Intel AN 769 FPGA Gwida għall-Utent tad-Dijodu tas-Sensing tat-Temperatura Remote

F'applikazzjonijiet elettroniċi moderni, speċjalment applikazzjonijiet li jeħtieġu kontroll kritiku tat-temperatura, il-kejl tat-temperatura fuq iċ-ċippa huwa kruċjali.

Sistemi ta 'prestazzjoni għolja jiddependu fuq kejl preċiż tat-temperatura għal ambjenti ta' ġewwa u ta 'barra.

Ottimizza l-prestazzjoni
Tiżgura tħaddim affidabbli
Tipprevjeni ħsara lill-komponenti

Is-sistema ta 'monitoraġġ tat-temperatura Intel® FPGA tippermettilek tuża ċipep ta' partijiet terzi biex tissorvelja t-temperatura tal-junction (TJ). Din is-sistema ta 'monitoraġġ tat-temperatura esterna taħdem anke waqt li l-Intel FPGA tkun mitfija jew mhux konfigurata. Madankollu, hemm diversi affarijiet li trid tikkunsidra meta tiddisinja l-interface bejn iċ-ċippa esterna u d-dijodi tas-sensing tat-temperatura remoti Intel FPGA (TSDs).
Meta tagħżel ċippa tas-sensing tat-temperatura, inti tipikament tħares lejn l-eżattezza tat-temperatura li trid tikseb. Madankollu, bl-aħħar teknoloġija tal-proċess u disinn TSD remot differenti, trid tikkunsidra wkoll il-karatteristiċi integrati taċ-ċippa tas-sensing tat-temperatura biex tissodisfa r-rekwiżiti ta 'preċiżjoni tad-disinn tiegħek.

Billi tifhem il-ħidma tas-sistema tal-kejl tat-temperatura remota Intel FPGA, tista':

Skopri kwistjonijiet komuni bl-applikazzjonijiet tas-sensing tat-temperatura.
Agħżel l-aktar ċippa ta 'sensing tat-temperatura xierqa li tissodisfa l-ħtiġijiet, l-ispiża u l-ħin tad-disinn tiegħek.

Intel jirrakkomanda bil-qawwa li tkejjel it-temperatura fuq il-mewt billi tuża TSDs lokali, li Intel vvalida. Intel ma tistax tivvalida l-eżattezza tas-sensuri tat-temperatura esterna taħt diversi kundizzjonijiet tas-sistema. Jekk trid tuża t-TSDs remoti b'sensors tat-temperatura esterni, segwi l-linji gwida f'dan id-dokument u vvalida l-eżattezza tas-setup tal-kejl tat-temperatura tiegħek.

Din in-nota tal-applikazzjoni tapplika għall-implimentazzjoni TSD mill-bogħod għall-familja ta 'apparat Intel Stratix® 10 FPGA.

Implimentazzjoni Overview

Iċ-ċippa tas-sensing tat-temperatura esterna tikkonnettja mat-TSD remot Intel FPGA. It-TSD remot huwa transistor imqabbad mad-dijodu PNP jew NPN.

Figura 1. Konnessjoni Bejn Ċippa Sensing tat-Temperatura u Intel FPGA Remote TSD (NPN Diode)

Figura 2. Konnessjoni Bejn Ċippa ta' Sensing tat-Temperatura u Intel FPGA Remote TSD (PNP Diode)

L-ekwazzjoni li ġejja tifforma t-temperatura ta 'transistor b'relazzjoni mal-volum tal-emittent bażitage (VBE).

Ekwazzjoni 1. Relazzjoni Bejn it-Temperatura ta' Transistor għal Base-Emitter Voltage (VBE)Fejn:
- T—Temperatura f'Kelvin
- q—iċ-ċarġ tal-elettroni (1.60 × 10−19 C)
- VBE—base-emitter voltage
- k—Kostanti ta' Boltzmann (1.38 × 10−23 J∙K−1)
- IC—il-kurrent tal-kollettur
- IS-kurrent ta 'saturazzjoni inversa
- η—il-fattur idealità tad-dijodu remot
  Ir-rranġament mill-ġdid tal-Ekwazzjoni 1, ikollok l-ekwazzjoni li ġejja.

Ekwazzjoni 2. VBE
Tipikament, iċ-ċippa tas-sensing tat-temperatura ġġiegħel żewġ kurrenti konsekuttivi kkontrollati tajjeb, I1 u I2 fuq il-pinnijiet P u N. Iċ-ċippa mbagħad tkejjel u tkejjel il-medja tal-bidla tal-VBE tad-dijodu. Id-delta f'VBE hija direttament proporzjonali għat-temperatura, kif muri fl-Ekwazzjoni 3.
Ekwazzjoni 3. Delta f'VBEFejn:
- n-proporzjon tal-kurrent sfurzat
- VBE1—base-emitter voltage fi I1
- VBE2—base-emitter voltage fi I2

Konsiderazzjoni ta' Implimentazzjoni

L-għażla taċ-ċippa tas-sensing tat-temperatura bil-karatteristiċi xierqa tippermettilek tottimizza ċ-ċippa biex tikseb l-eżattezza tal-kejl. Ikkunsidra s-suġġetti fl-informazzjoni relatata meta tagħżel iċ-ċippa.

Informazzjoni Relatata

Fattur ta' Idealità (η-Fattur) Taqbil ħażin
Żball tar-Reżistenza tas-Serje
Varjazzjoni Beta tad-Dijodu tat-Temperatura
Kondensatur tad-Dħul Differenzjali
Kumpens Offset

Fattur ta' Idealità (η-Fattur) Taqbil ħażin

Meta twettaq il-kejl tat-temperatura tal-junction billi tuża dijodu tat-temperatura esterna, l-eżattezza tal-kejl tat-temperatura tiddependi fuq il-karatteristiċi tad-dijodu estern. Il-fattur ta 'ideality huwa parametru ta' dajowd remot li jkejjel id-devjazzjoni tad-dijodu mill-imġieba ideali tiegħu.
Normalment tista 'ssib il-fattur ta' idealità fil-folja tad-dejta mill-manifattur tad-dijodu. Dajowds tat-temperatura esterna differenti jagħtuk valuri differenti minħabba t-teknoloġiji differenti tad-disinn u l-proċess li jużaw.
Id-diskrepanza tal-idealtà tista 'tikkawża żball sinifikanti fil-kejl tat-temperatura. Biex tevita l-iżball sinifikanti, Intel tirrakkomanda li tagħżel ċippa ta 'sensing tat-temperatura li fiha fattur ta' idealità konfigurabbli. Tista 'tbiddel il-valur tal-fattur ta' idealità fiċ-ċippa biex telimina l-iżball ta 'nuqqas ta' tqabbil.

Example 1. Kontribuzzjoni tal-Fattur tal-Idealità għall-Żball tal-Kejl tat-Temperatura

Dan example turi kif fattur idealità jikkontribwixxi għall-iżball tal-kejl tat-temperatura. Fl-example, il-kalkolu juri n-nuqqas ta 'qbil idealità li jikkawża żball sinifikanti fil-kejl tat-temperatura.

Ekwazzjoni 4. Fattur ta' Idealità Relazzjoni mat-Temperatura Mkejla

Fejn:

ηTSC—fattur ta 'idealtà taċ-ċippa tas-sensing tat-temperatura
TTSC-temperatura moqrija mill-ċippa sensing tat-temperatura
ηRTD—fattur ta 'idealtà tad-dijodu tat-temperatura remota
TRTD-temperatura fid-dijodu tat-temperatura remota

Il-passi li ġejjin jistmaw il-kejl tat-temperatura (TTSC) biċ-ċippa tas-sensing tat-temperatura, minħabba l-valuri li ġejjin:

Fattur ta' idealità tas-senser tat-temperatura (ηTSC) huwa 1.005
Fattur ta' idealità tad-dijodu tat-temperatura remota (ηRTD) huwa 1.03
It-temperatura attwali fid-dijodu tat-temperatura remota (TRTD) hija 80°C

Ikkonverti t-TRTD ta' 80°C għal Kelvin: 80 + 273.15 = 353.15 K.
Applika l-Ekwazzjoni 4. It-temperatura kkalkolata biċ-ċippa tas-sensing tat-temperatura hija 1.005 × 353.15 = 344.57 K.TTSC = 1.03

Ikkonverti l-valur ikkalkulat għal Celsius: TTSC = 344.57 K – 273.15 K = 71.43°C L-iżball tat-temperatura (TE) ikkawżat mid-diskrepanza tal-idealità:
TE = 71.43°C – 80.0°C = –8.57°C

Żball tar-Reżistenza tas-Serje

Ir-reżistenza tas-serje fuq il-pinnijiet P u N tikkontribwixxi għall-iżball tal-kejl tat-temperatura.

Ir-reżistenza tas-serje tista 'tkun minn:

Ir-reżistenza interna tal-pin P u N tad-dijodu tat-temperatura.
Ir-reżistenza tat-traċċar tal-bord, per eżempjuample, traċċa bord twil.

Ir-reżistenza tas-serje tikkawża vol addizzjonalitage li tinżel fil-mogħdija tas-sensing tat-temperatura u tirriżulta fi żball ta 'kejl, li jaffettwa l-eżattezza tal-kejl tat-temperatura. Tipikament, din is-sitwazzjoni sseħħ meta twettaq kejl tat-temperatura b'ċippa ta 'sensing tat-temperatura ta' 2-kurrent.

Figura 3. Reżistenza tas-Serje Interna u AbbordBiex tispjega l-iżball tat-temperatura li jkun sar meta tiżdied ir-reżistenza tas-serje, xi manifattur taċ-ċippa tas-sensing tat-temperatura jipprovdi d-dejta għall-iżball tat-temperatura tad-dijodu remot kontra r-reżistenza.
Madankollu, tista 'telimina l-iżball tar-reżistenza tas-serje. Xi ċippa tas-sensing tat-temperatura għandha karatteristika ta 'kanċellazzjoni tar-reżistenza tas-serje mibnija. Il-karatteristika ta 'kanċellazzjoni tar-reżistenza tas-serje tista' telimina r-reżistenza tas-serje minn firxa ta 'ftit mijiet Ω għal firxa li taqbeż ftit eluf Ω.
Intel jirrakkomanda li tikkunsidra l-karatteristika tal-kanċellazzjoni tar-reżistenza tas-serje meta tagħżel iċ-ċippa tas-sensing tat-temperatura. Il-karatteristika telimina awtomatikament l-iżball tat-temperatura kkawżat mir-reżistenza tar-rotta għat-transistor remot.

Varjazzjoni Beta tad-Dijodu tat-Temperatura

Hekk kif il-ġeometriji tat-teknoloġija tal-proċess isiru iżgħar, il-valur Beta(β) tas-sottostrat PNP jew NPN jonqos.
Hekk kif il-valur Beta tad-dijodu tat-temperatura jitbaxxa, speċjalment jekk il-kollettur tad-dijodu tat-temperatura huwa marbut mal-art, il-valur Beta jaffettwa l-proporzjon attwali fuq l-Ekwazzjoni 3 f'paġna 5. Għalhekk, iż-żamma ta 'proporzjon tal-kurrent preċiż hija kruċjali.
Xi ċipep tas-sensing tat-temperatura għandhom karatteristika ta 'kumpens Beta inkorporata. Il-varjazzjoni Beta taċ-ċirkwiti tħoss il-kurrent bażi u taġġusta l-kurrent tal-emittent biex tikkumpensa għall-varjazzjoni. Il-kumpens Beta iżomm il-proporzjon tal-kurrent tal-kollettur.

Figura 4. Intel Stratix 10 Core Fabric Temperature Diode b'Maxim Integrated*'s MAX31730 Beta Kumpens Ippermettiet
Din il-figura turi li l-eżattezza tal-kejl tinkiseb bil-kumpens Beta attivat. Il-kejl ittieħdet waqt il-kondizzjoni ta 'l-isfel tal-enerġija FPGA — it-temperaturi stabbiliti u mkejla huma mistennija li jkunu qrib.

	0˚C	50˚C	100˚C
Kumpens Beta Mitfi	25.0625˚C	70.1875˚C	116.5625˚C
Kumpens Beta Fuq	-0.6875˚C	49.4375˚C	101.875˚C

Kondensatur tad-Dħul Differenzjali

Il-kapaċitatur (CF) fuq il-pinnijiet P u N jaġixxi bħal filtru low-pass li jgħin biex jiffiltra l-istorbju ta 'frekwenza għolja u jtejjeb l-interferenza elettromanjetika (EMI).
Trid toqgħod attent waqt l-għażla tal-kapaċitatur minħabba li l-kapaċità kbira tista 'taffettwa l-ħin ta' żieda tas-sors tal-kurrent kommutat u tintroduċi żball kbir ta 'kejl. Tipikament, il-manifattur taċ-ċippa tas-sensing tat-temperatura jipprovdi l-valur tal-kapaċità rakkomandat fil-folja tad-dejta tagħhom. Irreferi għal-linji gwida tad-disinn tal-manifattur tal-kapaċitatur jew ir-rakkomandazzjoni qabel ma tiddeċiedi l-valur tal-kapaċità.

Figura 5. Kapaċità tad-Dħul Differenzjali

Kumpens Offset

Fatturi multipli jistgħu simultanjament jikkontribwixxu għall-iżball tal-kejl. Xi kultant, l-applikazzjoni ta 'metodu ta' kumpens wieħed jista 'ma ssolvix għal kollox il-kwistjoni. Metodu ieħor biex jiġi solvut l-iżball tal-kejl huwa li jiġi applikat kumpens offset.

Nota: Intel jirrakkomanda li tuża ċippa ta' sensing tat-temperatura b'kumpens ta' offset integrat. Jekk iċ-ċippa tas-sensing tat-temperatura ma tappoġġjax il-karatteristika, tista 'tapplika kumpens ta' offset waqt l-ipproċessar ta 'wara permezz ta' loġika jew softwer tad-dwana.
Il-kumpens tal-offset jibdel il-valur tar-reġistru tal-offset miċ-ċippa tas-sensing tat-temperatura biex jelimina l-iżball ikkalkulat. Biex tuża din il-karatteristika, trid twettaq temperatura profile tistudja u identifika l-valur tal-offset li għandu japplika.

Int trid tiġbor kejl tat-temperatura tul il-firxa tat-temperatura mixtieqa bis-settings default taċ-ċippa tas-sensing tat-temperatura. Wara, wettaq analiżi tad-dejta bħal f'eżample biex tiddetermina l-valur tal-offset li għandu japplika. Intel jirrakkomanda li tittestja diversi ċipep tas-sensing tat-temperatura b'diversi dajowds tat-temperatura remoti biex tiżgura li tkopri l-varjazzjonijiet minn parti għal parti. Imbagħad, uża l-medja tal-kejl fl-analiżi biex tiddetermina s-settings li għandha tapplika.
Tista 'tagħżel il-punti tat-temperatura biex tittestja abbażi tal-kundizzjoni tat-tħaddim tas-sistema tiegħek.

Ekwazzjoni 5. Fattur ta' Tpaċija

Example 2. Applikazzjoni ta' Kumpens OffsetF'dan example, sett ta 'kejl tat-temperatura inġabar bi tliet punti ta' temperatura. Applika l-Ekwazzjoni 5 għall-valuri u kkalkula l-fattur tal-offset.

Tabella 1. Dejta Miġbura Qabel Applika Kumpens ta' Tpaċija

Issettja Temperatura		Temperatura Mkejla
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

Uża l-punt tan-nofs tal-firxa tat-temperatura biex tikkalkula t-temperatura offset. F'dan example, il-punt tan-nofs huwa t-temperatura stabbilita ta '50°C.
Temperatura offset

= Fattur ta' offset × (Temperatura mkejla− Temperatura Issettjata)
= 0.9975 × (334.53 − 323.15)
= 11.35

Applika l-valur tat-temperatura offset u fatturi oħra ta 'kumpens, jekk meħtieġ, fiċ-ċippa tas-sensing tat-temperatura u erġa' ħu l-kejl.

Tabella 2. Dejta Miġbura Wara l-Applika ta' Kumpens ta' Tpaċija

Issettja Temperatura	Temperatura Mkejla	Żball
100°C	101.06°C	1.06°C
50°C	50.13°C	0.13°C
0°C	0.25°C	0.25°C

Informazzjoni Relatata
Riżultati ta' Evalwazzjoni
Jipprovdi riview tar-riżultati tal-evalwazzjoni tal-metodu ta 'kumpens offset ma' Maxim Integrated * u Texas Instruments * ċipep sensing tat-temperatura.

Riżultati ta' Evalwazzjoni

Fl-evalwazzjoni, il-MAX31730 ta 'Maxim Integrated* u l-kits ta' evalwazzjoni TMP468 ta 'Texas Instruments* ġew modifikati biex jagħmlu interface mad-dijodi tat-temperatura remota ta' diversi blokki fl-Intel FPGA.

Tabella 3. Blokki Evalwati u Mudelli tal-Bord

Blokk	Bord ta 'Valutazzjoni taċ-Ċippa Sensing tat-Temperatura
Blokk	TMP468 ta' Texas Instruments	Maxim Integrate d's MAX31730
Drapp tal-qalba Intel Stratix 10	Iva	Iva
Maduma H jew madum L	Iva	Iva
E-tajl	Iva	Iva
P-tajl	Iva	Iva

Il-figuri li ġejjin juru s-setup tal-bord Intel FPGA bil-bordijiet ta 'evalwazzjoni Maxim Integrated u Texas Instruments.

Figura 6. Setup ma Maxim Integrate d's MAX31730 Bord ta' Evalwazzjoni

Figura 7. Setup mal-Bord ta' Evalwazzjoni TMP468 ta' Texas Instruments

Sforzatur termali—jew alternattivament, tista 'tuża kamra tat-temperatura—għata u ssiġilla l-FPGA u sfurzat it-temperatura skont il-punt tat-temperatura stabbilit.
Matul dan it-test, l-FPGA baqgħet f'kondizzjoni mingħajr enerġija biex tevita li tiġġenera s-sħana.
Il-ħin tat-tixrib għal kull punt tat-test tat-temperatura kien ta' 30 minuta.
Is-settings fuq il-kits ta 'evalwazzjoni użaw is-settings default mill-manifatturi.
Wara s-setup, ġew segwiti passi f'Kumpens ta' Offset f'paġna 10 għall-ġbir u l-analiżi tad-dejta.

Evalwazzjoni bil-Bord ta' Evalwazzjoni taċ-Ċippa ta' Sensing tat-Temperatura MAX31730 ta' Maxim Integrated

Din l-evalwazzjoni twettqet b'passi ta' setup kif deskritt f'Kumpens ta' Tpaċija.
Id-dejta nġabret qabel u wara l-applikazzjoni tal-kumpens tal-offset. Temperatura ta 'offset differenti ġiet applikata għal blokki Intel FPGA differenti minħabba li valur ta' offset wieħed ma jistax jiġi applikat fuq il-blokki kollha. Il-figuri li ġejjin juru r-riżultati.

Figura 8. Dejta għal Intel Stratix 10 Core Fabric

Figura 9. Dejta għal Intel FPGA H-Tile u L-Tile

Figura 10. Dejta għal Intel FPGA E-Tile

Figura 11. Dejta għal Intel FPGA P-Tile

Evalwazzjoni mal-Bord ta ' Evalwazzjoni taċ-Ċippa tas-Sensing tat-Temperatura TMP468 ta' Texas Instruments

Figura 12. Dejta għal Intel Stratix 10 Core Fabric

Figura 13. Dejta għal Intel FPGA H-Tile u L-Tile

Figura 14. Dejta għal Intel FPGA E-Tile

Figura 15. Dejta għal Intel FPGA P-Tile

Konklużjoni

Hemm ħafna manifatturi differenti taċ-ċippa tas-sensing tat-temperatura. Waqt l-għażla tal-komponenti, Intel jirrakkomanda bil-qawwa li tagħżel iċ-ċippa tas-sensing tat-temperatura bil-kunsiderazzjonijiet li ġejjin.

Agħżel ċippa b'karatteristika ta 'fattur ta' idealità konfigurabbli.
Agħżel ċippa li għandha tħassir tar-reżistenza tas-serje.
Agħżel ċippa li tappoġġja l-kumpens Beta.
Agħżel capacitors li jaqbel mar-rakkomandazzjonijiet tal-manifattur taċ-ċippa.
Applika kwalunkwe kumpens xieraq wara li twettaq temperatura profile studju.

Ibbażat fuq il-kunsiderazzjoni tal-implimentazzjoni u r-riżultati tal-evalwazzjoni, trid tottimizza ċ-ċippa tas-sensing tat-temperatura fid-disinn tiegħek biex tikseb l-eżattezza tal-kejl.

Storja ta' Reviżjoni tad-Dokument għal AN 769: Gwida ta' Implimentazzjoni tad-Dijodu ta' Sensing Remote tat-Temperatura Intel FPGA

Verżjoni tad-Dokument	Bidliet
2022.04.06	Ikkoreġu l-kalkolu tat-temperatura taċ-ċippa tas-sensing tat-temperatura fis-suġġett dwar nuqqas ta 'qbil tal-fattur ta' idealità. Ikkoreġu l-kalkolu tat-temperatura offset example fis-suġġett dwar kumpens offset.
2021.02.09	Rilaxx inizjali.

Korporazzjoni Intel. Id-drittijiet kollha riżervati. Intel, il-logo Intel, u marki oħra Intel huma trademarks ta' Intel Corporation jew is-sussidjarji tagħha. Intel tiggarantixxi l-prestazzjoni tal-prodotti FPGA u semikondutturi tagħha skont l-ispeċifikazzjonijiet attwali skont il-garanzija standard ta 'Intel, iżda tirriżerva d-dritt li tagħmel bidliet fi kwalunkwe prodott u servizz fi kwalunkwe ħin mingħajr avviż. Intel ma tassumi l-ebda responsabbiltà jew responsabbiltà li tirriżulta mill-applikazzjoni jew l-użu ta' kwalunkwe informazzjoni, prodott jew servizz deskritt hawnhekk ħlief kif miftiehem espressament bil-miktub minn Intel. Il-klijenti Intel huma avżati biex jiksbu l-aħħar verżjoni tal-ispeċifikazzjonijiet tal-apparat qabel ma jiddependu fuq kwalunkwe informazzjoni ppubblikata u qabel ma jagħmlu ordnijiet għal prodotti jew servizzi.
*Ismijiet u marki oħra jistgħu jiġu mitluba bħala proprjetà ta’ ħaddieħor.

ISO
9001:2015
Reġistrat

Dokumenti / Riżorsi

Intel AN 769 FPGA Remote Temperature Sensing Diode [pdfGwida għall-Utent
AN 769 FPGA Remote Sensing Diode, AN 769, FPGA Remote Sensing Diode tat-Temperatura, Remote Sensing Diode, Temperatura Sensing Diode, Sensing Diode

Referenzi

Manwal għall-Utent

Intel AN 769 FPGA Remote Temperature Sensing Diode

Introduzzjoni