intel AN 769 FPGA Diod Pengesan Suhu Jauh
pengenalan
Dalam aplikasi elektronik moden, terutamanya aplikasi yang memerlukan kawalan suhu kritikal, pengukuran suhu pada cip adalah penting.
Sistem prestasi tinggi bergantung pada pengukuran suhu yang tepat untuk persekitaran dalaman dan luaran.
- Optimumkan prestasi
- Pastikan operasi yang boleh dipercayai
- Mencegah kerosakan pada komponen
Sistem pemantauan suhu Intel® FPGA membolehkan anda menggunakan cip pihak ketiga untuk memantau suhu simpang (TJ). Sistem pemantauan suhu luaran ini berfungsi walaupun semasa Intel FPGA dimatikan atau tidak dikonfigurasikan. Walau bagaimanapun, terdapat beberapa perkara yang perlu anda pertimbangkan apabila anda mereka bentuk antara muka antara cip luaran dan diod pengesan suhu jauh (TSD) Intel FPGA.
Apabila anda memilih cip pengesan suhu, anda biasanya akan melihat pada ketepatan suhu yang ingin anda capai. Walau bagaimanapun, dengan teknologi proses terkini dan reka bentuk TSD jauh yang berbeza, anda juga mesti mempertimbangkan ciri terbina dalam cip pengesan suhu untuk memenuhi keperluan ketepatan reka bentuk anda.
Dengan memahami cara kerja sistem pengukuran suhu jauh Intel FPGA, anda boleh:
- Temui isu biasa dengan aplikasi pengesan suhu.
- Pilih cip pengesan suhu yang paling sesuai yang memenuhi keperluan aplikasi anda, kos dan masa reka bentuk.
Intel amat mengesyorkan agar anda mengukur suhu semasa menggunakan TSD tempatan, yang telah disahkan oleh Intel. Intel tidak boleh mengesahkan ketepatan penderia suhu luaran di bawah pelbagai keadaan sistem. Jika anda ingin menggunakan TSD jauh dengan penderia suhu luaran, ikut garis panduan dalam dokumen ini dan sahkan ketepatan persediaan pengukuran suhu anda.
Nota aplikasi ini digunakan untuk pelaksanaan TSD jauh untuk keluarga peranti Intel Stratix® 10 FPGA.
Selesai Pelaksanaanview
Cip pengesan suhu luaran bersambung ke TSD jauh Intel FPGA. TSD jauh ialah transistor bersambung diod PNP atau NPN.
- Rajah 1. Sambungan Antara Cip Penderiaan Suhu dan Intel FPGA Remote TSD (Diod NPN)
- Rajah 2. Sambungan Antara Cip Pengesan Suhu dan Intel FPGA Remote TSD (Diod PNP)
Persamaan berikut membentuk suhu transistor berhubung dengan pemancar asas voltage (VBE).
- Persamaan 1. Hubungan Antara Suhu Transistor ke Bes-Pemancar Voltage (VBE)
di mana:
- T—Suhu dalam Kelvin
- q—cas elektron (1.60 × 10−19 C)
- VBE—pemancar asas voltage
- k—Pemalar Boltzmann (1.38 × 10−23 J∙K−1)
- IC—arus pengumpul
- IS—arus ketepuan terbalik
- η—faktor idealiti diod jauh
Menyusun semula Persamaan 1, anda mendapat persamaan berikut.
- Persamaan 2. VBE
Biasanya, cip pengesan suhu memaksa dua arus dikawal dengan baik berturut-turut, I1 dan I2 pada pin P dan N. Cip kemudian mengukur dan meratakan perubahan VBE diod. Delta dalam VBE adalah berkadar terus dengan suhu, seperti yang ditunjukkan dalam Persamaan 3. - Persamaan 3. Delta dalam VBE
di mana:
- n—nisbah arus paksa
- VBE1—pemancar asas voltage di I1
- VBE2—pemancar asas voltage di I2
Pertimbangan Pelaksanaan
Memilih cip pengesan suhu dengan ciri yang sesuai membolehkan anda mengoptimumkan cip untuk mencapai ketepatan pengukuran. Pertimbangkan topik dalam maklumat yang berkaitan apabila anda memilih cip.
- Faktor Idealiti (η-Factor) Tidak Padan
- Ralat Rintangan Siri
- Perubahan Beta Diod Suhu
- Kapasitor Input Berbeza
- Pampasan Offset
Faktor Idealiti (η-Factor) Tidak Padan
Apabila anda melakukan pengukuran suhu simpang dengan menggunakan diod suhu luaran, ketepatan pengukuran suhu bergantung pada ciri-ciri diod luaran. Faktor idealiti ialah parameter diod jauh yang mengukur sisihan diod daripada tingkah laku idealnya.
Anda biasanya boleh mencari faktor idealiti dalam helaian data daripada pengeluar diod. Diod suhu luaran yang berbeza memberi anda nilai yang berbeza kerana reka bentuk dan teknologi proses yang berbeza yang mereka gunakan.
Ketidakpadanan ideal boleh menyebabkan ralat pengukuran suhu yang ketara. Untuk mengelakkan ralat yang ketara, Intel mengesyorkan agar anda memilih cip pengesan suhu yang menampilkan faktor idealiti yang boleh dikonfigurasikan. Anda boleh menukar nilai faktor idealiti dalam cip untuk menghapuskan ralat ketidakpadanan.
- Examppada 1. Sumbangan Faktor Idealiti kepada Ralat Pengukuran Suhu
bekas iniample menunjukkan bagaimana faktor idealiti menyumbang kepada ralat pengukuran suhu. Dalam bekasampOleh itu, pengiraan menunjukkan ketidakpadanan idealiti yang menyebabkan ralat pengukuran suhu yang ketara.
- Persamaan 4. Hubungan Faktor Idealiti dengan Suhu Terukur
di mana:
- ηTSC—faktor idealiti cip pengesan suhu
- TTSC—suhu dibaca oleh cip pengesan suhu
- ηRTD—faktor ideal bagi diod suhu jauh
- TRTD—suhu pada diod suhu jauh
Langkah-langkah berikut menganggarkan pengukuran suhu (TTSC) oleh cip pengesan suhu, memandangkan nilai berikut:
- Faktor idealiti penderia suhu (ηTSC) ialah 1.005
- Faktor idealiti diod suhu jauh (ηRTD) ialah 1.03
- Suhu sebenar pada diod suhu jauh (TRTD) ialah 80°C
- Tukarkan TRTD 80°C kepada Kelvin: 80 + 273.15 = 353.15 K.
- Gunakan Persamaan 4. Suhu yang dikira oleh cip pengesan suhu ialah 1.005 × 353.15 = 344.57 K.TTSC = 1.03
- Tukar nilai yang dikira kepada Celsius: TTSC = 344.57 K – 273.15 K = 71.43°C Ralat suhu (TE) yang disebabkan oleh ketidakpadanan idealiti:
TE = 71.43°C – 80.0°C = –8.57°C
Ralat Rintangan Siri
Rintangan siri pada pin P dan N menyumbang kepada ralat pengukuran suhu.
Rintangan siri boleh dari:
- Rintangan dalaman pin P dan N diod suhu.
- Rintangan surih papan, contohnyaample, jejak papan panjang.
Rintangan siri menyebabkan vol tambahantage jatuh pada laluan pengesan suhu dan mengakibatkan ralat pengukuran, menjejaskan ketepatan pengukuran suhu. Lazimnya, situasi ini berlaku apabila anda melakukan pengukuran suhu dengan cip pengesan suhu 2 semasa.
Rajah 3. Rintangan Siri Dalaman dan On-Board
Untuk menerangkan ralat suhu yang berlaku apabila rintangan siri meningkat, sesetengah pengeluar cip pengesan suhu menyediakan data untuk ralat suhu diod jauh berbanding rintangan.
Walau bagaimanapun, anda boleh menghapuskan ralat rintangan siri. Sesetengah cip pengesan suhu mempunyai ciri pembatalan rintangan siri terbina dalam. Ciri pembatalan rintangan siri boleh menghapuskan rintangan siri daripada julat beberapa ratus Ω hingga julat melebihi beberapa ribu Ω.
Intel mengesyorkan agar anda mempertimbangkan ciri pembatalan rintangan siri apabila anda memilih cip pengesan suhu. Ciri ini secara automatik menghapuskan ralat suhu yang disebabkan oleh rintangan penghalaan ke transistor jauh.
Perubahan Beta Diod Suhu
Apabila geometri teknologi proses semakin kecil, nilai Beta(β) substrat PNP atau NPN berkurangan.
Apabila nilai Beta diod suhu semakin rendah, terutamanya jika pengumpul diod suhu diikat ke tanah, nilai Beta mempengaruhi nisbah semasa pada Persamaan 3 pada halaman 5. Oleh itu, mengekalkan nisbah arus yang tepat adalah penting.
Sesetengah cip pengesan suhu mempunyai ciri pampasan Beta terbina dalam. Variasi Beta litar mengesan arus asas dan melaraskan arus pemancar untuk mengimbangi variasi. Pampasan Beta mengekalkan nisbah semasa pengumpul.
Rajah 4. Diod Suhu Fabrik Teras Stratix 10 dengan Maxim Integrated*'s MAX31730 Beta Pampasan Didayakan
Angka ini menunjukkan bahawa ketepatan pengukuran dicapai dengan pampasan Beta didayakan. Pengukuran telah diambil semasa keadaan mati kuasa FPGA—suhu yang ditetapkan dan diukur dijangka hampir.
| 0˚C | 50˚C | 100˚C | |
| Pampasan Beta Dimatikan | 25.0625˚C | 70.1875˚C | 116.5625˚C |
| Pampasan Beta Dihidupkan | -0.6875˚C | 49.4375˚C | 101.875˚C |
Kapasitor Input Berbeza
Kapasitor (CF) pada pin P dan N bertindak seperti penapis laluan rendah yang membantu menapis hingar frekuensi tinggi dan meningkatkan gangguan elektromagnet (EMI).
Anda mesti berhati-hati semasa pemilihan kapasitor kerana kapasitansi yang besar boleh menjejaskan masa kenaikan sumber arus bertukar dan memperkenalkan ralat pengukuran yang besar. Biasanya, pengeluar cip pengesan suhu menyediakan nilai kapasitans yang disyorkan dalam helaian data mereka. Rujuk kepada garis panduan atau cadangan reka bentuk pengeluar kapasitor sebelum anda memutuskan nilai kapasitans.
Rajah 5. Kapasitan Input Berbeza
Pampasan Offset
Pelbagai faktor secara serentak boleh menyumbang kepada ralat pengukuran. Kadangkala, menggunakan kaedah pampasan tunggal mungkin tidak menyelesaikan sepenuhnya isu tersebut. Kaedah lain untuk menyelesaikan ralat pengukuran adalah dengan menggunakan pampasan mengimbangi.
Nota: Intel mengesyorkan agar anda menggunakan cip pengesan suhu dengan pampasan ofset terbina dalam. Jika cip pengesan suhu tidak menyokong ciri tersebut, anda boleh menggunakan pampasan mengimbangi semasa pemprosesan pos melalui logik atau perisian tersuai.
Pampasan mengimbangi menukar nilai daftar offset daripada cip pengesan suhu untuk menghapuskan ralat yang dikira. Untuk menggunakan ciri ini, anda mesti melakukan pro suhufile kaji dan kenal pasti nilai offset untuk digunakan.
Anda mesti mengumpul ukuran suhu merentasi julat suhu yang dikehendaki dengan tetapan lalai cip pengesan suhu. Selepas itu, lakukan analisis data seperti dalam contoh berikutample untuk menentukan nilai offset untuk digunakan. Intel mengesyorkan agar anda menguji beberapa cip pengesan suhu dengan beberapa diod suhu jauh untuk memastikan anda meliputi variasi bahagian ke bahagian. Kemudian, gunakan purata ukuran dalam analisis untuk menentukan tetapan untuk digunakan.
Anda boleh memilih titik suhu untuk diuji berdasarkan keadaan operasi sistem anda.
Persamaan 5. Faktor Offset
Example 2. Pemakaian Pampasan OffsetDalam ex iniampOleh itu, satu set ukuran suhu telah dikumpulkan dengan tiga titik suhu. Gunakan Persamaan 5 pada nilai dan hitung faktor offset.
Jadual 1. Data Dikumpul Sebelum Memohon Pampasan Offset
| Tetapkan Suhu | Suhu Terukur | ||
| 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 |
Gunakan titik tengah julat suhu untuk mengira suhu mengimbangi. Dalam bekas iniample, titik tengah ialah suhu set 50°C.
mengimbangi suhu
- = Faktor mengimbangi × ( Suhu terukur−Tetapkan suhu )
- = 0.9975 × (334.53 − 323.15)
- = 11.35
Gunakan nilai suhu mengimbangi dan faktor pampasan lain, jika perlu, ke dalam cip pengesan suhu dan ambil semula pengukuran.
Jadual 2. Data Dikumpul Selepas Memohon Pampasan Offset
| Tetapkan Suhu | Suhu Terukur | ralat |
| 100°C | 101.06°C | 1.06°C |
| 50°C | 50.13°C | 0.13°C |
| 0°C | 0.25°C | 0.25°C |
Maklumat Berkaitan
Keputusan Penilaian
Menyediakan semulaview daripada keputusan penilaian kaedah pampasan mengimbangi dengan cip pengesan suhu Maxim Integrated* dan Texas Instruments*.
Keputusan Penilaian
Dalam penilaian, kit penilaian MAX31730 Maxim Integrated* dan TMP468 Texas Instruments* telah diubah suai untuk bersambung dengan diod suhu jauh beberapa blok dalam Intel FPGA.
Jadual 3. Blok dan Model Papan yang Dinilai
| Sekat | Papan Penilaian Cip Pengesan Suhu | |
| Texas Instruments' TMP468 | Maxim Integrate d's MAX31730 | |
| Fabrik teras Intel Stratix 10 | ya | ya |
| H-jubin atau L-jubin | ya | ya |
| E-jubin | ya | ya |
| P-jubin | ya | ya |
Angka berikut menunjukkan persediaan papan Intel FPGA dengan papan penilaian Maxim Integrated dan Texas Instruments.
Rajah 6. Persediaan dengan Lembaga Penilaian MAX31730 Maxim Integrate d
Rajah 7. Persediaan dengan Lembaga Penilaian TMP468 Texas Instruments
- Penguat haba—atau sebagai alternatif, anda boleh menggunakan ruang suhu—yang ditutup dan dimeteraikan FPGA dan memaksa suhu mengikut titik suhu yang ditetapkan.
- Semasa ujian ini, FPGA kekal dalam keadaan tidak berkuasa untuk mengelakkannya daripada menjana haba.
- Masa rendam untuk setiap titik ujian suhu ialah 30 minit.
- Tetapan pada kit penilaian menggunakan tetapan lalai daripada pengilang.
- Selepas persediaan, langkah-langkah dalam Pampasan Offset pada halaman 10 diikuti untuk pengumpulan dan analisis data.
Penilaian dengan Maxim Integrated MAX31730 Temperature Sensing Chip Evaluation Board
Penilaian ini dijalankan dengan langkah persediaan seperti yang diterangkan dalam Pampasan Offset.
Data dikumpul sebelum dan selepas menggunakan pampasan offset. Suhu offset yang berbeza telah digunakan pada blok Intel FPGA yang berbeza kerana nilai offset tunggal tidak boleh digunakan pada semua blok. Angka berikut menunjukkan keputusan.
Rajah 8. Data untuk Fabrik Teras Intel Stratix 10
Rajah 9. Data untuk Intel FPGA H-Tile dan L-Tile
Rajah 10. Data untuk Intel FPGA E-Tile
Rajah 11. Data untuk Intel FPGA P-Tile
Penilaian dengan Lembaga Penilaian Cip TMP468 Temperature Sensing Texas Instruments
Penilaian ini dijalankan dengan langkah persediaan seperti yang diterangkan dalam Pampasan Offset.
Data dikumpul sebelum dan selepas menggunakan pampasan offset. Suhu offset yang berbeza telah digunakan pada blok Intel FPGA yang berbeza kerana nilai offset tunggal tidak boleh digunakan pada semua blok. Angka berikut menunjukkan keputusan.
Rajah 12. Data untuk Fabrik Teras Intel Stratix 10
Rajah 13. Data untuk Intel FPGA H-Tile dan L-Tile
Rajah 14. Data untuk Intel FPGA E-Tile
Rajah 15. Data untuk Intel FPGA P-Tile
Kesimpulan
Terdapat banyak pengeluar cip pengesan suhu yang berbeza. Semasa pemilihan komponen, Intel amat mengesyorkan agar anda memilih cip pengesan suhu dengan pertimbangan berikut.
- Pilih cip dengan ciri faktor idealiti boleh dikonfigurasikan.
- Pilih cip yang mempunyai pembatalan rintangan siri.
- Pilih cip yang menyokong pampasan Beta.
- Pilih kapasitor yang sepadan dengan cadangan pengeluar cip.
- Gunakan sebarang pampasan yang sesuai selepas melakukan pro suhufile belajar.
Berdasarkan pertimbangan pelaksanaan dan hasil penilaian, anda mesti mengoptimumkan cip pengesan suhu dalam reka bentuk anda untuk mencapai ketepatan pengukuran.
Sejarah Semakan Dokumen untuk AN 769: Panduan Pelaksanaan Diod Penderiaan Suhu Jauh Intel FPGA
| Versi Dokumen | Perubahan |
| 2022.04.06 |
|
| 2021.02.09 | Keluaran awal. |
Perbadanan Intel. Hak cipta terpelihara. Intel, logo Intel dan tanda Intel lain ialah tanda dagangan Intel Corporation atau anak syarikatnya. Intel menjamin prestasi produk FPGA dan semikonduktornya mengikut spesifikasi semasa menurut waranti standard Intel, tetapi berhak untuk membuat perubahan pada mana-mana produk dan perkhidmatan pada bila-bila masa tanpa notis. Intel tidak memikul tanggungjawab atau liabiliti yang timbul daripada aplikasi atau penggunaan mana-mana maklumat, produk atau perkhidmatan yang diterangkan di sini kecuali seperti yang dipersetujui secara bertulis oleh Intel. Pelanggan Intel dinasihatkan untuk mendapatkan versi terkini spesifikasi peranti sebelum bergantung pada sebarang maklumat yang diterbitkan dan sebelum membuat pesanan untuk produk atau perkhidmatan.
*Nama dan jenama lain boleh dituntut sebagai hak milik orang lain.
ISO
9001:2015
Berdaftar
Dokumen / Sumber
 |
intel AN 769 FPGA Diod Pengesan Suhu Jauh [pdf] Panduan Pengguna AN 769 FPGA Diod Penderiaan Suhu Jauh, AN 769, Diod Penderiaan Suhu Jauh FPGA, Diod Penderiaan Suhu Jauh, Diod Penderiaan Suhu, Diod Penderiaan |
