Интел AN 769 FPGA Диода за далечинско сензорирање на температура
Вовед
Во современите електронски апликации, особено апликациите кои бараат критична контрола на температурата, мерењето на температурата на чипот е од клучно значење.
Системите со високи перформанси се потпираат на точни мерења на температурата за внатрешни и надворешни средини.
- Оптимизирајте ги перформансите
- Обезбедете сигурна работа
- Спречете оштетување на компонентите
Системот за следење на температурата Intel® FPGA ви овозможува да користите чипови од трети страни за да ја следите температурата на спојницата (TJ). Овој надворешен систем за следење на температурата работи дури и додека Intel FPGA е исклучен или не е конфигуриран. Сепак, има неколку работи што мора да ги земете предвид кога го дизајнирате интерфејсот помеѓу надворешниот чип и далечинските диоди за мерење температура на Intel FPGA (TSD).
Кога избирате чип за сензори за температура, обично ја гледате точноста на температурата што сакате да ја постигнете. Меѓутоа, со најновата технологија за процесирање и различен дизајн на далечински TSD, мора да ги земете предвид и вградените карактеристики на чипот за сензори за температура за да ги исполните вашите барања за прецизност на дизајнот.
Со разбирање на работата на системот за далечинско мерење на температурата на Intel FPGA, можете:
- Откријте заеднички проблеми со апликациите за сензори за температура.
- Изберете го најсоодветниот чип за сензори за температура што ги задоволува вашите потреби за апликација, трошоците и времето на дизајнирање.
Интел силно препорачува да ја мерите температурата на матрицата користејќи локални TSD-и, кои Intel ги потврди. Интел не може да ја потврди точноста на надворешните сензори за температура под различни системски услови. Ако сакате да ги користите далечинските TSD со надворешни сензори за температура, следете ги упатствата во овој документ и потврдете ја точноста на поставувањето за мерење на температурата.
Оваа белешка за апликација се однесува на далечинско спроведување на TSD за семејството на уреди Intel Stratix® 10 FPGA.
Имплементацијата завршиview
Чипот за сензори за надворешна температура се поврзува со далечинскиот управувач Intel FPGA TSD. Далечинскиот TSD е транзистор поврзан со диоди PNP или NPN.
- Слика 1. Поврзување помеѓу чипот со сензори за температура и далечинскиот управувач Intel FPGA TSD (NPN диода)
- Слика 2. Поврзување помеѓу чипот со сензори за температура и далечинскиот управувач Intel FPGA TSD (PNP диода)
Следната равенка ја формира температурата на транзистор во однос на базниот емитер voltage (VBE).
- Равенка 1. Врска помеѓу температурата на транзисторот до базниот емитер Voltage (VBE)
Каде:
- Т - Температура во Келвин
- q-електронскиот полнеж (1.60 × 10−19 C)
- VBE - базен емитер волtage
- k-Болцманова константа (1.38 × 10−23 J∙K−1)
- IC - струја на колекторот
- IS - обратна струја на сатурација
- η-факторот на идеалност на далечинската диода
Преуредувајќи ја равенката 1, ја добивате следната равенка.
- Равенка 2. VBE
Вообичаено, чипот за сензори за температура принудува две последователни добро контролирани струи, I1 и I2 на пиновите P и N. Потоа чипот ја мери и ја просекува промената на VBE на диодата. Делта во VBE е директно пропорционална со температурата, како што е прикажано во равенката 3. - Равенка 3. Делта во VBE
Каде:
- n - однос на принудна струја
- VBE1 - базен емитер волtagд на I1
- VBE2 - базен емитер волtagд на I2
Разгледување за имплементација
Изборот на чипот за мерење температура со соодветни карактеристики ви овозможува да го оптимизирате чипот за да постигнете точност на мерењето. Разгледајте ги темите во поврзаните информации кога ќе го изберете чипот.
- Фактор на идеалност (η-фактор) Несовпаѓање
- Грешка во серискиот отпор
- Температурна диода бета варијација
- Диференцијален влезен кондензатор
- Офсет компензација
Фактор на идеалност (η-фактор) Несовпаѓање
Кога вршите мерење на температурата на спојот со помош на надворешна температурна диода, точноста на мерењето на температурата зависи од карактеристиките на надворешната диода. Факторот на идеалност е параметар на далечинска диода што го мери отстапувањето на диодата од нејзиното идеално однесување.
Факторот на идеалност обично можете да го најдете во листот со податоци од производителот на диодата. Различните надворешни температурни диоди ви даваат различни вредности поради различните технологии за дизајн и процес што ги користат.
Несовпаѓањето на идеалноста може да предизвика значителна грешка при мерењето на температурата. За да се избегне значајната грешка, Интел препорачува да изберете чип за сензори за температура што има конфигурабилен фактор на идеалност. Можете да ја промените вредноста на факторот на идеалност во чипот за да ја елиминирате грешката на несовпаѓање.
- Examp1. Придонес на факторот на идеалност за грешка при мерење на температурата
Овој ексample покажува како факторот на идеалност придонесува за грешката во мерењето на температурата. Во ексampле, пресметката го покажува несовпаѓањето на идеалноста што предизвикува значителна грешка при мерењето на температурата.
- Равенка 4. Однос на факторот на идеалност со измерената температура
Каде:
- ηTSC - фактор на идеалност на чипот за сензори за температура
- TTSC-температура што ја чита чипот за сензори за температура
- ηRTD - фактор на идеалност на далечинската температурна диода
- TRTD-температура на далечинската температурна диода
Следниве чекори го проценуваат мерењето на температурата (TTSC) со чипот за сензори за температура, со оглед на следните вредности:
- Факторот на идеалност на сензорот за температура (ηTSC) е 1.005
- Факторот на идеалност на далечинската температурна диода (ηRTD) е 1.03
- Вистинската температура на далечинската температурна диода (TRTD) е 80°C
- Претворете го TRTD од 80°C во Келвин: 80 + 273.15 = 353.15 К.
- Примени ја равенката 4. Пресметаната температура со чипот за сензори за температура е 1.005 × 353.15 = 344.57 K.TTSC = 1.03
- Претворете ја пресметаната вредност во Целзиусови: TTSC = 344.57 K – 273.15 K = 71.43°C Температурната грешка (TE) предизвикана од несовпаѓањето на идеалноста:
TE = 71.43°C – 80.0°C = –8.57°C
Грешка во серискиот отпор
Серискиот отпор на пиновите P и N придонесува за грешка при мерењето на температурата.
Серискиот отпор може да биде од:
- Внатрешниот отпор на P и N пиновите на температурната диода.
- Отпорот на трага на таблата, на прampле, долга табла трага.
Серискиот отпор предизвикува дополнителен волуменtage да падне на патеката за сензори за температура и резултира со грешка при мерењето, што влијае на точноста на мерењето на температурата. Вообичаено, оваа ситуација се случува кога вршите мерење на температурата со чип со 2-тековни сензори за температура.
Слика 3. Внатрешен и отпор на серијата на одборот
За да се објасни температурната грешка настаната кога серискиот отпор се зголемува, некои производители на чипови за сензори за температура ги обезбедуваат податоците за грешката на температурата на далечинската диода наспроти отпорот.
Сепак, можете да ја елиминирате грешката на серискиот отпор. Некои чипови за сензори за температура имаат вградена функција за откажување на серискиот отпор. Функцијата за откажување на серискиот отпор може да го елиминира серискиот отпор од опсег од неколку стотици Ω до опсег што надминува неколку илјади Ω.
Интел препорачува да ја земете предвид функцијата за откажување на серискиот отпор кога ќе го изберете чипот за сензори за температура. Функцијата автоматски ја елиминира температурната грешка предизвикана од отпорот на насочувањето кон далечинскиот транзистор.
Температурна диода бета варијација
Како што геометриите на процесната технологија стануваат помали, вредноста на Бета(β) на PNP или NPN подлогата се намалува.
Како што бета вредноста на температурната диода се намалува, особено ако колекторот на температурната диода е врзан за земја, бета вредноста влијае на тековниот однос на Равенката 3 на страница 5. Затоа, одржувањето на точен однос на струјата е од клучно значење.
Некои чипови за сензори за температура имаат вградена функција за бета компензација. Бета варијацијата на колото ја чувствува основната струја и ја прилагодува струјата на емитер за да ја компензира варијацијата. Бета компензацијата го одржува односот на струјата на колекторот.
Слика 4. Intel Stratix 10-core температурна диода од ткаенина со овозможена бета компензација на Maxim Integrated*'s MAX31730
Оваа бројка покажува дека точноста на мерењето се постигнува со овозможена бета компензација. Мерењата се направени за време на исклучување на FPGA - поставените и измерените температури се очекува да бидат блиски.
| 0˚С | 50˚С | 100˚С | |
| Бета компензацијата е исклучена | 25.0625˚С | 70.1875˚С | 116.5625˚С |
| Бета компензација е вклучено | -0.6875˚C | 49.4375˚С | 101.875˚С |
Диференцијален влезен кондензатор
Кондензаторот (CF) на пиновите P и N делува како нископропусен филтер кој помага да се филтрира бучавата со висока фреквенција и да се подобрат електромагнетните пречки (EMI).
Мора да бидете внимателни при изборот на кондензатор бидејќи големата капацитивност може да влијае на времето на пораст на изворот на прекината струја и да воведе огромна грешка при мерењето. Вообичаено, производителот на чипот со сензори за температура ја дава препорачаната вредност на капацитетот во нивниот лист со податоци. Погледнете ги упатствата или препораките за дизајн на производителот на кондензаторот пред да одлучите за вредноста на капацитетот.
Слика 5. Диференцијален влезен капацитет
Офсет компензација
Повеќе фактори можат истовремено да придонесат за грешка во мерењето. Некогаш, примената на единствен метод за компензација може да не го реши целосно проблемот. Друг метод за решавање на грешката во мерењето е да се примени офсет компензација.
Забелешка: Интел препорачува да користите чип за мерење температура со вградена компензација за поместување. Ако чипот за сензори за температура не ја поддржува функцијата, може да примените офсет компензација за време на пост-обработка преку приспособена логика или софтвер.
Компензацијата за поместување ја менува вредноста на регистерот за поместување од чипот за сензори за температура за да ја елиминира пресметаната грешка. За да ја користите оваа функција, мора да извршите професионална температураfile проучувајте и идентификувајте ја вредноста на офсет што треба да се примени.
Мора да соберете мерења на температурата низ саканиот температурен опсег со стандардните поставки на чипот за сензори за температура. Потоа, направете анализа на податоците како во следното прample за да се одреди вредноста на офсет што треба да се примени. Интел препорачува да тестирате неколку чипови за мерење температура со неколку далечински температурни диоди за да се осигурате дека ги покривате варијациите од дел до дел. Потоа, користете го просекот на мерењата во анализата за да ги одредите поставките што треба да се применат.
Можете да ги изберете температурните точки за тестирање врз основа на состојбата на вашиот систем за работа.
Равенка 5. Фактор на поместување
Exampле 2. Примена на офсет компензацијаВо овој прampле, збир на мерења на температурата беа собрани со три температурни точки. Примени ја равенката 5 на вредностите и пресметај го факторот на поместување.
Табела 1. Податоци собрани пред да се примени офсет компензација
| Поставете температура | Измерена 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 |
Користете ја средната точка на температурниот опсег за да ја пресметате температурата на поместување. Во овој ексampЛе, средната точка е поставената температура од 50°C.
Офсетна температура
- = Фактор на поместување × ( Измерена температура - Поставена температура )
- = 0.9975 × (334.53 - 323.15)
- = 11.35
Применете ја вредноста на поместувањето на температурата и другите фактори за компензација, доколку е потребно, во чипот за сензори за температура и повторно преземете го мерењето.
Табела 2. Податоци собрани по примена на компензација за офсет
| Поставете температура | Измерена температура | Грешка |
| 100°C | 101.06°C | 1.06°C |
| 50°C | 50.13°C | 0.13°C |
| 0°C | 0.25°C | 0.25°C |
Поврзани информации
Резултати од евалуацијата
Обезбедува реview на резултатите од евалуацијата на методот на офсет компензација со Maxim Integrated* и Texas Instruments* чипови за сензори за температура.
Резултати од евалуацијата
Во евалуацијата, комплетите за евалуација MAX31730 на Maxim Integrated* и TMP468 на Texas Instruments* беа изменети за да имаат интерфејс со далечинските температурни диоди на неколку блокови во Intel FPGA.
Табела 3. Оценети блокови и модели на табли
| Блокирај | Одбор за евалуација на чип со сензор за температура | |
| TMP468 на Texas Instruments | Maxim Integrate d's MAX31730 | |
| Интел Стратикс 10 јадра ткаенина | Да | Да |
| H-плочка или L-плочка | Да | Да |
| Е-плочка | Да | Да |
| П-плочка | Да | Да |
Следните слики го прикажуваат поставувањето на плочката Intel FPGA со таблите за оценување Maxim Integrated и Texas Instruments.
Слика 6. Поставување со Maxim Integrate d's MAX31730 Evaluation Board
Слика 7. Поставување со одборот за оценување TMP468 на Texas Instruments
- Термички присилувач - или алтернативно, можете да користите температурна комора - го покриваше и запечати FPGA и ја принуди температурата според поставената температурна точка.
- За време на овој тест, FPGA остана во состојба без напојување за да се избегне да генерира топлина.
- Времето на киснење за секоја точка за тестирање на температурата беше 30 минути.
- Поставките на комплетите за евалуација ги користеа стандардните поставки од производителите.
- По поставувањето, беа следени чекорите во Офсет компензација на страница 10 за собирање и анализа на податоци.
Евалуација со таблата за евалуација на чиповите со сензори за температура на Maxim Integrated MAX31730
Оваа евалуација беше спроведена со чекори за поставување како што е опишано во Офсет компензација.
Податоците беа собрани пред и по примената на надоместокот за офсет. Различна поместувачка температура беше применета на различни Intel FPGA блокови бидејќи не може да се примени една вредност на офсет на сите блокови. Следните слики ги покажуваат резултатите.
Слика 8. Податоци за Intel Stratix 10 Core Fabric
Слика 9. Податоци за Intel FPGA H-Tile и L-Tile
Слика 10. Податоци за Intel FPGA E-Tile
Слика 11. Податоци за Intel FPGA P-Tile
Евалуација со таблата за евалуација на чипот со сензори за температура TMP468 на Texas Instruments
Оваа евалуација беше спроведена со чекори за поставување како што е опишано во Офсет компензација.
Податоците беа собрани пред и по примената на надоместокот за офсет. Различна поместувачка температура беше применета на различни Intel FPGA блокови бидејќи не може да се примени една вредност на офсет на сите блокови. Следните слики ги покажуваат резултатите.
Слика 12. Податоци за Intel Stratix 10 Core Fabric
Слика 13. Податоци за Intel FPGA H-Tile и L-Tile
Слика 14. Податоци за Intel FPGA E-Tile
Слика 15. Податоци за Intel FPGA P-Tile
Заклучок
Постојат многу различни производители на чипови за сензори за температура. За време на изборот на компонента, Интел силно препорачува да го изберете чипот за сензори за температура со следните размислувања.
- Изберете чип со карактеристика на фактор на идеалност што може да се конфигурира.
- Изберете чип што има поништување на сериски отпор.
- Изберете чип што поддржува бета компензација.
- Изберете кондензатори што одговараат на препораките на производителот на чипови.
- Применете ја секоја соодветна компензација откако ќе извршите професионална температураfile проучување.
Врз основа на резултатите од разгледувањето и евалуацијата на имплементацијата, мора да го оптимизирате чипот за сензори за температура во вашиот дизајн за да постигнете точност на мерењето.
Историја на ревизии на документи за AN 769: Упатство за имплементација на диоди со далечинско сензорирање температура на Intel FPGA
| Верзија на документ | Промени |
| 2022.04.06 |
|
| 2021.02.09 | Почетно ослободување. |
Интел корпорација. Сите права се задржани. Intel, логото на Intel и другите ознаки на Intel се заштитни знаци на Intel Corporation или нејзините подружници. Интел гарантира извршување на своите FPGA и полупроводнички производи според тековните спецификации во согласност со стандардната гаранција на Интел, но го задржува правото да прави промени на сите производи и услуги во секое време без најава. Интел не превзема никаква одговорност или одговорност што произлегува од апликацијата или употребата на какви било информации, производ или услуга опишани овде, освен како што е изрично договорено во писмена форма од страна на Intel. На клиентите на Intel им се препорачува да ја добијат најновата верзија на спецификациите на уредот пред да се потпрат на какви било објавени информации и пред да направат нарачки за производи или услуги.
*Други имиња и брендови може да се бараат како сопственост на други.
ISO
9001:2015
Регистриран
Документи / ресурси
 |
Интел AN 769 FPGA Диода за далечинско сензорирање на температура [pdf] Упатство за корисникот AN 769 FPGA диода за далечинско сензорирање температура, AN 769, FPGA диода за далечинско сензорирање температура, диода за далечинско сензорирање температура, диода за сензори за температура, сензорна диода |
