intel AN 769 FPGA Jauh Temperatur Sensing Diode Pituduh Pamaké

Sistem ngawaskeun suhu Intel® FPGA ngamungkinkeun anjeun ngagunakeun chip pihak katilu pikeun ngawas suhu simpang (TJ). Sistim ngawaskeun suhu éksternal ieu jalan sanajan Intel FPGA dipareuman atawa henteu ngonpigurasi. Sanajan kitu, aya sababaraha hal nu kudu mertimbangkeun mun anjeun mendesain panganteur antara chip éksternal sarta Intel FPGA jauh suhu sensing diodes (TSDs).
Lamun anjeun milih chip sensing suhu, Anjeun ilaharna bakal kasampak di akurasi hawa rék ngahontal. Nanging, ku téknologi prosés pangénggalna sareng desain TSD jauh anu béda, anjeun ogé kedah nimbangkeun fitur-fitur terintegrasi chip sensing suhu pikeun nyumponan sarat akurasi desain anjeun.

Ku ngartos cara kerja sistem pangukuran suhu jauh Intel FPGA, anjeun tiasa:

Panggihan masalah umum sareng aplikasi sensing suhu.
Pilih chip sensing suhu anu paling pas anu nyumponan kabutuhan aplikasi anjeun, biaya, sareng waktos desain.

Intel nyarankeun pisan yén anjeun ngukur suhu dina maot nganggo TSD lokal, anu parantos disahkeun ku Intel. Intel teu tiasa ngesahkeun katepatan sénsor suhu éksternal dina sababaraha kaayaan sistem. Upami anjeun hoyong nganggo TSD jauh sareng sénsor suhu éksternal, turutan tungtunan dina dokumén ieu sareng validasi katepatan pangaturan pangukuran suhu anjeun.

Catetan aplikasi ieu manglaku ka palaksanaan TSD jauh pikeun kulawarga alat Intel Stratix® 10 FPGA.

Palaksanaan Leuwihview

Chip sensing suhu éksternal nyambung ka Intel FPGA jauh TSD. TSD jauh nyaéta transistor anu nyambungkeun dioda PNP atanapi NPN.

Gambar 1. Sambungan Antara Chip Sensing Suhu sareng Intel FPGA Remote TSD (NPN Diode)

Gambar 2. Sambungan Antara Chip Sensing Suhu sareng Intel FPGA Remote TSD (PNP Diode)

Persamaan di handap ieu ngabentuk suhu transistor dina hubungan jeung vol base-emitortage (VBE).

Persamaan 1. Hubungan Antara Suhu Transistor jeung Base-Emitter Voltage (VBE)dimana:
- T - Suhu dina Kelvin
- q—muatan éléktron (1.60 × 10−19 C)
- VBE-base-emitor voltage
- k—Konstanta Boltzmann (1.38 × 10−23 J∙K−1)
- IC - arus kolektor
- IS-arus jenuh sabalikna
- η-faktor idéalitas dioda jauh
  Nyusun ulang Persamaan 1, anjeun nampi persamaan di handap ieu.

Persamaan 2. VBE
Biasana, chip sensing suhu maksakeun dua arus anu dikontrol sacara berturut-turut, I1 sareng I2 dina pin P sareng N. Chip lajeng ngukur sarta averages robah tina VBE dioda nu. Délta dina VBE sabanding langsung jeung suhu, ditémbongkeun saperti dina Persamaan 3.
persamaan 3. Delta di VBEdimana:
- n - rasio ayeuna kapaksa
- VBE1—base-emitor voltage di i1
- VBE2—base-emitor voltage di i2

Pertimbangan Palaksanaan

Milih chip sensing suhu sareng fitur anu pas ngamungkinkeun anjeun ngaoptimalkeun chip pikeun ngahontal akurasi pangukuran. Mertimbangkeun jejer dina informasi patali mun anjeun milih chip.

Émbaran patali

Faktor Idealitas (η-Factor) Teu cocog
Kasalahan Résistansi Series
Suhu Dioda Béta Variasi
Kapasitor Input diferensial
Santunan Offset

Faktor Idealitas (η-Factor) Teu cocog

Nalika anjeun ngalakukeun pangukuran suhu simpang ku ngagunakeun dioda suhu éksternal, akurasi pangukuran suhu gumantung kana karakteristik dioda éksternal. Faktor idéal nyaéta parameter dioda jauh anu ngukur simpangan dioda tina paripolah idéalna.
Anjeun biasana tiasa mendakan faktor idealitas dina lambaran data ti produsén dioda. Dioda suhu éksternal anu béda masihan anjeun nilai anu béda kusabab desain sareng téknologi prosés anu béda anu aranjeunna anggo.
Kasaluyuan idéal tiasa nyababkeun kasalahan pangukuran suhu anu signifikan. Pikeun ngahindarkeun kasalahan anu signifikan, Intel nyarankeun yén anjeun milih chip sensing suhu anu gaduh faktor idéal anu tiasa dikonfigurasi. Anjeun tiasa ngarobah nilai faktor ideality dina chip pikeun ngaleungitkeun kasalahan mismatch.

Exampjeung 1. Kontribusi Faktor Idealitas kana Kasalahan Pangukuran Suhu

Mantan ieuample nunjukkeun kumaha faktor idealitas nyumbang kana kasalahan pangukuran suhu. Dina urutampLe, itungan nembongkeun mismatch ideality ngabalukarkeun kasalahan pangukuran suhu signifikan.

Persamaan 4. Hubungan Faktor Idealitas jeung Suhu Diukur

dimana:

ηTSC-faktor ideality chip sensing suhu
TTSC-suhu dibaca ku chip sensing suhu
ηRTD-faktor idéal dioda suhu jauh
TRTD-suhu dina dioda suhu jauh

Léngkah-léngkah di handap ieu ngira-ngira pangukuran suhu (TTSC) ku chip sensing suhu, dibéré nilai-nilai ieu:

Faktor idéal sensor suhu (ηTSC) nyaéta 1.005
Faktor idéal dioda suhu jauh (ηRTD) nyaéta 1.03
Suhu sabenerna dina remote temperature diode (TRTD) nyaéta 80°C

Ngarobah TRTD tina 80°C kana Kelvin: 80 + 273.15 = 353.15 K.
Larapkeun Persamaan 4. Suhu diitung ku chip sensing suhu nyaéta 1.005 × 353.15 = 344.57 K.TTSC = 1.03

Ngarobah nilai diitung kana Celsius: TTSC = 344.57 K – 273.15 K = 71.43°C Kasalahan suhu (TE) disababkeun ku mismatch idéalitas:
TE = 71.43°C – 80.0°C = –8.57°C

Kasalahan Résistansi Series

Résistansi séri dina pin P sareng N nyumbang kana kasalahan pangukuran suhu.

Résistansi séri tiasa tina:

Résistansi internal tina pin P sareng N tina dioda suhu.
Dewan ngabasmi lalawanan, pikeun example, ngambah papan panjang.

Résistansi runtuyan ngabalukarkeun vol tambahantage turun di jalur sensing suhu sareng nyababkeun kasalahan pangukuran, mangaruhan katepatan pangukuran suhu. Biasana, kaayaan ieu kajantenan nalika anjeun ngalakukeun pangukuran suhu nganggo chip sensing suhu 2-ayeuna.

Gambar 3. Résistansi Series internal sareng On-BoardPikeun ngajelaskeun kasalahan suhu anu ditanggung nalika résistansi séri naék, sababaraha produsén chip sensing suhu nyayogikeun data pikeun kasalahan suhu dioda jauh ngalawan résistansi.
Nanging, anjeun tiasa ngaleungitkeun kasalahan résistansi séri. Sababaraha chip sensing suhu gaduh fitur pembatalan résistansi séri anu diwangun. Fitur pembatalan résistansi séri tiasa ngaleungitkeun résistansi séri tina kisaran sababaraha ratus Ω dugi ka langkung seueur sababaraha rébu Ω.
Intel nyarankeun yén anjeun mertimbangkeun fitur pembatalan résistansi séri nalika anjeun milih chip sensing suhu. Fitur ieu sacara otomatis ngaleungitkeun kasalahan suhu anu disababkeun ku résistansi routing ka transistor jauh.

Suhu Dioda Béta Variasi

Nalika géométri téknologi prosés beuki leutik, nilai Beta(β) tina substrat PNP atanapi NPN turun.
Salaku nilai dioda suhu Béta jadi leuwih handap, utamana lamun collector dioda suhu ieu dihijikeun ka taneuh, nilai Béta mangaruhan rasio ayeuna dina Persamaan 3 dina kaca 5. Ku alatan éta, ngajaga hiji rasio arus akurat krusial.
Sababaraha chip sensing suhu gaduh fitur kompensasi Beta anu diwangun. Variasi Beta tina sirkuit indra arus dasar sareng nyaluyukeun arus emitor pikeun ngimbangan variasi. Santunan Beta ngajaga rasio ayeuna kolektor.

Gambar 4. Intel Stratix 10 Core Fabric Temperature Diode sareng Maxim Integrated*'s MAX31730 Beta Compensation Diaktipkeun
Angka ieu nunjukkeun yén akurasi pangukuran dihontal kalayan kompensasi Beta diaktipkeun. Pangukuran dilaksanakeun nalika kaayaan kakuatan FPGA turun - set sareng suhu anu diukur diperkirakeun caket.

	0˚C	50˚C	100˚C
Santunan Béta Pareum	25.0625˚C	70.1875˚C	116.5625˚C
Béta Compensation On	-0.6875˚C	49.4375˚C	101.875˚C

Kapasitor Input diferensial

Kapasitor (CF) dina pin P sareng N tindakan sapertos saringan low-pass anu ngabantosan nyaring sora frekuensi tinggi sareng ningkatkeun gangguan éléktromagnétik (EMI).
Anjeun kedah ati-ati nalika milih kapasitor sabab kapasitansi ageung tiasa mangaruhan waktos naékna sumber arus anu dipindahkeun sareng ngenalkeun kasalahan pangukuran anu ageung. Biasana, produsén chip sensing suhu nyayogikeun nilai kapasitansi anu disarankeun dina lambaran datana. Tingali kana tungtunan desain produsén kapasitor atanapi rekomendasi sateuacan anjeun mutuskeun nilai kapasitansi.

Gambar 5. Kapasitansi Input diferensial

Santunan Offset

Sababaraha faktor sakaligus tiasa nyumbang kana kasalahan pangukuran. Kadang-kadang, nerapkeun metode kompensasi tunggal moal tiasa ngabéréskeun masalah éta. Métode séjén pikeun ngabéréskeun kasalahan pangukuran nyaéta nerapkeun kompensasi offset.

Catetan: Intel nyarankeun yén anjeun nganggo chip sensing suhu sareng kompensasi offset anu diwangun. Upami chip sensing suhu henteu ngadukung fitur éta, anjeun tiasa nerapkeun kompensasi offset salami pamrosésan pos ngalangkungan logika atanapi parangkat lunak khusus.
Santunan offset ngarobah nilai register offset ti chip sensing suhu pikeun ngaleungitkeun kasalahan diitung. Pikeun nganggo fitur ieu, anjeun kedah ngalaksanakeun pro suhufile diajar sarta ngaidentipikasi nilai offset pikeun nerapkeun.

Anjeun kedah ngumpulkeun pangukuran suhu dina rentang suhu anu dipikahoyong sareng setélan standar tina chip sensing suhu. Sanggeusna, laksanakeun analisis data saperti dina conto ieu di handapample pikeun nangtukeun nilai offset nerapkeun. Intel nyarankeun yén anjeun nguji sababaraha chip sensing suhu sareng sababaraha dioda suhu jauh pikeun mastikeun yén anjeun nutupan variasi bagian-ka-bagian. Teras, anggo rata-rata pangukuran dina analisa pikeun nangtukeun setélan anu bakal diterapkeun.
Anjeun tiasa milih titik suhu pikeun diuji dumasar kana kaayaan operasi sistem anjeun.

Persamaan 5. Faktor offset

Exampjeung 2. Aplikasi Kompensasi OffsetDina ex ieuampLe, sakumpulan pangukuran suhu dikumpulkeun kalayan tilu titik suhu. Larapkeun Persamaan 5 kana nilai jeung ngitung faktor offset.

Tabél 1. Data Dikumpulkeun Sateuacan Ngalarapkeun Santunan Offset

Setel Suhu		Suhu diukur
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

Paké titik tengah rentang hawa keur ngitung hawa offset. Dina ex ieuampLe, titik tengah nyaéta 50 ° C suhu set.
Suhu offset

= Faktor offset × ( Suhu diukur−Set suhu )
= 0.9975 × (334.53 − 323.15)
= 11.35

Larapkeun nilai suhu offset sareng faktor kompensasi anu sanés, upami diperyogikeun, kana chip sensing suhu sareng cobian deui pangukuran.

Tabél 2. Data Dikumpulkeun Saatos Nerapkeun Kompensasi Offset

Setel Suhu	Suhu diukur	Kasalahan
100°C	101.06°C	1.06°C
50°C	50.13°C	0.13°C
0°C	0.25°C	0.25°C

Émbaran patali
Hasil Evaluasi
Nyadiakeun ulang aview tina hasil evaluasi metoda santunan offset kalawan Maxim Integrated * sarta Texas Instrumén * chip suhu sensing.

Hasil Evaluasi

Dina evaluasi, Maxim Integrated*'s MAX31730 and Texas Instruments*'s TMP468 kit evaluasi dirobah pikeun panganteur sareng dioda suhu jauh tina sababaraha blok dina Intel FPGA.

Tabél 3. Dievaluasi blok jeung Board Models

Blok	Suhu Sensing Chip Evaluasi Board
Blok	Texas Instrumén 'TMP468	Maxim Ngahijikeun d urang MAX31730
Intel Stratix 10 lawon inti	Sumuhun	Sumuhun
H-ubin atanapi L-ubin	Sumuhun	Sumuhun
E-ubin	Sumuhun	Sumuhun
P-ubin	Sumuhun	Sumuhun

Inohong di handap nembongkeun setelan dewan Intel FPGA kalawan Maxim Integrated sarta Texas Instrumén dewan evaluasi.

Gambar 6. Setup kalawan Maxim Integrate d urang MAX31730 Board Evaluasi

Gambar 7. Setup sareng Dewan Evaluasi TMP468 Texas Instruments

A forcer termal-atawa Alternatipna, Anjeun bisa make a chamber suhu-katutupan jeung disegel FPGA jeung maksa hawa salaku per titik suhu set.
Salila tés ieu, FPGA tetep dina kaayaan teu daya pikeun nyegah tina ngahasilkeun panas.
Waktu soak pikeun tiap titik uji suhu nyaéta 30 menit.
Setélan dina kit évaluasi ngagunakeun setélan standar ti produsén.
Saatos setelan, léngkah-léngkah dina Kompensasi Offset dina kaca 10 dituturkeun pikeun ngumpulkeun sareng nganalisis data.

Evaluasi sareng Maxim Integrated MAX31730 Suhu Sensing Chip Evaluasi Board

Evaluasi ieu dilaksanakeun kalayan léngkah-léngkah pangaturan sakumaha anu dijelaskeun dina Kompensasi Offset.
Data dikumpulkeun sateuacan sareng saatos nerapkeun kompensasi offset. Suhu offset anu béda diterapkeun ka blok Intel FPGA anu béda sabab hiji nilai offset tunggal henteu tiasa diterapkeun dina sadaya blok. Inohong di handap nembongkeun hasil.

angka 8. Data pikeun Intel Stratix 10 Core lawon

angka 9. Data pikeun Intel FPGA H-Genteng jeung L-Genteng

angka 10. Data pikeun Intel FPGA E-Genteng

angka 11. Data pikeun Intel FPGA P-Genteng

Evaluasi sareng Texas Instruments TMP468 Suhu Sensing Chip Board Evaluasi

angka 12. Data pikeun Intel Stratix 10 Core lawon

angka 13. Data pikeun Intel FPGA H-Genteng jeung L-Genteng

angka 14. Data pikeun Intel FPGA E-Genteng

angka 15. Data pikeun Intel FPGA P-Genteng

kacindekan

Aya seueur pabrik chip sensing suhu anu béda. Nalika milih komponén, Intel nyarankeun pisan yén anjeun milih chip sensing suhu kalayan pertimbangan di handap ieu.

Pilih chip kalayan fitur faktor idealitas configurable.
Pilih chip anu gaduh pembatalan résistansi séri.
Pilih chip nu ngarojong santunan Beta.
Pilih kapasitor anu cocog sareng saran produsén chip.
Larapkeun santunan anu mana waé saatos ngalaksanakeun pro suhufile diajar.

Dumasar kana pertimbangan palaksanaan sareng hasil évaluasi, anjeun kedah ngaoptimalkeun chip sensing suhu dina desain anjeun pikeun ngahontal akurasi pangukuran.

Riwayat Révisi Dokumén pikeun AN 769: Intel FPGA Remote Temperature Sensing Diode Panungtun Palaksanaan

Vérsi Dokumén	Parobahan
2022.04.06	Ngalereskeun itungan suhu chip sensing suhu dina topik ngeunaan mismatch faktor ideality. Ngalereskeun itungan suhu offset example dina topik ngeunaan santunan offset.
2021.02.09	Pelepasan awal.

Intel Corporation. Sadaya hak disimpen. Intel, logo Intel, sareng merek Intel sanés mangrupikeun mérek dagang Intel Corporation atanapi anak perusahaanna. Intel ngajamin kinerja produk FPGA sareng semikonduktor na kana spésifikasi ayeuna saluyu sareng garansi standar Intel, tapi ngagaduhan hak pikeun ngarobih naon waé produk sareng jasa iraha waé tanpa aya bewara. Intel henteu nanggung tanggung jawab atanapi tanggung jawab anu timbul tina aplikasi atanapi pamakean inpormasi, produk, atanapi jasa anu dijelaskeun di dieu iwal ti dinyatakeun sapuk sacara tinulis ku Intel. Konsumén Intel disarankan pikeun ménta versi panganyarna tina spésifikasi alat sateuacan ngandelkeun inpormasi anu diterbitkeun sareng sateuacan nempatkeun pesenan produk atanapi jasa.
*Ngaran sareng merek sanésna tiasa diklaim salaku hak milik batur.

ISO
9001:2015
Kadaptar

Dokumén / Sumberdaya

intel AN 769 FPGA Jauh Suhu Sensing Dioda [pdf] Pituduh pamaké
AN 769 FPGA Dioda Penginderaan Suhu Jauh, AN 769, Dioda Penginderaan Suhu Jauh FPGA, Dioda Penginderaan Suhu Jauh, Dioda Penginderaan Suhu, Dioda Penginderaan Jauh

Rujukan

Manual pamaké

intel AN 769 FPGA Jauh Suhu Sensing Dioda

Bubuka