intel AN 769 FPGA nuotolinio temperatūros jutimo diodas
Įvadas
Šiuolaikinėse elektroninėse programose, ypač programose, kurioms reikalinga kritinė temperatūros kontrolė, lusto temperatūros matavimas yra labai svarbus.
Aukštos kokybės sistemos priklauso nuo tikslių temperatūros matavimų patalpose ir lauke.
- Optimizuokite našumą
- Užtikrinkite patikimą veikimą
- Neleiskite pažeisti komponentų
Intel® FPGA temperatūros stebėjimo sistema leidžia naudoti trečiųjų šalių lustus, kad būtų galima stebėti jungties temperatūrą (TJ). Ši išorinė temperatūros stebėjimo sistema veikia net tada, kai Intel FPGA yra išjungtas arba nesukonfigūruotas. Tačiau kurdami sąsają tarp išorinės lusto ir Intel FPGA nuotolinio temperatūros jutimo diodų (TSD), turite atsižvelgti į keletą dalykų.
Kai pasirenkate temperatūros jutimo lustą, paprastai žiūrite į norimą pasiekti temperatūros tikslumą. Tačiau naudojant naujausią proceso technologiją ir kitokį nuotolinio TSD dizainą, taip pat turite atsižvelgti į temperatūros jutimo lusto integruotas funkcijas, kad atitiktų projektavimo tikslumo reikalavimus.
Suprasdami Intel FPGA nuotolinio temperatūros matavimo sistemos veikimą, galite:
- Atraskite įprastas temperatūros jutimo programų problemas.
- Pasirinkite tinkamiausią temperatūros jutimo lustą, atitinkantį jūsų taikymo poreikius, kainą ir projektavimo laiką.
„Intel“ primygtinai rekomenduoja matuoti temperatūrą ant štampo naudojant vietinius TSD, kuriuos „Intel“ patvirtino. „Intel“ negali patvirtinti išorinių temperatūros jutiklių tikslumo įvairiomis sistemos sąlygomis. Jei norite naudoti nuotolinius TSD su išoriniais temperatūros jutikliais, vadovaukitės šiame dokumente pateiktomis gairėmis ir patvirtinkite temperatūros matavimo sąrankos tikslumą.
Ši programos pastaba taikoma nuotoliniam TSD diegimui Intel Stratix® 10 FPGA įrenginių šeimai.
Įgyvendinimas Baigtasview
Išorinis temperatūros jutiklis jungiasi prie „Intel FPGA“ nuotolinio TSD. Nuotolinis TSD yra PNP arba NPN diodu prijungtas tranzistorius.
- 1 pav. Ryšys tarp temperatūros jutiklio lusto ir „Intel FPGA Remote TSD“ (NPN diodo)
- 2 pav. Ryšys tarp temperatūros jutimo lusto ir „Intel FPGA Remote TSD“ (PNP diodo)
Ši lygtis sudaro tranzistoriaus temperatūrą bazinio emiterio tūrio atžvilgiutage (VBE).
- 1 lygtis. Santykis tarp tranzistoriaus temperatūros ir bazinio emiterio ttage (VBE)
Kur:
- T – temperatūra Kelvinais
- q – elektronų krūvis (1.60 × 10–19 C)
- VBE-bazė-emiteris ttage
- k – Boltzmanno konstanta (1.38 × 10–23 J∙K–1)
- IC – kolektoriaus srovė
- IS – atvirkštinio prisotinimo srovė
- η – nuotolinio diodo idealumo koeficientas
Pertvarkydami 1 lygtį, gausite tokią lygtį.
- 2 lygtis. VBE
Paprastai temperatūros jutimo mikroschema P ir N kaiščiuose sukuria dvi iš eilės gerai valdomas sroves – I1 ir I2. Tada lustas matuoja ir apskaičiuoja diodo VBE pokytį. VBE delta yra tiesiogiai proporcinga temperatūrai, kaip parodyta 3 lygtyje. - 3 lygtis. Delta VBE
Kur:
- n — priverstinės srovės santykis
- VBE1 – bazinis skleidėjas ttage ties I1
- VBE2 – bazinis skleidėjas ttage ties I2
Įgyvendinimo svarstymas
Pasirinkus temperatūros jutimo lustą su atitinkamomis funkcijomis, galima optimizuoti lustą, kad būtų pasiektas matavimo tikslumas. Rinkdamiesi lustą apsvarstykite susijusioje informacijoje pateiktas temas.
- Idealumo koeficiento (η-Factor) neatitikimas
- Serijos atsparumo klaida
- Temperatūros diodo beta variacija
- Diferencialinis įvesties kondensatorius
- Užskaitos kompensacija
Idealumo koeficiento (η-Factor) neatitikimas
Kai atliekate sankryžos temperatūros matavimą naudodami išorinį temperatūros diodą, temperatūros matavimo tikslumas priklauso nuo išorinio diodo charakteristikų. Idealumo koeficientas yra nuotolinio diodo parametras, matuojantis diodo nuokrypį nuo idealaus veikimo.
Idealumo koeficientą paprastai galite rasti diodo gamintojo duomenų lape. Skirtingi išorinės temperatūros diodai suteikia skirtingas vertes dėl skirtingos konstrukcijos ir naudojamų proceso technologijų.
Idealumo neatitikimas gali sukelti didelę temperatūros matavimo paklaidą. Kad išvengtumėte reikšmingos klaidos, „Intel“ rekomenduoja pasirinkti temperatūros jutimo lustą, turintį konfigūruojamą idealumo koeficientą. Norėdami pašalinti neatitikimo klaidą, lustoje galite pakeisti idealumo koeficiento vertę.
- Example 1. Idealumo faktoriaus indėlis į temperatūros matavimo klaidą
Šis buvęsample parodo, kaip idealumo koeficientas prisideda prie temperatūros matavimo paklaidos. Buvusiojeample, skaičiavimas parodo idealumo neatitikimą, sukeliantį didelę temperatūros matavimo paklaidą.
- 4 lygtis. Idealumo faktoriaus ryšys su išmatuota temperatūra
Kur:
- ηTSC – temperatūros jutiklio lusto idealumo koeficientas
- TTSC – temperatūros jutimo mikroschema nuskaitoma temperatūra
- ηRTD – nuotolinio temperatūros diodo idealumo koeficientas
- TRTD – nuotolinio temperatūros diodo temperatūra
Šie veiksmai įvertina temperatūros matavimą (TTSC) pagal temperatūros jutiklio lustą, atsižvelgiant į šias vertes:
- Temperatūros jutiklio idealumo koeficientas (ηTSC) yra 1.005
- Nuotolinio temperatūros diodo (ηRTD) idealumo koeficientas yra 1.03
- Faktinė nuotolinio temperatūros diodo (TRTD) temperatūra yra 80 °C
- Paverskite 80°C TRTD į Kelviną: 80 + 273.15 = 353.15 K.
- Taikykite 4 lygtį. Temperatūros jutiklio lusto apskaičiuota temperatūra yra 1.005 × 353.15 = 344.57 K.TTSC = 1.03
- Konvertuokite apskaičiuotą vertę į Celsijų: TTSC = 344.57 K – 273.15 K = 71.43 °C Temperatūros paklaida (TE), kurią sukelia idealumo neatitikimas:
TE = 71.43°C – 80.0°C = –8.57°C
Serijos atsparumo klaida
Serijinė varža ant P ir N kaiščių prisideda prie temperatūros matavimo paklaidos.
Serijos atsparumas gali būti:
- Temperatūros diodo P ir N kaiščių vidinė varža.
- Plokštės pėdsakų atsparumas, pvzample, ilgas lentos pėdsakas.
Serijinis pasipriešinimas sukelia papildomą ttage nukristi temperatūros jutimo kelyje ir dėl to atsiranda matavimo paklaida, kuri turi įtakos temperatūros matavimo tikslumui. Paprastai tokia situacija nutinka, kai matuojate temperatūrą naudodami 2 srovių temperatūros jutiklio lustą.
3 pav. Vidinis ir borto serijos pasipriešinimas
Norėdami paaiškinti temperatūros paklaidą, atsirandančią didėjant serijinei varžai, kai kurie temperatūros jutiklių lustų gamintojai pateikia duomenis apie nuotolinio diodo temperatūros paklaidą ir varžą.
Tačiau galite pašalinti serijos pasipriešinimo klaidą. Kai kurie temperatūros jutikliai turi įmontuotą serijos atsparumo panaikinimo funkciją. Serijinės varžos panaikinimo funkcija gali pašalinti serijinę varžą nuo kelių šimtų Ω iki diapazono, viršijančio kelis tūkstančius Ω.
„Intel“ rekomenduoja atsižvelgti į serijos pasipriešinimo atšaukimo funkciją, kai pasirenkate temperatūros jutimo lustą. Ši funkcija automatiškai pašalina temperatūros paklaidą, kurią sukelia maršruto pasipriešinimas nuotoliniam tranzistoriui.
Temperatūros diodo beta variacija
Mažėjant proceso technologijos geometrijoms, mažėja PNP arba NPN substrato Beta (β) vertė.
Temperatūros diodo beta vertei mažėjant, ypač jei temperatūros diodo kolektorius yra prijungtas prie žemės, beta vertė turi įtakos srovės santykiui 3 lygtyje 5 puslapyje. Todėl labai svarbu išlaikyti tikslų srovės santykį.
Kai kurie temperatūros jutimo lustai turi įmontuotą beta kompensavimo funkciją. Beta grandinės variacija nustato bazinę srovę ir koreguoja emiterio srovę, kad kompensuotų pokytį. Beta kompensacija palaiko kolektoriaus srovės santykį.
4 pav. „Intel Stratix 10 Core“ audinio temperatūros diodas su „Maxim Integrated“* MAX31730 beta versijos kompensavimu
Šis paveikslėlis rodo, kad matavimo tikslumas pasiekiamas įjungus beta kompensaciją. Matavimai buvo atlikti FPGA išjungimo sąlygomis – tikimasi, kad nustatytos ir išmatuotos temperatūros bus artimos.
| 0˚C | 50˚C | 100˚C | |
| Beta kompensacija išjungta | 25.0625˚C | 70.1875˚C | 116.5625˚C |
| Beta kompensacija įjungta | -0.6875 ˚C | 49.4375˚C | 101.875˚C |
Diferencialinis įvesties kondensatorius
Kondensatorius (CF) ant P ir N kontaktų veikia kaip žemųjų dažnių filtras, padedantis filtruoti aukšto dažnio triukšmą ir pagerinti elektromagnetinius trukdžius (EMI).
Pasirinkdami kondensatorių, turite būti atsargūs, nes didelė talpa gali paveikti perjungiamo srovės šaltinio kilimo laiką ir sukelti didžiulę matavimo paklaidą. Paprastai temperatūros jutiklio lusto gamintojas pateikia rekomenduojamą talpos vertę savo duomenų lape. Prieš nuspręsdami dėl talpos vertės, vadovaukitės kondensatoriaus gamintojo projektavimo gairėmis arba rekomendacijomis.
5 pav. Diferencinė įvesties talpa
Užskaitos kompensacija
Keli veiksniai vienu metu gali turėti įtakos matavimo paklaidai. Kartais taikant vieną kompensavimo metodą problema gali būti visiškai neišspręsta. Kitas matavimo paklaidos pašalinimo būdas yra poslinkio kompensavimas.
Pastaba: „Intel“ rekomenduoja naudoti temperatūros jutimo lustą su įmontuotu poslinkio kompensavimu. Jei temperatūros jutimo lustas nepalaiko šios funkcijos, galite taikyti poslinkio kompensaciją, kai atliekate papildomą apdorojimą naudodami pasirinktinę logiką arba programinę įrangą.
Poslinkio kompensavimas pakeičia temperatūros jutiklio lusto poslinkio registro reikšmę, kad būtų pašalinta apskaičiuota klaida. Norėdami naudoti šią funkciją, turite atlikti temperatūros profile ištirti ir nustatyti taikytiną kompensavimo vertę.
Turite rinkti temperatūros matavimus norimame temperatūros diapazone naudodami numatytuosius temperatūros jutimo lusto nustatymus. Po to atlikite duomenų analizę, kaip nurodyta toliau, pvzample, kad nustatytų taikytiną poslinkio vertę. „Intel“ rekomenduoja išbandyti keletą temperatūros jutimo lustų su keliais nuotoliniais temperatūros diodais, kad įsitikintumėte, jog aprėpiate atskirų dalių skirtumus. Tada analizėje naudokite matavimų vidurkį, kad nustatytumėte taikytinus nustatymus.
Galite pasirinkti temperatūros taškus, kuriuos norite išbandyti, atsižvelgdami į sistemos veikimo sąlygas.
5 lygtis. Poslinkio koeficientas
Example 2. Užskaitos kompensacijos taikymasŠiame pvzample, buvo surinktas temperatūros matavimų rinkinys su trimis temperatūros taškais. Taikykite 5 lygtį reikšmėms ir apskaičiuokite poslinkio koeficientą.
1 lentelė. Duomenys, surinkti prieš taikant užskaitos kompensaciją
| Nustatykite temperatūrą | Išmatuota temperatūra | ||
| 100°C | 373.15 tūkst | 111.06°C | 384.21 tūkst |
| 50°C | 323.15 tūkst | 61.38°C | 334.53 tūkst |
| 0°C | 273.15 tūkst | 11.31°C | 284.46 tūkst |
Norėdami apskaičiuoti poslinkio temperatūrą, naudokite vidurinį temperatūros diapazono tašką. Šiame buvample, vidurinis taškas yra 50°C nustatyta temperatūra.
Poslinkio temperatūra
- = Poslinkio koeficientas × (išmatuota temperatūra–nustatyta temperatūra)
- = 0.9975 × (334.53–323.15)
- = 11.35
Taikykite temperatūros poslinkio vertę ir kitus kompensavimo koeficientus, jei reikia, į temperatūros jutimo mikroschemą ir iš naujo atlikite matavimą.
2 lentelė. Duomenys, surinkti pritaikius užskaitos kompensaciją
| Nustatykite temperatūrą | Išmatuota temperatūra | Klaida |
| 100°C | 101.06°C | 1.06°C |
| 50°C | 50.13°C | 0.13°C |
| 0°C | 0.25°C | 0.25°C |
Susijusi informacija
Vertinimo rezultatai
Suteikia review poslinkio kompensavimo metodo su Maxim Integrated* ir Texas Instruments* temperatūros jutimo lustais įvertinimo rezultatų.
Vertinimo rezultatai
Vertinant „Maxim Integrated*“ MAX31730 ir „Texas Instruments*“ TMP468 vertinimo rinkiniai buvo modifikuoti, kad būtų sąsaja su kelių „Intel FPGA“ blokų nuotoliniais temperatūros diodais.
3 lentelė. Įvertinti blokai ir lentų modeliai
| Blokuoti | Temperatūros jutimo lusto vertinimo lenta | |
| „Texas Instruments“ TMP468 | Maxim Integrate d's MAX31730 | |
| Intel Stratix 10 branduolių audinys | Taip | Taip |
| H-plytelės arba L-plytelės | Taip | Taip |
| E-plytelė | Taip | Taip |
| P-plytelė | Taip | Taip |
Tolesniuose paveikslėliuose parodyta Intel FPGA plokštės su Maxim Integrated ir Texas Instruments vertinimo plokštėmis sąranka.
6 pav. Nustatykite su Maxim Integrate d's MAX31730 vertinimo lenta
7 pav. Nustatykite naudodami „Texas Instruments“ TMP468 vertinimo lentą
- Šiluminė jėgainė arba, kaip alternatyva, galite naudoti temperatūros kamerą, uždengė ir užsandarina FPGA ir nustatė temperatūrą pagal nustatytą temperatūros tašką.
- Šio bandymo metu FPGA liko be maitinimo, kad būtų išvengta šilumos generavimo.
- Kiekvieno temperatūros bandymo taško mirkymo laikas buvo 30 minučių.
- Vertinimo rinkinių nustatymuose buvo naudojami numatytieji gamintojų nustatymai.
- Po sąrankos buvo atlikti poslinkio kompensavimas 10 puslapyje nurodyti veiksmai renkant ir analizuojant duomenis.
Įvertinimas naudojant „Maxim Integrated“ MAX31730 temperatūros jutimo lusto vertinimo lentą
Šis įvertinimas buvo atliktas atliekant sąrankos veiksmus, kaip aprašyta kompensavimo kompensacijoje.
Duomenys buvo renkami prieš ir po užskaitos kompensacijos taikymo. Skirtingiems Intel FPGA blokams buvo pritaikyta skirtinga poslinkio temperatūra, nes viena poslinkio vertė negali būti taikoma visiems blokams. Toliau pateikti paveikslai rodo rezultatus.
8 pav. „Intel Stratix 10 Core Fabric“ duomenys
9 pav. Intel FPGA H-Tile ir L-Tile duomenys
10 pav. Intel FPGA E-Tile duomenys
11 pav. Intel FPGA P-Tile duomenys
Įvertinimas naudojant Texas Instruments TMP468 temperatūros jutimo lusto vertinimo lentą
Šis įvertinimas buvo atliktas atliekant sąrankos veiksmus, kaip aprašyta kompensavimo kompensacijoje.
Duomenys buvo renkami prieš ir po užskaitos kompensacijos taikymo. Skirtingiems Intel FPGA blokams buvo pritaikyta skirtinga poslinkio temperatūra, nes viena poslinkio vertė negali būti taikoma visiems blokams. Toliau pateikti paveikslai rodo rezultatus.
12 pav. „Intel Stratix 10 Core Fabric“ duomenys
13 pav. Intel FPGA H-Tile ir L-Tile duomenys
14 pav. Intel FPGA E-Tile duomenys
15 pav. Intel FPGA P-Tile duomenys
Išvada
Yra daug skirtingų temperatūros jutiklių lustų gamintojų. Renkantis komponentus, „Intel“ primygtinai rekomenduoja temperatūros jutimo lustą pasirinkti atsižvelgiant į toliau nurodytas aplinkybes.
- Pasirinkite lustą su konfigūruojama idealumo koeficiento funkcija.
- Pasirinkite lustą su serijos pasipriešinimo atšaukimu.
- Pasirinkite lustą, palaikantį beta kompensavimą.
- Pasirinkite kondensatorius, kurie atitinka lusto gamintojo rekomendacijas.
- Atlikę temperatūros provizorių, pritaikykite bet kokią tinkamą kompensacijąfile studijuoti.
Remdamiesi įgyvendinimo svarstymais ir įvertinimo rezultatais, turite optimizuoti temperatūros jutimo lustą savo konstrukcijoje, kad pasiektumėte matavimo tikslumą.
Dokumento peržiūros istorija, skirta AN 769: Intel FPGA nuotolinio temperatūros jutimo diodo diegimo vadovas
| Dokumento versija | Pakeitimai |
| 2022.04.06 |
|
| 2021.02.09 | Pradinis išleidimas. |
Intel korporacija. Visos teisės saugomos. „Intel“, „Intel“ logotipas ir kiti „Intel“ ženklai yra „Intel Corporation“ arba jos dukterinių įmonių prekių ženklai. „Intel“ garantuoja savo FPGA ir puslaidininkinių produktų veikimą pagal dabartines specifikacijas pagal standartinę „Intel“ garantiją, tačiau pasilieka teisę bet kuriuo metu be įspėjimo keisti bet kokius gaminius ir paslaugas. „Intel“ neprisiima jokios atsakomybės ar įsipareigojimų, kylančių dėl bet kokios čia aprašytos informacijos, produkto ar paslaugos taikymo ar naudojimo, išskyrus atvejus, kai „Intel“ aiškiai sutiko raštu. „Intel“ klientams patariama įsigyti naujausią įrenginio specifikacijų versiją prieš pasikliaujant bet kokia paskelbta informacija ir prieš užsakant produktus ar paslaugas.
*Kiti pavadinimai ir prekės ženklai gali būti laikomi kitų nuosavybe.
ISO
9001:2015
Registruotas
Dokumentai / Ištekliai
 |
intel AN 769 FPGA nuotolinio temperatūros jutimo diodas [pdfVartotojo vadovas AN 769 FPGA nuotolinio temperatūros jutimo diodas, AN 769, FPGA nuotolinio temperatūros jutimo diodas, nuotolinio temperatūros jutimo diodas, temperatūros jutimo diodas, jutimo diodas |
