tile үчүн маалыматтар

Сүрөт 15. Intel FPGA P-Tile үчүн маалыматтар

Корутунду

Температураны аныктоочу микросхемалардын көптөгөн өндүрүүчүлөрү бар. Компоненттерди тандоодо, Intel төмөнкү ойлорду эске алуу менен температураны сезүүчү чипти тандоону катуу сунуштайт.

1. Конфигурациялануучу идеалдуулук фактору менен чипти тандаңыз.
2. Сериялык каршылыкты жокко чыгаруучу чипти тандаңыз.
3. Бета компенсациясын колдогон чипти тандаңыз.
4. Чип өндүрүүчүнүн сунуштарына дал келген конденсаторлорду тандаңыз.
5. Профессионалдык температураны аткаргандан кийин тиешелүү компенсацияны колдонуңузfile окуу.

Ишке ашырууну карап чыгуунун жана баалоо натыйжаларынын негизинде өлчөөнүн тактыгына жетүү үчүн дизайныңыздагы температураны сезүүчү чипти оптималдаштыруу керек.

AN 769 үчүн документти кайра карап чыгуу тарыхы: Intel FPGA алыстан температураны аныктоочу диодду ишке ашыруу боюнча колдонмо

Документтин версиясы	Өзгөрүүлөр
2022.04.06	Идеалдуулук факторунун дал келбегендиги жөнүндө темада температураны сезүүчү чиптин температурасын эсептөө оңдолду. Оффсеттик температуранын эсеби оңдолдуampле офсеттик компенсация жөнүндө темада.
2021.02.09	Алгачкы чыгаруу.

Intel корпорациясы. Бардык укуктар корголгон. Intel, Intel логотиби жана башка Intel белгилери Intel корпорациясынын же анын туунду компанияларынын соода белгилери болуп саналат. Intel өзүнүн FPGA жана жарым өткөргүч өнүмдөрүн Intelдин стандарттык гарантиясына ылайык учурдагы спецификацияларга кепилдик берет, бирок каалаган убакта эскертүүсүз каалаган өнүмгө жана кызматтарга өзгөртүү киргизүү укугун өзүнө калтырат. Intel бул жерде сүрөттөлгөн кандайдыр бир маалыматты, продуктуну же кызматты колдонуудан же колдонуудан келип чыккан эч кандай жоопкерчиликти же жоопкерчиликти өзүнө албайт, Intel тарабынан жазуу жүзүндө ачык макулдашылгандан башка учурларда. Intel кардарларына жарыяланган маалыматка таянардан мурун жана өнүмдөр же кызматтарга буйрутма берүүдөн мурун түзмөктүн спецификацияларынын акыркы версиясын алуу сунушталат.
*Башка ысымдар жана бренддер башкалардын менчиги катары талап кылынышы мүмкүн.

ISO
9001:2015
Катталган

Документтер / Ресурстар

intel AN 769 FPGA алыстан температураны аныктоо диоду [pdf] Колдонуучунун колдонмосу AN 769 FPGA алыстан температураны аныктоо диоду, AN 769, FPGA алыстан температураны аныктоо диоду, температураны алыстан сезгич диод, температураны сезгич диод

Шилтемелер

• User Manual