Кориснички водич за интел АН 769 ФПГА Диоде за даљинско откривање температуре

Интел® ФПГА систем за праћење температуре омогућава вам да користите чипове треће стране за праћење температуре споја (ТЈ). Овај спољни систем за праћење температуре ради чак и када је Интел ФПГА искључен или није конфигурисан. Међутим, постоји неколико ствари које морате узети у обзир када дизајнирате интерфејс између екстерног чипа и Интел ФПГА даљинских сензорских диода за температуру (ТСД).
Када изаберете чип са сензором температуре, обично бисте гледали на тачност температуре коју желите да постигнете. Међутим, са најновијом технологијом процеса и другачијим даљинским ТСД дизајном, морате такође узети у обзир уграђене карактеристике чипа за детекцију температуре како бисте испунили ваше захтеве за прецизношћу дизајна.

Разумевањем рада Интел ФПГА система за даљинско мерење температуре, можете:

Откријте уобичајене проблеме са апликацијама сензора температуре.
Изаберите најприкладнији чип са сензором температуре који задовољава ваше потребе апликације, цену и време дизајна.

Интел снажно препоручује да мерите температуру на матрици користећи локалне ТСД-ове, које је Интел потврдио. Интел не може да потврди тачност спољних температурних сензора у различитим системским условима. Ако желите да користите удаљене ТСД-ове са спољним сензорима температуре, пратите смернице у овом документу и потврдите тачност подешавања мерења температуре.

Ова напомена о апликацији се односи на даљинску имплементацију ТСД-а за породицу Интел Стратик® 10 ФПГА уређаја.

Имплементација је завршенаview

Екстерни чип за детекцију температуре повезује се на Интел ФПГА даљински ТСД. Даљински ТСД је ПНП или НПН транзистор повезан са диодом.

Слика 1. Веза између чипа за детекцију температуре и Интел ФПГА Ремоте ТСД (НПН диода)

Слика 2. Веза између чипа за детекцију температуре и Интел ФПГА Ремоте ТСД (ПНП диода)

Следећа једначина формира температуру транзистора у односу на запремину база-емитерtagе (ВБЕ).

Једначина 1. Однос између температуре транзистора и базног емитера Волtagе (ВБЕ)где:
- Т—температура у Келвинима
- к—наелектрисање електрона (1.60 × 10-19 Ц)
- ВБЕ—база-емитер волtage
- к—Болцманова константа (1.38 × 10−23 Ј∙К−1)
- ИЦ—колекторска струја
- ИС—обрнута струја засићења
- η—фактор идеалности удаљене диоде
  Преуређивањем једначине 1, добијате следећу једначину.

Једначина 2. ВБЕ
Типично, чип који детектује температуру форсира две узастопне добро контролисане струје, И1 и И2 на П и Н пинове. Чип затим мери и усредсређује промену ВБЕ диоде. Делта у ВБЕ је директно пропорционална температури, као што је приказано у једначини 3.
Једначина 3. Делта у ВБЕгде:
- н—однос принудне струје
- ВБЕ1—база-емитер волtagе на И1
- ВБЕ2—база-емитер волtagе на И2

Разматрање имплементације

Избор чипа са сензором температуре са одговарајућим карактеристикама омогућава вам да оптимизујете чип како бисте постигли тачност мерења. Узмите у обзир теме у сродним информацијама када изаберете чип.

Повезане информације

Фактор идеалности (η-фактор) Неусклађеност
Грешка отпора серије
Бета варијација температурне диоде
Диференцијални улазни кондензатор
Оффсет Цомпенсатион

Фактор идеалности (η-фактор) Неусклађеност

Када вршите мерење температуре споја коришћењем спољне температурне диоде, тачност мерења температуре зависи од карактеристика спољне диоде. Фактор идеалности је параметар удаљене диоде који мери одступање диоде од њеног идеалног понашања.
Обично можете пронаћи фактор идеалности у техничком листу произвођача диода. Различите спољне температурне диоде дају вам различите вредности због различитог дизајна и технологија процеса које користе.
Неусклађеност идеалности може изазвати значајну грешку у мерењу температуре. Да би се избегла значајна грешка, Интел препоручује да изаберете чип за детекцију температуре који има фактор идеалности који се може конфигурисати. Можете променити вредност фактора идеалности у чипу да бисте елиминисали грешку неусклађености.

Exampле 1. Допринос фактора идеалности грешци мерења температуре

Овај бившиampЛе показује како фактор идеалности доприноси грешци мерења температуре. У бивampда, прорачун показује неусклађеност идеалности која узрокује значајну грешку мерења температуре.

Једначина 4. Однос фактора идеалности према измереној температури

где:

ηТСЦ—фактор идеалности чипа који детектује температуру
ТТСЦ—температура коју очитава чип за сензор температуре
ηРТД—фактор идеалности удаљене температурне диоде
ТРТД—температура на удаљеној температурној диоди

Следећи кораци процењују мерење температуре (ТТСЦ) помоћу чипа за детекцију температуре, дајући следеће вредности:

Фактор идеалности температурног сензора (ηТСЦ) је 1.005
Фактор идеалности даљинске температурне диоде (ηРТД) је 1.03
Стварна температура на даљинској температурној диоди (ТРТД) је 80°Ц

Претворите ТРТД од 80°Ц у Келвине: 80 + 273.15 = 353.15 К.
Примените једначину 4. Израчуната температура помоћу чипа за детекцију температуре је 1.005 × 353.15 = 344.57 К. ТТСЦ = 1.03

Претворите израчунату вредност у Целзијусове: ТТСЦ = 344.57 К – 273.15 К = 71.43°Ц Грешка температуре (ТЕ) узрокована неусклађеношћу идеалности:
ТЕ = 71.43°Ц – 80.0°Ц = –8.57°Ц

Грешка отпора серије

Серијски отпор на П и Н пиновима доприноси грешци мерења температуре.

Серијски отпор може бити од:

Унутрашњи отпор П и Н пина температурне диоде.
Отпор на трагове плоче, нпрampле, дуга табла траг.

Серијски отпор изазива додатну волtagе да падне на путу сензора температуре и резултира грешком мерења, што утиче на тачност мерења температуре. Типично, ова ситуација се дешава када вршите мерење температуре помоћу 2-струјног чипа за детекцију температуре.

Слика 3. Унутрашњи и серијски отпор на возилуДа би се објаснила температурна грешка која је настала када се серијски отпор повећа, неки произвођач чипова са сензором температуре даје податке за температурну грешку удаљене диоде у односу на отпор.
Међутим, можете елиминисати грешку серијске отпорности. Неки чипови са сензором температуре имају уграђену функцију за отказивање отпора серије. Функција поништавања серијског отпора може елиминисати серијски отпор из опсега од неколико стотина Ω до опсега који прелази неколико хиљада Ω.
Интел препоручује да узмете у обзир функцију поништавања отпора серије када изаберете чип који детектује температуру. Ова функција аутоматски елиминише температурну грешку узроковану отпором усмеравања ка удаљеном транзистору.

Бета варијација температурне диоде

Како се геометрија процесне технологије смањује, Бета(β) вредност ПНП или НПН супстрата се смањује.
Како Бета вредност температурне диоде постаје нижа, посебно ако је колектор температурне диоде везан за уземљење, Бета вредност утиче на однос струје у једначини 3 на страни 5. Стога је одржавање тачног односа струје кључно.
Неки чипови са сензором температуре имају уграђену функцију Бета компензације. Бета варијација кола осећа основну струју и прилагођава струју емитера да компензује варијацију. Бета компензација одржава однос струје колектора.

Слика 4. Интел Стратик 10 Цоре Фабриц Температуре Диоде са омогућеном Маким Интегратед* МАКС31730 Бета компензацијом
Ова слика показује да се тачност мерења постиже са омогућеном Бета компензацијом. Мерења су извршена током стања искључења напајања ФПГА—очекује се да ће подешена и измерена температура бити близу.

	0˚Ц	50˚Ц	100˚Ц
Бета компензација искључена	25.0625˚Ц	70.1875˚Ц	116.5625˚Ц
Бета компензација укључена	-0.6875˚Ц	49.4375˚Ц	101.875˚Ц

Диференцијални улазни кондензатор

Кондензатор (ЦФ) на П и Н пиновима делује као нископропусни филтер који помаже у филтрирању високофреквентног шума и побољшању електромагнетних сметњи (ЕМИ).
Морате бити пажљиви приликом избора кондензатора јер велики капацитет може утицати на време пораста укљученог извора струје и довести до велике грешке у мерењу. Типично, произвођач чипа који детектује температуру даје препоручену вредност капацитивности у свом техничком листу. Погледајте упутства за дизајн или препоруку произвођача кондензатора пре него што одлучите о вредности капацитивности.

Слика 5. Диференцијални улазни капацитет

Оффсет Цомпенсатион

Више фактора може истовремено допринети грешци мерења. Понекад примена једног метода компензације можда неће у потпуности решити проблем. Други метод за решавање грешке мерења је примена компензације офсета.

Напомена: Интел препоручује да користите чип за детекцију температуре са уграђеном компензацијом помака. Ако чип за детекцију температуре не подржава ову функцију, можете применити компензацију померања током накнадне обраде путем прилагођене логике или софтвера.
Компензација помака мења вредност регистра офсета са чипа за детекцију температуре да би се елиминисала израчуната грешка. Да бисте користили ову функцију, морате извршити температурни проfile проучите и идентификујте вредност офсета коју треба применити.

Морате прикупити мерења температуре у жељеном температурном опсегу са подразумеваним поставкама чипа за детекцију температуре. Након тога извршите анализу података као у следећем нпрampле да одреди вредност помака коју треба применити. Интел препоручује да тестирате неколико чипова за детекцију температуре са неколико даљинских температурних диода како бисте били сигурни да покријете варијације од дела до дела. Затим користите просек мерења у анализи да бисте одредили подешавања која ћете применити.
Можете да изаберете температурне тачке за тестирање на основу услова рада вашег система.

Једначина 5. Фактор офсета

Exampле 2. Примена компензације за офсет У овом прampЛе, скуп мерења температуре је сакупљен са три температурне тачке. Примените једначину 5 на вредности и израчунајте фактор померања.

Табела 1. Подаци прикупљени пре примене компензације за одступање

Подесите температуру		Меасуред Температуре
Ночьу 100°Ц	373.15 К	Ночьу 111.06°Ц	384.21 К
Ночьу 50°Ц	323.15 К	Ночьу 61.38°Ц	334.53 К
Ночьу 0°Ц	273.15 К	Ночьу 11.31°Ц	284.46 К

Користите средњу тачку температурног опсега да бисте израчунали температуру померања. У овом екampле, средња тачка је подешена температура од 50°Ц.
Оффсет температуре

= Фактор помака × (Измерена температура-Подешена температура)
= 0.9975 × (334.53 − 323.15)
= 11.35

Примените вредност помака температуре и друге факторе компензације, ако је потребно, на чип за сензор температуре и поновите мерење.

Табела 2. Подаци прикупљени након примене компензације за одступање

Подесите температуру	Меасуред Температуре	Грешка
Ночьу 100°Ц	Ночьу 101.06°Ц	Ночьу 1.06°Ц
Ночьу 50°Ц	Ночьу 50.13°Ц	Ночьу 0.13°Ц
Ночьу 0°Ц	Ночьу 0.25°Ц	Ночьу 0.25°Ц

Повезане информације
Резултати евалуације
Обезбеђује реview резултата евалуације методе компензације офсета са Маким Интегратед* и Текас Инструментс* температурним сензорским чиповима.

Резултати евалуације

У евалуацији, комплети за процену МАКС31730 компаније Маким Интегратед* и ТМП468 компаније Текас Инструментс* су модификовани за повезивање са удаљеним температурним диодама неколико блокова у Интел ФПГА.

Табела 3. Оцењени блокови и модели плоча

Блокирај	Одбор за процену чипа са сензором температуре
Блокирај	ТМП468 компаније Текас Инструментс	Маким Интеграте д'с МАКС31730
Интел Стратик 10 цоре тканина	Да	Да
Х-плочица или Л-плочица	Да	Да
Е-плочица	Да	Да
П-плочица	Да	Да

На следећим сликама је приказано подешавање Интел ФПГА плоче са Маким Интегратед и Текас Инструментс плочама за процену.

Слика 6. Подешавање са Маким Интеграте д'с МАКС31730 Евалуатион Боард

Слика 7. Подешавање помоћу табле за процену ТМП468 компаније Текас Инструментс

Термичка сила – или алтернативно, можете користити температурну комору – покрила је и запечатила ФПГА и подесила температуру према подешеној температурној тачки.
Током овог теста, ФПГА је остао у стању без напајања како би се избегао да генерише топлоту.
Време намакања за сваку температурну тестну тачку је 30 минута.
Подешавања на комплетима за процену користила су подразумевана подешавања произвођача.
Након подешавања, следили су се кораци у Компензацији помака на страници 10 за прикупљање и анализу података.

Процена са Маким Интегратед-ом МАКС31730 плоче за процену чипа са сензором температуре

Ова евалуација је спроведена са корацима подешавања као што је описано у Компензација помака.
Подаци су прикупљени пре и после примене компензације за офсет. Различита температура помака је примењена на различите Интел ФПГА блокове јер се једна вредност офсета не може применити на све блокове. Следеће бројке показују резултате.

Слика 8. Подаци за Интел Стратик 10 Цоре Фабриц

Слика 9. Подаци за Интел ФПГА Х-Тиле и Л-Тиле

Слика 10. Подаци за Интел ФПГА Е-Тиле

Слика 11. Подаци за Интел ФПГА П-Тиле

Процена помоћу ТМП468 плоче за процену чипа са сензором температуре компаније Текас Инструментс

Слика 12. Подаци за Интел Стратик 10 Цоре Фабриц

Слика 13. Подаци за Интел ФПГА Х-Тиле и Л-Тиле

Слика 14. Подаци за Интел ФПГА Е-Тиле

Слика 15. Подаци за Интел ФПГА П-Тиле

Закључак

Постоји много различитих произвођача чипова са сензором температуре. Током избора компоненти, Интел снажно препоручује да изаберете чип који детектује температуру имајући у виду следећа разматрања.

Изаберите чип са подесивим фактором идеалности.
Изаберите чип који има поништење серијског отпора.
Изаберите чип који подржава Бета компензацију.
Изаберите кондензаторе који одговарају препорукама произвођача чипа.
Примените одговарајућу компензацију након што сте обавили температурни проfile студија.

На основу разматрања имплементације и резултата евалуације, морате оптимизовати чип за температуру у свом дизајну да бисте постигли тачност мерења.

Историја ревизија документа за АН 769: Водич за примену диоде за даљинско детекцију температуре Интел ФПГА

Верзија документа	Промене
2022.04.06	Исправљено израчунавање температуре чипа са сензором температуре у теми о неусклађености фактора идеалности. Исправљен прорачун офсет температуре нпрampле у теми о компензацији офсета.
2021.02.09	Првобитно издање.

Интел Цорпоратион. Сва права задржана. Интел, Интел лого и друге Интел ознаке су заштитни знаци Интел Цорпоратион или њених подружница. Интел гарантује перформансе својих ФПГА и полупроводничких производа у складу са тренутним спецификацијама у складу са Интеловом стандардном гаранцијом, али задржава право да изврши измене било којег производа и услуге у било које време без обавештења. Интел не преузима никакву одговорност или одговорност која произилази из примене или коришћења било које информације, производа или услуге описане овде осим ако је Интел изричито пристао у писаној форми. Интеловим клијентима се саветује да набаве најновију верзију спецификација уређаја пре него што се ослоне на било коју објављену информацију и пре него што наруче производе или услуге.
*Друга имена и брендови могу се сматрати власништвом других.

ИСО
9001:2015
Регистрован

Документи / Ресурси

интел АН 769 ФПГА Диода за даљинско детектовање температуре [пдф] Упутство за кориснике
АН 769 ФПГА Диода за даљинско детекцију температуре, АН 769, ФПГА Диода за даљинско детектовање температуре, Диода за даљинско детекцију температуре, Диода за детекцију температуре, Диода за детекцију

Референце

Упутство за употребу

интел АН 769 ФПГА Диода за даљинско детектовање температуре

Увод