Uporabniški priročnik z diodo za daljinsko zaznavanje temperature intel AN 769 FPGA

Sistem za nadzor temperature Intel® FPGA vam omogoča uporabo čipov drugih proizvajalcev za spremljanje temperature spoja (TJ). Ta zunanji sistem za nadzor temperature deluje tudi, ko je Intel FPGA izklopljen ali ni konfiguriran. Vendar pa morate upoštevati več stvari, ko načrtujete vmesnik med zunanjim čipom in diodami za daljinsko zaznavanje temperature Intel FPGA (TSD).
Ko izberete čip za zaznavanje temperature, običajno upoštevate temperaturno natančnost, ki jo želite doseči. Vendar pa morate z najnovejšo procesno tehnologijo in drugačno zasnovo oddaljenega TSD upoštevati tudi vgrajene funkcije čipa za zaznavanje temperature, da boste izpolnili svoje zahteve glede natančnosti načrtovanja.

Z razumevanjem delovanja sistema za daljinsko merjenje temperature Intel FPGA lahko:

Odkrijte pogoste težave z aplikacijami za zaznavanje temperature.
Izberite najprimernejši čip za zaznavanje temperature, ki ustreza vašim potrebam aplikacije, ceni in času načrtovanja.

Intel toplo priporoča, da izmerite temperaturo na matici z uporabo lokalnih TSD, ki jih je Intel potrdil. Intel ne more potrditi natančnosti senzorjev zunanje temperature v različnih sistemskih pogojih. Če želite uporabljati oddaljene TSD z zunanjimi temperaturnimi senzorji, sledite smernicam v tem dokumentu in preverite natančnost vaše nastavitve merjenja temperature.

Ta opomba o aplikaciji velja za oddaljeno izvedbo TSD za družino naprav Intel Stratix® 10 FPGA.

Konec izvajanjaview

Čip za zaznavanje zunanje temperature se poveže z oddaljenim TSD Intel FPGA. Oddaljeni TSD je PNP ali NPN diodno povezan tranzistor.

Slika 1. Povezava med čipom za zaznavanje temperature in Intel FPGA Remote TSD (NPN dioda)

Slika 2. Povezava med čipom za zaznavanje temperature in Intel FPGA Remote TSD (dioda PNP)

Naslednja enačba tvori temperaturo tranzistorja glede na volum baznega oddajnikatage (VBE).

Enačba 1. Razmerje med temperaturo tranzistorja in baznega oddajnika Voltage (VBE)kje:
- T—temperatura v Kelvinih
- q - naboj elektrona (1.60 × 10−19 C)
- VBE—base-emitter voltage
- k—Boltzmannova konstanta (1.38 × 10−23 J∙K−1)
- IC—kolektorski tok
- IS—povratni tok nasičenja
- η—faktor idealnosti oddaljene diode
  Če preuredimo enačbo 1, dobimo naslednjo enačbo.

Enačba 2. VBE
Običajno čip za zaznavanje temperature prisili dva zaporedna dobro nadzorovana toka, I1 in I2 na zatičih P in N. Čip nato izmeri in izračuna povprečje spremembe VBE diode. Delta v VBE je neposredno sorazmerna s temperaturo, kot je prikazano v enačbi 3.
Enačba 3. Delta v VBEkje:
- n — razmerje prisilnega toka
- VBE1—bazni oddajnik voltage pri I1
- VBE2—bazni oddajnik voltage pri I2

Upoštevanje izvedbe

Izbira čipa za zaznavanje temperature z ustreznimi funkcijami vam omogoča optimizacijo čipa za doseganje natančnosti meritev. Ko izberete čip, upoštevajte teme v povezanih informacijah.

Povezane informacije

Neusklajenost faktorja idealnosti (η-faktorja).
Napaka upora serije
Variacija temperaturne diode Beta
Diferencialni vhodni kondenzator
Kompenzacija odmika

Neusklajenost faktorja idealnosti (η-faktorja).

Ko izvajate merjenje temperature spoja z uporabo zunanje temperaturne diode, je natančnost merjenja temperature odvisna od značilnosti zunanje diode. Faktor idealnosti je parameter oddaljene diode, ki meri odstopanje diode od idealnega obnašanja.
Običajno lahko najdete faktor idealnosti v podatkovnem listu proizvajalca diode. Različne zunanje temperaturne diode vam dajejo različne vrednosti zaradi različnih zasnov in procesnih tehnologij, ki jih uporabljajo.
Neusklajenost idealnosti lahko povzroči znatno napako pri merjenju temperature. Da bi se izognili pomembni napaki, Intel priporoča, da izberete čip za zaznavanje temperature, ki ima nastavljiv faktor idealnosti. Vrednost faktorja idealnosti v čipu lahko spremenite, da odpravite napako neujemanja.

Example 1. Prispevek faktorja idealnosti k napaki pri merjenju temperature

Ta bivšiample prikazuje, kako faktor idealnosti prispeva k napaki pri merjenju temperature. V bivšemample, izračun kaže neusklajenost idealnosti, ki povzroča znatno napako pri merjenju temperature.

Enačba 4. Povezava med faktorjem idealnosti in izmerjeno temperaturo

kje:

ηTSC—faktor idealnosti čipa za zaznavanje temperature
TTSC—temperatura, ki jo odčita čip za zaznavanje temperature
ηRTD—faktor idealnosti daljinske temperaturne diode
TRTD—temperatura na daljinski temperaturni diodi

Naslednji koraki ocenijo merjenje temperature (TTSC) s čipom za zaznavanje temperature glede na naslednje vrednosti:

Faktor idealnosti temperaturnega senzorja (ηTSC) je 1.005
Faktor idealnosti daljinske temperaturne diode (ηRTD) je 1.03
Dejanska temperatura na daljinski temperaturni diodi (TRTD) je 80°C

Pretvorite TRTD 80 °C v Kelvine: 80 + 273.15 = 353.15 K.
Uporabite enačbo 4. Temperatura, izračunana s čipom za zaznavanje temperature, je 1.005 × 353.15 = 344.57 K. TTSC = 1.03

Pretvorite izračunano vrednost v stopinje Celzija: TTSC = 344.57 K – 273.15 K = 71.43 °C Temperaturna napaka (TE), ki jo povzroči neusklajenost idealnosti:
TE = 71.43 °C – 80.0 °C = –8.57 °C

Napaka upora serije

Zaporedna upornost na zatičih P in N prispeva k napaki pri merjenju temperature.

Serijska odpornost je lahko iz:

Notranji upor zatiča P in N temperaturne diode.
Odpornost sledi plošče, nprample, dolga sled plošče.

Serijska upornost povzroči dodatno voltage, da pade na poti zaznavanja temperature in povzroči merilno napako, ki vpliva na natančnost merjenja temperature. Običajno se ta situacija zgodi, ko merite temperaturo z 2-tokovnim čipom za zaznavanje temperature.

Slika 3. Notranji in vgrajeni serijski uporZa razlago temperaturne napake, ki nastane, ko se zaporedni upor poveča, nekateri proizvajalci čipov za zaznavanje temperature zagotovijo podatke za temperaturno napako oddaljene diode glede na upor.
Vendar pa lahko odpravite napako serijskega upora. Nekateri čipi za zaznavanje temperature imajo vgrajeno funkcijo za odpravo serijskega upora. Funkcija odprave zaporednega upora lahko odpravi zaporedni upor od nekaj sto Ω do območja, ki presega nekaj tisoč Ω.
Intel priporoča, da pri izbiri čipa za zaznavanje temperature upoštevate funkcijo preklica serijskega upora. Funkcija samodejno odpravi temperaturno napako, ki jo povzroča upor napeljave na oddaljeni tranzistor.

Variacija temperaturne diode Beta

Ko se geometrije procesne tehnologije zmanjšujejo, se vrednost beta(β) substrata PNP ali NPN zmanjšuje.
Ko je vrednost Beta temperaturne diode nižja, zlasti če je kolektor temperaturne diode vezan na tla, vrednost Beta vpliva na tokovno razmerje v enačbi 3 na strani 5. Zato je vzdrževanje natančnega tokovnega razmerja ključnega pomena.
Nekateri čipi za zaznavanje temperature imajo vgrajeno funkcijo kompenzacije Beta. Beta različica vezja zazna osnovni tok in prilagodi tok oddajnika, da kompenzira spremembo. Beta kompenzacija ohranja kolektorsko tokovno razmerje.

Slika 4. Intel Stratix 10 Core Fabric Temperature Diode z omogočeno kompenzacijo Maxim Integrated* MAX31730 Beta
Ta slika prikazuje, da je natančnost merjenja dosežena z omogočeno Beta kompenzacijo. Meritve so bile opravljene med izpadom napajanja FPGA - pričakuje se, da bosta nastavljena in izmerjena temperatura blizu.

	0 ˚C	50 ˚C	100 ˚C
Beta kompenzacija je izklopljena	25.0625 ˚C	70.1875 ˚C	116.5625 ˚C
Beta kompenzacija vklopljena	-0.6875˚C	49.4375 ˚C	101.875 ˚C

Diferencialni vhodni kondenzator

Kondenzator (CF) na zatičih P in N deluje kot nizkopasovni filter, ki pomaga filtrirati visokofrekvenčni šum in izboljšati elektromagnetne motnje (EMI).
Pri izbiri kondenzatorja morate biti previdni, ker lahko velika kapacitivnost vpliva na čas vzpona preklopljenega tokovnega vira in povzroči veliko napako pri merjenju. Običajno proizvajalec čipov za zaznavanje temperature navede priporočeno vrednost kapacitivnosti v svojem podatkovnem listu. Preden se odločite za vrednost kapacitivnosti, si oglejte smernice ali priporočila proizvajalca kondenzatorja.

Slika 5. Diferencialna vhodna kapacitivnost

Kompenzacija odmika

Več dejavnikov lahko hkrati prispeva k merilni napaki. Včasih uporaba ene same kompenzacijske metode morda ne bo v celoti rešila težave. Druga metoda za odpravo merilne napake je uporaba kompenzacije zamika.

Opomba: Intel priporoča, da uporabite čip za zaznavanje temperature z vgrajeno kompenzacijo zamika. Če čip za zaznavanje temperature ne podpira funkcije, lahko uporabite kompenzacijo zamika med naknadno obdelavo prek prilagojene logike ali programske opreme.
Kompenzacija odmika spremeni vrednost registra odmika iz čipa za zaznavanje temperature, da odpravi izračunano napako. Če želite uporabiti to funkcijo, morate izvesti temperaturni profile preučite in določite vrednost odmika, ki jo želite uporabiti.

Zbrati morate meritve temperature v želenem temperaturnem območju s privzetimi nastavitvami čipa za zaznavanje temperature. Nato izvedite analizo podatkov kot v naslednjem primeruample za določitev vrednosti odmika, ki naj se uporabi. Intel priporoča, da preizkusite več čipov za zaznavanje temperature z več oddaljenimi temperaturnimi diodami, da zagotovite, da pokrivate razlike med deli. Nato uporabite povprečje meritev v analizi, da določite nastavitve, ki jih želite uporabiti.
Izberete lahko temperaturne točke za testiranje glede na pogoje delovanja vašega sistema.

Enačba 5. Faktor odmika

Example 2. Uporaba izravnalne kompenzacije V tem primeruample je bil zbran niz temperaturnih meritev s tremi temperaturnimi točkami. Uporabite enačbo 5 za vrednosti in izračunajte faktor zamika.

Tabela 1. Podatki, zbrani pred uporabo kompenzacije zamika

Nastavite temperaturo		Izmerjena temperatura
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

Za izračun temperature zamika uporabite srednjo točko temperaturnega območja. V tem bivšemample, srednja točka je nastavljena temperatura 50 °C.
Odmik temperature

= faktor zamika × (izmerjena temperatura − nastavljena temperatura)
= 0.9975 × (334.53 − 323.15)
= 11.35

Uporabite vrednost zamika temperature in druge kompenzacijske faktorje, če je potrebno, v čip za zaznavanje temperature in ponovite meritev.

Tabela 2. Podatki, zbrani po uporabi kompenzacije zamika

Nastavite temperaturo	Izmerjena temperatura	Napaka
100°C	101.06°C	1.06°C
50°C	50.13°C	0.13°C
0°C	0.25°C	0.25°C

Povezane informacije
Rezultati ocenjevanja
Zagotavlja review rezultatov vrednotenja metode kompenzacije zamika s čipi za zaznavanje temperature Maxim Integrated* in Texas Instruments*.

Rezultati ocenjevanja

Pri vrednotenju sta bila ocenjevalna kompleta Maxim Integrated* MAX31730 in Texas Instruments* TMP468 spremenjena za vmesnik z oddaljenimi temperaturnimi diodami več blokov v Intel FPGA.

Tabela 3. Ocenjeni bloki in modeli plošč

Blokiraj	Plošča za ocenjevanje čipov za zaznavanje temperature
Blokiraj	TMP468 podjetja Texas Instruments	Maxim Integrate d's MAX31730
Intel Stratix 10 core fabric	ja	ja
H-strešnik ali L-strešnik	ja	ja
E-ploščica	ja	ja
P-ploščica	ja	ja

Naslednje slike prikazujejo nastavitev plošče Intel FPGA z ocenjevalnimi ploščami Maxim Integrated in Texas Instruments.

Slika 6. Namestitev z ocenjevalno ploščo Maxim Integrate d's MAX31730

Slika 7. Nastavitev z ocenjevalno ploščo TMP468 podjetja Texas Instruments

Termični pospeševalnik – ali pa lahko uporabite temperaturno komoro – je pokril in zapečatil FPGA ter prisilil temperaturo glede na nastavljeno temperaturno točko.
Med tem preskusom je FPGA ostal brez napajanja, da bi preprečili ustvarjanje toplote.
Čas namakanja za vsako temperaturno preskusno točko je bil 30 minut.
Nastavitve na ocenjevalnih kompletih so uporabljale privzete nastavitve proizvajalca.
Po nastavitvi so sledili korakom v Kompenzaciji odmika na strani 10 za zbiranje in analizo podatkov.

Vrednotenje z ocenjevalno ploščo čipov za zaznavanje temperature Maxim Integrated MAX31730

Ta ocena je bila izvedena s koraki nastavitve, kot je opisano v Kompenzaciji zamika.
Podatki so bili zbrani pred in po uporabi izravnalne kompenzacije. Za različne bloke Intel FPGA je bila uporabljena različna temperatura zamika, ker ene same vrednosti zamika ni mogoče uporabiti za vse bloke. Naslednje slike prikazujejo rezultate.

Slika 8. Podatki za Intel Stratix 10 Core Fabric

Slika 9. Podatki za Intel FPGA H-Tile in L-Tile

Slika 10. Podatki za Intel FPGA E-Tile

Slika 11. Podatki za Intel FPGA P-Tile

Vrednotenje z ocenjevalno ploščo čipov za zaznavanje temperature TMP468 podjetja Texas Instruments

Slika 12. Podatki za Intel Stratix 10 Core Fabric

Slika 13. Podatki za Intel FPGA H-Tile in L-Tile

Slika 14. Podatki za Intel FPGA E-Tile

Slika 15. Podatki za Intel FPGA P-Tile

Zaključek

Obstaja veliko različnih proizvajalcev čipov za zaznavanje temperature. Med izbiro komponent Intel toplo priporoča, da izberete čip za zaznavanje temperature ob upoštevanju naslednjih premislekov.

Izberite čip s funkcijo nastavljivega faktorja idealnosti.
Izberite čip, ki ima preklic serijskega upora.
Izberite čip, ki podpira Beta kompenzacijo.
Izberite kondenzatorje, ki ustrezajo priporočilom proizvajalca čipov.
Uporabite morebitno ustrezno kompenzacijo po izvedbi temperaturnega profesorjafile študija.

Na podlagi premisleka o implementaciji in rezultatov ocene morate optimizirati čip za zaznavanje temperature v svoji zasnovi, da dosežete natančnost meritev.

Zgodovina revizij dokumenta za AN 769: Vodnik za implementacijo diode za daljinsko zaznavanje temperature Intel FPGA

Različica dokumenta	Spremembe
2022.04.06	Popravljen izračun temperature čipa za zaznavanje temperature v temi o neskladju faktorja idealnosti. Popravljen izračun temperature zamika nprample v temi o kompenzaciji za izravnavo.
2021.02.09	Začetna izdaja.

Intel Corporation. Vse pravice pridržane. Intel, logotip Intel in druge znamke Intel so blagovne znamke družbe Intel Corporation ali njenih podružnic. Intel jamči za delovanje svojih izdelkov FPGA in polprevodnikov v skladu s trenutnimi specifikacijami v skladu z Intelovo standardno garancijo, vendar si pridržuje pravico do sprememb katerega koli izdelka in storitve kadar koli brez predhodnega obvestila. Intel ne prevzema nobene odgovornosti ali obveznosti, ki izhaja iz uporabe ali uporabe katere koli informacije, izdelka ali storitve, opisanih tukaj, razen če je Intel izrecno pisno privolil v to. Intelovim strankam svetujemo, da pridobijo najnovejšo različico specifikacij naprave, preden se zanesejo na kakršne koli objavljene informacije in preden oddajo naročila za izdelke ali storitve.
*Druga imena in blagovne znamke so lahko last drugih.

ISO
9001:2015
Registriran

Dokumenti / Viri

Dioda za daljinsko zaznavanje temperature intel AN 769 FPGA [pdf] Uporabniški priročnik
AN 769 FPGA daljinska dioda za zaznavanje temperature, AN 769, FPGA daljinska dioda za zaznavanje temperature, dioda za daljinsko zaznavanje temperature, dioda za zaznavanje temperature, dioda za zaznavanje

Reference

Uporabniški priročnik

Dioda za daljinsko zaznavanje temperature intel AN 769 FPGA

Uvod