intel AN 769 FPGA Dioda e sensorit të temperaturës në distancë
Hyrje
Në aplikacionet moderne elektronike, veçanërisht aplikacionet që kërkojnë kontroll kritik të temperaturës, matja e temperaturës në çip është thelbësore.
Sistemet me performancë të lartë mbështeten në matjet e sakta të temperaturës për mjedise të brendshme dhe të jashtme.
- Optimizoni performancën
- Siguroni funksionim të besueshëm
- Parandaloni dëmtimin e komponentëve
Sistemi i monitorimit të temperaturës Intel® FPGA ju lejon të përdorni çipa të palëve të treta për të monitoruar temperaturën e kryqëzimit (TJ). Ky sistem i jashtëm i monitorimit të temperaturës funksionon edhe kur Intel FPGA është i fikur ose jo i konfiguruar. Sidoqoftë, ka disa gjëra që duhet të keni parasysh kur dizajnoni ndërfaqen midis çipit të jashtëm dhe diodave të sensorit të temperaturës në distancë (TSD) Intel FPGA.
Kur zgjidhni një çip të sensorit të temperaturës, zakonisht do të shikoni saktësinë e temperaturës që dëshironi të arrini. Megjithatë, me teknologjinë më të fundit të procesit dhe një dizajn të ndryshëm TSD në distancë, duhet gjithashtu të merrni parasysh veçoritë e integruara të çipit të sensorit të temperaturës për të përmbushur kërkesat tuaja për saktësinë e projektimit.
Duke kuptuar funksionimin e sistemit të matjes së temperaturës në distancë Intel FPGA, mund të:
- Zbuloni problemet e zakonshme me aplikacionet e sensorit të temperaturës.
- Zgjidhni çipin më të përshtatshëm të sensorit të temperaturës që plotëson nevojat tuaja të aplikimit, koston dhe kohën e projektimit.
Intel rekomandon fuqimisht që të matni temperaturën në die duke përdorur TSD lokale, të cilat Intel i ka vërtetuar. Intel nuk mund të vërtetojë saktësinë e sensorëve të temperaturës së jashtme në kushte të ndryshme të sistemit. Nëse dëshironi të përdorni TSD-të në distancë me sensorë të jashtëm të temperaturës, ndiqni udhëzimet në këtë dokument dhe vërtetoni saktësinë e konfigurimit të matjes së temperaturës.
Ky shënim aplikacioni zbatohet për zbatimin e TSD në distancë për familjen e pajisjeve Intel Stratix® 10 FPGA.
Zbatimi ka përfunduarview
Çipi i jashtëm i sensorit të temperaturës lidhet me telekomandën Intel FPGA TSD. Telekomanda TSD është një transistor PNP ose NPN i lidhur me diodë.
- Figura 1. Lidhja midis çipit të sensorit të temperaturës dhe telekomandës Intel FPGA TSD (diodë NPN)
- Figura 2. Lidhja midis çipit të sensorit të temperaturës dhe telekomandës Intel FPGA TSD (diodë PNP)
Ekuacioni i mëposhtëm formon temperaturën e një transistori në lidhje me vëllimin e emituesit bazëtage (VBE).
- Ekuacioni 1. Marrëdhënia ndërmjet temperaturës së tranzistorit dhe emituesit bazë Voltage (VBE)
Ku:
- T-Temperatura në Kelvin
- q-ngarkesa e elektronit (1.60 × 10−19 C)
- VBE-bazë-emitter voltage
- k—konstanta e Boltzmanit (1.38 × 10−23 J∙K−1)
- IC - rryma e kolektorit
- IS - rryma e kundërt e ngopjes
- η-faktori i idealitetit të diodës së largët
Duke riorganizuar ekuacionin 1, ju merrni ekuacionin e mëposhtëm.
- Ekuacioni 2. VBE
Në mënyrë tipike, çipi i sensorit të temperaturës detyron dy rryma të njëpasnjëshme të kontrolluara mirë, I1 dhe I2 në kunjat P dhe N. Çipi më pas mat dhe mesatarizon ndryshimin e VBE të diodës. Delta në VBE është drejtpërdrejt proporcionale me temperaturën, siç tregohet në ekuacionin 3. - Ekuacioni 3. Delta në VBE
Ku:
- n-raporti i rrymës së detyruar
- VBE1-bazë-emitter voltage në I1
- VBE2-bazë-emitter voltage në I2
Konsiderata e zbatimit
Zgjedhja e çipit të sensorit të temperaturës me veçoritë e duhura ju lejon të optimizoni çipin për të arritur saktësinë e matjes. Merrni parasysh temat në informacionin përkatës kur zgjidhni çipin.
- Mospërputhja e Faktorit të Idealitetit (η-Faktor).
- Gabim i rezistencës së serisë
- Variacioni Beta i diodës së temperaturës
- Kondensatori i hyrjes diferenciale
- Kompensimi i kompensimit
Mospërputhja e Faktorit të Idealitetit (η-Faktor).
Kur kryeni matjen e temperaturës së kryqëzimit duke përdorur një diodë të jashtme të temperaturës, saktësia e matjes së temperaturës varet nga karakteristikat e diodës së jashtme. Faktori i idealitetit është një parametër i një diodë të largët që mat devijimin e diodës nga sjellja e saj ideale.
Zakonisht mund ta gjeni faktorin e idealitetit në fletën e të dhënave nga prodhuesi i diodës. Diodat e ndryshme të temperaturës së jashtme ju japin vlera të ndryshme për shkak të teknologjive të ndryshme të projektimit dhe procesit që përdorin.
Mospërputhja e idealitetit mund të shkaktojë një gabim të konsiderueshëm të matjes së temperaturës. Për të shmangur gabimin e rëndësishëm, Intel rekomandon që të zgjidhni një çip të sensorit të temperaturës që përmban një faktor idealiteti të konfigurueshëm. Ju mund të ndryshoni vlerën e faktorit ideal në çip për të eliminuar gabimin e mospërputhjes.
- Example 1. Kontributi i faktorit ideal në gabimin e matjes së temperaturës
Ky ishample tregon se si faktori i idealitetit kontribuon në gabimin e matjes së temperaturës. Në ishampLlogaritja tregon mospërputhjen e idealitetit duke shkaktuar një gabim të konsiderueshëm të matjes së temperaturës.
- Ekuacioni 4. Lidhja e faktorit të idealitetit me temperaturën e matur
Ku:
- ηTSC-faktori i idealitetit të çipit të sensorit të temperaturës
- TTSC-temperatura e lexuar nga çipi i sensorit të temperaturës
- ηRTD-faktori i idealitetit të diodës së temperaturës në distancë
- TRTD-temperatura në diodën e temperaturës në distancë
Hapat e mëposhtëm vlerësojnë matjen e temperaturës (TTSC) nga çipi i sensorit të temperaturës, duke pasur parasysh vlerat e mëposhtme:
- Faktori i idealitetit të sensorit të temperaturës (ηTSC) është 1.005
- Faktori i idealitetit të diodës së temperaturës në distancë (ηRTD) është 1.03
- Temperatura aktuale në diodën e temperaturës në distancë (TRTD) është 80°C
- Konvertoni TRTD prej 80°C në Kelvin: 80 + 273.15 = 353.15 K.
- Zbatoni ekuacionin 4. Temperatura e llogaritur nga çipi i sensorit të temperaturës është 1.005 × 353.15 = 344.57 K.TTSC = 1.03
- Konvertoni vlerën e llogaritur në Celsius: TTSC = 344.57 K – 273.15 K = 71.43°C Gabimi i temperaturës (TE) i shkaktuar nga mospërputhja e idealitetit:
TE = 71.43°C – 80.0°C = –8.57°C
Gabim i rezistencës së serisë
Rezistenca e serisë në kunjat P dhe N kontribuon në gabimin e matjes së temperaturës.
Rezistenca e serisë mund të jetë nga:
- Rezistenca e brendshme e kunjave P dhe N të diodës së temperaturës.
- Rezistenca e gjurmës së tabelës, për shembullample, një gjurmë e gjatë dërrase.
Rezistenca e serisë shkakton vëllim shtesëtage të bjerë në rrugën e sensorit të temperaturës dhe rezulton në gabim në matje, duke ndikuar në saktësinë e matjes së temperaturës. Në mënyrë tipike, kjo situatë ndodh kur kryeni matjen e temperaturës me një çip të sensorit të temperaturës me 2 rrymë.
Figura 3. Rezistenca e serisë së brendshme dhe në bord
Për të shpjeguar gabimin e temperaturës që ndodh kur rritet rezistenca e serisë, disa prodhues të çipit të sensorit të temperaturës japin të dhënat për gabimin e temperaturës së diodës në distancë kundrejt rezistencës.
Megjithatë, ju mund të eliminoni gabimin e rezistencës së serisë. Disa çipa të sensorit të temperaturës kanë funksion të integruar të anulimit të rezistencës së serisë. Veçoria e anulimit të rezistencës së serisë mund të eliminojë rezistencën e serisë nga një interval prej disa qindra Ω deri në një interval që tejkalon disa mijëra Ω.
Intel rekomandon që të merrni parasysh veçorinë e anulimit të rezistencës së serisë kur zgjidhni çipin e sensorit të temperaturës. Veçoria eliminon automatikisht gabimin e temperaturës të shkaktuar nga rezistenca e drejtimit në transistorin në distancë.
Variacioni Beta i diodës së temperaturës
Ndërsa gjeometritë e teknologjisë së procesit bëhen më të vogla, vlera Beta (β) e substratit PNP ose NPN zvogëlohet.
Ndërsa vlera Beta e diodës së temperaturës zvogëlohet, veçanërisht nëse kolektori i diodës së temperaturës është i lidhur me tokën, vlera Beta ndikon në raportin aktual në ekuacionin 3 në faqen 5. Prandaj, ruajtja e një raporti të saktë të rrymës është thelbësore.
Disa çipa të sensorit të temperaturës kanë funksion të integruar të kompensimit Beta. Variacioni Beta i qarkut ndjen rrymën bazë dhe rregullon rrymën e emetuesit për të kompensuar ndryshimin. Kompensimi Beta ruan raportin aktual të kolektorit.
Figura 4. Dioda e temperaturës së pëlhurës Intel Stratix 10 bërthamore me kompensimin beta MAX31730 të Maxim Integrated* të aktivizuar
Kjo shifër tregon se saktësia e matjes arrihet me kompensimin Beta të aktivizuar. Matjet u morën gjatë gjendjes së ndërprerjes së FPGA - temperaturat e vendosura dhe të matura pritet të jenë afër.
| 0˚C | 50˚C | 100˚C | |
| Kompensimi Beta i çaktivizuar | 25.0625˚C | 70.1875˚C | 116.5625˚C |
| Kompensimi Beta Aktiv | -0.6875˚C | 49.4375˚C | 101.875˚C |
Kondensatori i hyrjes diferenciale
Kondensatori (CF) në kunjat P dhe N vepron si një filtër me kalim të ulët që ndihmon në filtrimin e zhurmës së frekuencës së lartë dhe përmirësimin e ndërhyrjes elektromagnetike (EMI).
Duhet të jeni të kujdesshëm gjatë zgjedhjes së kondensatorit sepse kapaciteti i madh mund të ndikojë në kohën e rritjes së burimit të rrymës së ndërruar dhe të sjellë një gabim të madh matjeje. Në mënyrë tipike, prodhuesi i çipit të sensorit të temperaturës ofron vlerën e rekomanduar të kapacitetit në fletën e të dhënave të tyre. Referojuni udhëzimeve ose rekomandimeve të projektimit të prodhuesit të kondensatorit përpara se të vendosni për vlerën e kapacitetit.
Figura 5. Kapaciteti i hyrjes diferenciale
Kompensimi i kompensimit
Faktorë të shumtë mund të kontribuojnë njëkohësisht në gabimin e matjes. Ndonjëherë, aplikimi i një metode të vetme kompensimi mund të mos e zgjidhë plotësisht problemin. Një metodë tjetër për të zgjidhur gabimin e matjes është aplikimi i kompensimit të kompensimit.
Shënim: Intel rekomandon që të përdorni një çip të sensorit të temperaturës me kompensim të integruar të kompensimit. Nëse çipi i sensorit të temperaturës nuk e mbështet funksionin, mund të aplikoni kompensimin e kompensimit gjatë përpunimit pas përpunimit përmes logjikës ose softuerit të personalizuar.
Kompensimi i kompensimit ndryshon vlerën e regjistrit të kompensimit nga çipi i sensorit të temperaturës për të eliminuar gabimin e llogaritur. Për të përdorur këtë veçori, duhet të kryeni një provë të temperaturësfile studioni dhe identifikoni vlerën e kompensimit për të aplikuar.
Ju duhet të mbledhni matje të temperaturës në gamën e dëshiruar të temperaturës me cilësimet e paracaktuara të çipit të sensorit të temperaturës. Më pas, kryeni analizën e të dhënave si në shembullin e mëposhtëmample për të përcaktuar vlerën e kompensimit që duhet aplikuar. Intel rekomandon që të testoni disa çipa të sensorit të temperaturës me disa dioda të temperaturës në distancë për t'u siguruar që të mbuloni variacionet pjesë-pjesë. Më pas, përdorni mesataren e matjeve në analizë për të përcaktuar cilësimet që duhen zbatuar.
Ju mund të zgjidhni pikat e temperaturës për të testuar bazuar në gjendjen e funksionimit të sistemit tuaj.
Ekuacioni 5. Faktori i kompensimit
Example 2. Aplikimi i Kompensimit të KompensimitNë këtë p.shample, u mblodh një grup matjesh të temperaturës me tre pika të temperaturës. Zbatoni ekuacionin 5 në vlerat dhe llogaritni faktorin e kompensimit.
Tabela 1. Të dhënat e mbledhura përpara aplikimit të kompensimit të kompensimit
| Cakto temperaturën | Temperatura e matur | ||
| 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 |
Përdorni pikën e mesme të diapazonit të temperaturës për të llogaritur temperaturën e kompensimit. Në këtë ishampLe, pika e mesme është temperatura e caktuar 50°C.
Temperatura e kompensuar
- = Faktori i kompensimit × (Temperatura e matur-Temperatura e vendosur)
- = 0.9975 × (334.53 - 323.15)
- = 11.35
Aplikoni vlerën e temperaturës së kompensuar dhe faktorë të tjerë kompensimi, nëse kërkohet, në çipin e sensorit të temperaturës dhe rimerni matjen.
Tabela 2. Të dhënat e mbledhura pas aplikimit të kompensimit të kompensimit
| Cakto temperaturën | Temperatura e matur | Gabim |
| 100°C | 101.06°C | 1.06°C |
| 50°C | 50.13°C | 0.13°C |
| 0°C | 0.25°C | 0.25°C |
Informacione të Përafërta
Rezultatet e Vlerësimit
Ofron një riview i rezultateve të vlerësimit të metodës së kompensimit të kompensimit me çipat e sensorit të temperaturës Maxim Integrated* dhe Texas Instruments*.
Rezultatet e Vlerësimit
Në vlerësim, kompletet e vlerësimit MAX31730 të Maxim Integrated* dhe TMP468 të Texas Instruments* u modifikuan për t'u ndërlidhur me diodat e temperaturës në distancë të disa blloqeve në Intel FPGA.
Tabela 3. Blloqet e vlerësuara dhe modelet e bordit
| Blloko | Bordi i vlerësimit të çipit të sensorit të temperaturës | |
| TMP468 e Texas Instruments | Maxim Integrate d's MAX31730 | |
| Pëlhurë me bërthama Intel Stratix 10 | po | po |
| H-tjegull ose L-tjegull | po | po |
| E-tjegull | po | po |
| P-tjegull | po | po |
Shifrat e mëposhtme tregojnë konfigurimin e bordit Intel FPGA me bordet e vlerësimit Maxim Integrated dhe Texas Instruments.
Figura 6. Konfigurimi me Bordin e Vlerësimit të Maxim Integrate d's MAX31730
Figura 7. Konfigurimi me Bordin e Vlerësimit TMP468 të Texas Instruments
- Një forcues termik - ose përndryshe, mund të përdorni një dhomë të temperaturës - mbuloi dhe vulosi FPGA dhe detyroi temperaturën sipas pikës së caktuar të temperaturës.
- Gjatë këtij testi, FPGA mbeti në gjendje pa energji për të shmangur gjenerimin e nxehtësisë.
- Koha e thithjes për çdo pikë testimi të temperaturës ishte 30 minuta.
- Cilësimet në kompletet e vlerësimit përdorën cilësimet e paracaktuara nga prodhuesit.
- Pas konfigurimit, hapat në Kompensimin e kompensimit në faqen 10 u ndoqën për mbledhjen dhe analizën e të dhënave.
Vlerësimi me bordin e vlerësimit të çipit të sensorit të temperaturës MAX31730 të Maxim Integrated
Ky vlerësim u krye me hapat e konfigurimit siç përshkruhet në Kompensimin e kompensimit.
Të dhënat janë mbledhur para dhe pas aplikimit të kompensimit të kompensimit. Temperatura e ndryshme kompensimi u aplikua në blloqe të ndryshme Intel FPGA sepse një vlerë e vetme kompensimi nuk mund të zbatohet në të gjitha blloqet. Shifrat e mëposhtme tregojnë rezultatet.
Figura 8. Të dhënat për Intel Stratix 10 Core Fabric
Figura 9. Të dhënat për Intel FPGA H-Tile dhe L-Tile
Figura 10. Të dhënat për Intel FPGA E-Tile
Figura 11. Të dhënat për Intel FPGA P-Tile
Vlerësimi me Bordin e vlerësimit të çipit të sensorit të temperaturës TMP468 të Texas Instruments
Ky vlerësim u krye me hapat e konfigurimit siç përshkruhet në Kompensimin e kompensimit.
Të dhënat janë mbledhur para dhe pas aplikimit të kompensimit të kompensimit. Temperatura e ndryshme kompensimi u aplikua në blloqe të ndryshme Intel FPGA sepse një vlerë e vetme kompensimi nuk mund të zbatohet në të gjitha blloqet. Shifrat e mëposhtme tregojnë rezultatet.
Figura 12. Të dhënat për Intel Stratix 10 Core Fabric
Figura 13. Të dhënat për Intel FPGA H-Tile dhe L-Tile
Figura 14. Të dhënat për Intel FPGA E-Tile
Figura 15. Të dhënat për Intel FPGA P-Tile
konkluzioni
Ka shumë prodhues të ndryshëm të çipave për sensorin e temperaturës. Gjatë zgjedhjes së komponentëve, Intel rekomandon fuqimisht që të zgjidhni çipin e sensorit të temperaturës me konsideratat e mëposhtme.
- Zgjidhni një çip me veçori të konfigurueshme të faktorit të idealitetit.
- Zgjidhni një çip që ka anulim të rezistencës së serisë.
- Zgjidhni një çip që mbështet kompensimin Beta.
- Zgjidhni kondensatorët që përputhen me rekomandimet e prodhuesit të çipit.
- Aplikoni çdo kompensim të duhur pas kryerjes së një temperature profile studim.
Bazuar në shqyrtimin e zbatimit dhe rezultatet e vlerësimit, duhet të optimizoni çipin e sensorit të temperaturës në dizajnin tuaj për të arritur saktësinë e matjes.
Historia e rishikimit të dokumentit për AN 769: Udhëzuesi i Zbatimit të Diodës me sensorin e temperaturës në distancë të Intel FPGA
| Versioni i dokumentit | Ndryshimet |
| 2022.04.06 |
|
| 2021.02.09 | Lëshimi fillestar. |
Korporata Intel. Të gjitha të drejtat e rezervuara. Intel, logoja e Intel dhe markat e tjera Intel janë marka tregtare të Intel Corporation ose filialeve të saj. Intel garanton performancën e produkteve të saj FPGA dhe gjysmëpërçuese sipas specifikimeve aktuale në përputhje me garancinë standarde të Intel, por rezervon të drejtën të bëjë ndryshime në çdo produkt dhe shërbim në çdo kohë pa paralajmërim. Intel nuk merr përsipër asnjë përgjegjësi ose përgjegjësi që rrjedh nga aplikimi ose përdorimi i ndonjë informacioni, produkti ose shërbimi të përshkruar këtu, përveçse kur është rënë dakord shprehimisht me shkrim nga Intel. Klientët e Intel këshillohen të marrin versionin më të fundit të specifikimeve të pajisjes përpara se të mbështeten në çdo informacion të publikuar dhe përpara se të bëjnë porosi për produkte ose shërbime.
*Emra dhe marka të tjera mund të pretendohen si pronë e të tjerëve.
ISO
9001:2015
I regjistruar
Dokumentet / Burimet
 |
intel AN 769 FPGA Dioda e sensorit të temperaturës në distancë [pdfUdhëzuesi i përdoruesit AN 769 FPGA Dioda e sensorit të temperaturës në distancë, AN 769, FPGA Dioda e sensorit të temperaturës në distancë, Dioda e sensorit në distancë, Dioda e sensorit të temperaturës, Dioda e sensorit |
