intel AN 769 FPGA Remote Temperature Sensing Diode
Panimula
Sa modernong mga electronic na application, lalo na ang mga application na nangangailangan ng kritikal na kontrol sa temperatura, ang on-chip na pagsukat ng temperatura ay mahalaga.
Ang mga system na may mataas na performance ay umaasa sa tumpak na mga sukat ng temperatura para sa panloob at panlabas na kapaligiran.
- I-optimize ang pagganap
- Tiyakin ang maaasahang operasyon
- Pigilan ang pinsala sa mga bahagi
Nagbibigay-daan sa iyo ang Intel® FPGA temperature monitoring system na gumamit ng mga third-party na chips para subaybayan ang junction temperature (TJ). Gumagana ang panlabas na sistema ng pagsubaybay sa temperatura kahit na ang Intel FPGA ay pinapagana o hindi naka-configure. Gayunpaman, may ilang bagay na dapat mong isaalang-alang kapag nagdidisenyo ka ng interface sa pagitan ng panlabas na chip at ng Intel FPGA remote temperature sensing diodes (TSDs).
Kapag pumili ka ng temperature sensing chip, karaniwang titingnan mo ang katumpakan ng temperatura na gusto mong makamit. Gayunpaman, sa pinakabagong teknolohiya ng proseso at ibang malayuang disenyo ng TSD, dapat mo ring isaalang-alang ang mga built-in na feature ng temperature sensing chip upang matugunan ang iyong mga kinakailangan sa katumpakan ng disenyo.
Sa pamamagitan ng pag-unawa sa mga gumagana ng Intel FPGA remote temperature measurement system, maaari mong:
- Tuklasin ang mga karaniwang isyu sa mga application ng temperature sensing.
- Piliin ang pinakaangkop na temperature sensing chip na nakakatugon sa iyong mga pangangailangan sa application, gastos, at oras ng disenyo.
Lubos na inirerekomenda ng Intel na sukatin mo ang on-die temperature gamit ang mga lokal na TSD, na napatunayan ng Intel. Hindi mapatunayan ng Intel ang katumpakan ng mga panlabas na sensor ng temperatura sa ilalim ng iba't ibang kundisyon ng system. Kung gusto mong gamitin ang mga malalayong TSD na may mga external na sensor ng temperatura, sundin ang mga alituntunin sa dokumentong ito at patunayan ang katumpakan ng iyong setup ng pagsukat ng temperatura.
Nalalapat ang application note na ito sa malayuang pagpapatupad ng TSD para sa pamilya ng Intel Stratix® 10 FPGA device.
Tapos na ang Implementasyonview
Ang panlabas na temperature sensing chip ay kumokonekta sa Intel FPGA remote TSD. Ang remote na TSD ay isang PNP o NPN na diode-connected transistor.
- Larawan 1. Koneksyon sa Pagitan ng Temperature Sensing Chip at Intel FPGA Remote TSD (NPN Diode)
- Larawan 2. Koneksyon sa Pagitan ng Temperature Sensing Chip at Intel FPGA Remote TSD (PNP Diode)
Ang sumusunod na equation ay bumubuo ng temperatura ng isang transistor na may kaugnayan sa base-emitter voltage (VBE).
- Equation 1. Relasyon sa Pagitan ng Temperatura ng Transistor sa Base-Emitter Voltage (VBE)
saan:
- T—Temperatura sa Kelvin
- q—ang singil ng elektron (1.60 × 10−19 C)
- VBE—base-emitter voltage
- k—Boltzmann constant (1.38 × 10−23 J∙K−1)
- IC—ang kasalukuyang kolektor
- IS—ang reverse saturation current
- η—ang ideality factor ng remote diode
Ang muling pagsasaayos ng Equation 1, makukuha mo ang sumusunod na equation.
- Equation 2. VBE
Kadalasan, pinipilit ng temperature sensing chip ang dalawang magkasunod na well-controlled na alon, I1 at I2 sa P at N pins. Ang chip pagkatapos ay sumusukat at nag-average ng pagbabago ng VBE ng diode. Ang delta sa VBE ay direktang proporsyonal sa temperatura, tulad ng ipinapakita sa Equation 3. - Equation 3. Delta sa VBE
saan:
- n—sapilitang kasalukuyang ratio
- VBE1—base-emitter voltage sa I1
- VBE2—base-emitter voltage sa I2
Pagsasaalang-alang sa Pagpapatupad
Ang pagpili ng temperature sensing chip na may naaangkop na mga feature ay nagbibigay-daan sa iyong i-optimize ang chip para makamit ang katumpakan ng pagsukat. Isaalang-alang ang mga paksa sa kaugnay na impormasyon kapag pinili mo ang chip.
- Ideality Factor (η-Factor) Hindi tugma
- Error sa Paglaban sa Serye
- Temperatura Diode Beta Variation
- Differential Input Capacitor
- Offset Compensation
Ideality Factor (η-Factor) Hindi tugma
Kapag nagsagawa ka ng pagsukat ng temperatura ng junction sa pamamagitan ng paggamit ng panlabas na diode ng temperatura, ang katumpakan ng pagsukat ng temperatura ay nakasalalay sa mga katangian ng panlabas na diode. Ang ideality factor ay isang parameter ng isang remote diode na sumusukat sa deviation ng diode mula sa ideal na pag-uugali nito.
Karaniwan mong mahahanap ang ideality factor sa data sheet mula sa tagagawa ng diode. Ang iba't ibang mga external na temperature diode ay nagbibigay sa iyo ng iba't ibang halaga dahil sa iba't ibang disenyo at teknolohiya ng proseso na ginagamit nila.
Ang hindi pagkakatugma ng ideality ay maaaring magdulot ng malaking error sa pagsukat ng temperatura. Upang maiwasan ang malaking error, inirerekomenda ng Intel na pumili ka ng isang temperature sensing chip na nagtatampok ng na-configure na ideality factor. Maaari mong baguhin ang halaga ng ideality factor sa chip para maalis ang mismatch error.
- Example 1. Kontribusyon ng Ideality Factor sa Error sa Pagsukat ng Temperatura
Itong exampIpinapakita nito kung paano nakakatulong ang ideality factor sa error sa pagsukat ng temperatura. Sa example, ipinapakita ng kalkulasyon ang ideality mismatch na nagdudulot ng malaking error sa pagsukat ng temperatura.
- Equation 4. Relasyon ng Ideality Factor sa Nasusukat na Temperatura
saan:
- ηTSC—ideality factor ng temperature sensing chip
- TTSC—temperatura na binabasa ng temperature sensing chip
- ηRTD—ideality factor ng remote temperature diode
- TRTD—temperatura sa remote temperature diode
Tinatantya ng mga sumusunod na hakbang ang pagsukat ng temperatura (TTSC) sa pamamagitan ng temperature sensing chip, na ibinigay sa mga sumusunod na halaga:
- Ang ideality factor ng temperature sensor (ηTSC) ay 1.005
- Ang ideality factor ng remote temperature diode (ηRTD) ay 1.03
- Ang aktwal na temperatura sa remote temperature diode (TRTD) ay 80°C
- I-convert ang TRTD ng 80°C sa Kelvin: 80 + 273.15 = 353.15 K.
- Ilapat ang Equation 4. Ang kinakalkula na temperatura ng temperature sensing chip ay 1.005 × 353.15 = 344.57 K.TTSC = 1.03
- I-convert ang kinakalkula na halaga sa Celsius: TTSC = 344.57 K – 273.15 K = 71.43°C Ang temperature error (TE) na sanhi ng ideality mismatch:
TE = 71.43°C – 80.0°C = –8.57°C
Error sa Paglaban sa Serye
Ang paglaban ng serye sa mga P at N pin ay nag-aambag sa error sa pagsukat ng temperatura.
Ang paglaban ng serye ay maaaring mula sa:
- Ang panloob na paglaban ng P at N pin ng temperatura diode.
- Ang board trace resistance, halample, isang mahabang board trace.
Ang paglaban ng serye ay nagdudulot ng karagdagang voltage na bumaba sa temperatura sensing path at nagreresulta sa error sa pagsukat, na nakakaapekto sa katumpakan ng pagsukat ng temperatura. Kadalasan, nangyayari ang sitwasyong ito kapag nagsagawa ka ng pagsukat ng temperatura gamit ang 2-kasalukuyang temperature sensing chip.
Larawan 3. Panloob at On-Board Series Resistance
Upang ipaliwanag ang error sa temperatura na natamo kapag tumaas ang resistensya ng serye, ibinibigay ng ilang manufacturer ng temperature sensing chip ang data para sa remote na error sa temperatura ng diode kumpara sa resistensya.
Gayunpaman, maaari mong alisin ang error sa paglaban ng serye. Ang ilang temperature sensing chip ay may built-in na series resistance cancellation feature. Maaaring alisin ng tampok na pagkansela ng paglaban ng serye ang paglaban ng serye mula sa hanay na ilang daang Ω hanggang sa hanay na lampas sa ilang libong Ω.
Inirerekomenda ng Intel na isaalang-alang mo ang tampok na pagkansela ng paglaban ng serye kapag pinili mo ang chip ng temperature sensing. Awtomatikong inaalis ng feature ang error sa temperatura na dulot ng resistensya ng routing sa remote transistor.
Temperatura Diode Beta Variation
Habang lumiliit ang mga geometry ng teknolohiya ng proseso, bumababa ang Beta(β) na halaga ng substrate ng PNP o NPN.
Habang bumababa ang halaga ng Beta ng diode ng temperatura, lalo na kung ang kolektor ng diode ng temperatura ay nakatali sa lupa, ang halaga ng Beta ay nakakaapekto sa kasalukuyang ratio sa Equation 3 sa pahina 5. Samakatuwid, ang pagpapanatili ng tumpak na kasalukuyang ratio ay napakahalaga.
May built-in na Beta compensation feature ang ilang temperature sensing chip. Nadarama ng Beta variation ng circuitry ang base current at inaayos ang emitter current para mabayaran ang variation. Pinapanatili ng kompensasyon ng Beta ang kasalukuyang ratio ng kolektor.
Larawan 4. Intel Stratix 10 Core Fabric Temperature Diode na may Maxim Integrated*'s MAX31730 Beta Compensation Enabled
Ipinapakita ng figure na ito na ang katumpakan ng pagsukat ay nakakamit sa Beta compensation na pinagana. Ang mga sukat ay kinuha sa panahon ng FPGA power down na kondisyon—ang set at sinusukat na temperatura ay inaasahang malapit na.
| 0˚C | 50˚C | 100˚C | |
| Naka-off ang Beta Compensation | 25.0625˚C | 70.1875˚C | 116.5625˚C |
| Naka-on ang Beta Compensation | -0.6875˚C | 49.4375˚C | 101.875˚C |
Differential Input Capacitor
Ang capacitor (CF) sa P at N pin ay nagsisilbing isang low-pass na filter na tumutulong na i-filter ang mataas na dalas ng ingay at pagbutihin ang electromagnetic interference (EMI).
Dapat kang maging maingat sa pagpili ng kapasitor dahil ang malaking kapasidad ay maaaring makaapekto sa pagtaas ng oras ng inilipat na kasalukuyang pinagmulan at magpakilala ng isang malaking error sa pagsukat. Karaniwan, ang tagagawa ng temperature sensing chip ay nagbibigay ng inirerekomendang halaga ng kapasidad sa kanilang data sheet. Sumangguni sa mga alituntunin o rekomendasyon sa disenyo ng tagagawa ng kapasitor bago ka magpasya sa halaga ng kapasidad.
Larawan 5. Differential Input Capacitance
Offset Compensation
Ang maramihang mga kadahilanan ay maaaring sabay na mag-ambag sa error sa pagsukat. Minsan, ang paglalapat ng isang paraan ng kompensasyon ay maaaring hindi ganap na malutas ang isyu. Ang isa pang paraan upang malutas ang error sa pagsukat ay ang paglalapat ng offset compensation.
Tandaan: Inirerekomenda ng Intel na gumamit ka ng temperature sensing chip na may built-in na offset compensation. Kung hindi sinusuportahan ng temperature sensing chip ang feature, maaari kang mag-apply ng offset compensation sa panahon ng post processing sa pamamagitan ng custom na logic o software.
Binabago ng kompensasyon ng offset ang halaga ng rehistro ng offset mula sa chip ng temperature sensing upang maalis ang nakalkulang error. Para magamit ang feature na ito, dapat kang magsagawa ng temperature profile pag-aralan at tukuyin ang halaga ng offset na ilalapat.
Dapat kang mangolekta ng mga sukat ng temperatura sa nais na hanay ng temperatura gamit ang mga default na setting ng temperature sensing chip. Pagkatapos, magsagawa ng pagsusuri ng data tulad ng sa sumusunod na halample upang matukoy ang halaga ng offset na ilalapat. Inirerekomenda ng Intel na subukan mo ang ilang mga temperature sensing chip na may ilang remote temperature diode upang matiyak na sakop mo ang part-to-part na mga variation. Pagkatapos, gamitin ang average na mga sukat sa pagsusuri upang matukoy ang mga setting na ilalapat.
Maaari mong piliin ang mga punto ng temperatura na susuriin batay sa kondisyon ng pagpapatakbo ng iyong system.
Equation 5. Offset Factor
Exampsa 2. Paglalapat ng Offset CompensationSa ex na itoample, isang hanay ng mga sukat ng temperatura ang nakolekta na may tatlong mga punto ng temperatura. Ilapat ang Equation 5 sa mga value at kalkulahin ang offset factor.
Talahanayan 1. Nakolektang Data Bago Mag-apply ng Offset Compensation
| Itakda ang Temperatura | Sinukat na 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 |
Gamitin ang gitnang punto ng hanay ng temperatura upang kalkulahin ang offset na temperatura. Sa ex na itoample, ang gitnang punto ay ang 50°C set na temperatura.
I-offset ang temperatura
- = Offset factor × ( Sinukat na temperatura−Itakda ang temperatura )
- = 0.9975 × (334.53 − 323.15)
- = 11.35
Ilapat ang offset na halaga ng temperatura at iba pang mga salik ng kompensasyon, kung kinakailangan, sa temperature sensing chip at ulitin ang pagsukat.
Talahanayan 2. Nakolektang Data Pagkatapos Mag-apply ng Offset Compensation
| Itakda ang Temperatura | Sinukat na Temperatura | Error |
| 100°C | 101.06°C | 1.06°C |
| 50°C | 50.13°C | 0.13°C |
| 0°C | 0.25°C | 0.25°C |
Kaugnay na Impormasyon
Mga Resulta ng Pagsusuri
Nagbibigay ng review ng mga resulta ng pagsusuri ng offset compensation method na may Maxim Integrated* at Texas Instruments* temperature sensing chips.
Mga Resulta ng Pagsusuri
Sa pagsusuri, ang Maxim Integrated*'s MAX31730 at Texas Instruments*'s TMP468 evaluation kit ay binago upang mag-interface sa mga remote temperature diode ng ilang bloke sa Intel FPGA.
Talahanayan 3. Nasuri ang mga Block at Board Models
| I-block | Temperature Sensing Chip Evaluation Board | |
| TMP468 ng Texas Instruments | Maxim Integrate d's MAX31730 | |
| Intel Stratix 10 core na tela | Oo | Oo |
| H-tile o L-tile | Oo | Oo |
| E-tile | Oo | Oo |
| P-tile | Oo | Oo |
Ang mga sumusunod na figure ay nagpapakita ng setup ng Intel FPGA board na may Maxim Integrated at Texas Instruments evaluation boards.
Larawan 6. Setup sa Maxim Integrate d's MAX31730 Evaluation Board
Larawan 7. Pag-setup sa TMP468 Evaluation Board ng Texas Instruments
- Isang thermal forcer—o bilang kahalili, maaari kang gumamit ng temperature chamber—na tinatakpan at tinatakan ang FPGA at pinilit ang temperatura ayon sa itinakdang temperatura point.
- Sa panahon ng pagsubok na ito, ang FPGA ay nanatili sa unpowered na kondisyon upang maiwasan ito mula sa pagbuo ng init.
- Ang oras ng pagbabad para sa bawat punto ng pagsubok ng temperatura ay 30 minuto.
- Ginamit ng mga setting sa mga evaluation kit ang mga default na setting mula sa mga manufacturer.
- Pagkatapos ng setup, sinundan ang mga hakbang sa Offset Compensation sa pahina 10 para sa pangongolekta at pagsusuri ng data.
Pagsusuri kasama ang Maxim Integrated na MAX31730 Temperature Sensing Chip Evaluation Board
Ang pagsusuring ito ay isinagawa gamit ang mga hakbang sa pag-setup tulad ng inilarawan sa Offset Compensation .
Ang data ay nakolekta bago at pagkatapos ilapat ang offset compensation. Nailapat ang iba't ibang temperatura ng offset sa iba't ibang bloke ng Intel FPGA dahil hindi mailalapat ang isang solong halaga ng offset sa lahat ng bloke. Ang mga sumusunod na figure ay nagpapakita ng mga resulta.
Figure 8. Data para sa Intel Stratix 10 Core Fabric
Figure 9. Data para sa Intel FPGA H-Tile at L-Tile
Figure 10. Data para sa Intel FPGA E-Tile
Figure 11. Data para sa Intel FPGA P-Tile
Pagsusuri kasama ang TMP468 Temperature Sensing Chip Evaluation Board ng Texas Instruments
Ang pagsusuring ito ay isinagawa gamit ang mga hakbang sa pag-setup tulad ng inilarawan sa Offset Compensation .
Ang data ay nakolekta bago at pagkatapos ilapat ang offset compensation. Nailapat ang iba't ibang temperatura ng offset sa iba't ibang bloke ng Intel FPGA dahil hindi mailalapat ang isang solong halaga ng offset sa lahat ng bloke. Ang mga sumusunod na figure ay nagpapakita ng mga resulta.
Figure 12. Data para sa Intel Stratix 10 Core Fabric
Figure 13. Data para sa Intel FPGA H-Tile at L-Tile
Figure 14. Data para sa Intel FPGA E-Tile
Figure 15. Data para sa Intel FPGA P-Tile
Konklusyon
Maraming iba't ibang tagagawa ng temperature sensing chip. Sa panahon ng pagpili ng bahagi, lubos na inirerekomenda ng Intel na piliin mo ang temperature sensing chip na may mga sumusunod na pagsasaalang-alang.
- Pumili ng chip na may feature na na-configure na ideality factor.
- Pumili ng chip na may pagkansela ng paglaban sa serye.
- Pumili ng chip na sumusuporta sa Beta compensation.
- Pumili ng mga capacitor na tumutugma sa mga rekomendasyon ng tagagawa ng chip.
- Ilapat ang anumang naaangkop na kabayaran pagkatapos magsagawa ng temperatura profile pag-aaral.
Batay sa pagsasaalang-alang sa pagpapatupad at mga resulta ng pagsusuri, dapat mong i-optimize ang temperature sensing chip sa iyong disenyo upang makamit ang katumpakan ng pagsukat.
Kasaysayan ng Pagbabago ng Dokumento para sa AN 769: Gabay sa Pagpapatupad ng Intel FPGA Remote Temperature Sensing Diode
| Bersyon ng Dokumento | Mga pagbabago |
| 2022.04.06 |
|
| 2021.02.09 | Paunang paglabas. |
Intel Corporation. Lahat ng karapatan ay nakalaan. Ang Intel, ang logo ng Intel, at iba pang mga marka ng Intel ay mga trademark ng Intel Corporation o mga subsidiary nito. Ginagarantiya ng Intel ang pagganap ng mga produktong FPGA at semiconductor nito sa kasalukuyang mga detalye alinsunod sa karaniwang warranty ng Intel, ngunit inilalaan ang karapatang gumawa ng mga pagbabago sa anumang produkto at serbisyo anumang oras nang walang abiso. Walang pananagutan o pananagutan ang Intel na nagmumula sa aplikasyon o paggamit ng anumang impormasyon, produkto, o serbisyong inilarawan dito maliban kung hayagang sinang-ayunan ng Intel. Pinapayuhan ang mga customer ng Intel na kunin ang pinakabagong bersyon ng mga detalye ng device bago umasa sa anumang nai-publish na impormasyon at bago maglagay ng mga order para sa mga produkto o serbisyo.
*Ang ibang mga pangalan at tatak ay maaaring i-claim bilang pag-aari ng iba.
ISO
9001:2015
Nakarehistro
Mga Dokumento / Mga Mapagkukunan
 |
intel AN 769 FPGA Remote Temperature Sensing Diode [pdf] Gabay sa Gumagamit AN 769 FPGA Remote Temperature Sensing Diode, AN 769, FPGA Remote Temperature Sensing Diode, Remote Temperature Sensing Diode, Temperature Sensing Diode, Sensing Diode |
