intel AN 769 FPGA fjarstýrð hitaskynjunardíóða notendahandbók

Intel® FPGA hitastigseftirlitskerfið gerir þér kleift að nota þriðju aðila flís til að fylgjast með hitastigi tengisins (TJ). Þetta ytri hitaeftirlitskerfi virkar jafnvel á meðan slökkt er á Intel FPGA eða ekki stillt. Hins vegar eru nokkur atriði sem þú verður að hafa í huga þegar þú hannar viðmótið milli ytri flíssins og Intel FPGA fjarhitaskynjunardíóða (TSD).
Þegar þú velur hitaskynjunarflís myndirðu venjulega líta á hitastigsnákvæmni sem þú vilt ná. Hins vegar, með nýjustu vinnslutækni og annarri fjarstýrðri TSD hönnun, verður þú einnig að huga að innbyggðum eiginleikum hitaskynjunarflíssins til að uppfylla kröfur þínar um hönnunarnákvæmni.

Með því að skilja virkni Intel FPGA fjarhitamælingakerfisins geturðu:

Uppgötvaðu algeng vandamál með hitaskynjunarforritum.
Veldu viðeigandi hitaskynjunarflís sem uppfyllir umsóknarþarfir þínar, kostnað og hönnunartíma.

Intel mælir eindregið með því að þú mælir hitastigið á deyfinu með því að nota staðbundnar TSD, sem Intel hefur staðfest. Intel getur ekki sannreynt nákvæmni ytri hitaskynjara við ýmsar kerfisaðstæður. Ef þú vilt nota fjarlægu TSD með ytri hitaskynjara skaltu fylgja leiðbeiningunum í þessu skjali og sannreyna nákvæmni hitamælingauppsetningar þinnar.

Þessi umsóknarathugasemd á við um fjartengda TSD útfærslu fyrir Intel Stratix® 10 FPGA tækjafjölskylduna.

Framkvæmd lokiðview

Ytri hitaskynjunarkubburinn tengist Intel FPGA fjarstýrðu TSD. Ytri TSD er PNP eða NPN díóðutengdur smári.

Mynd 1. Tenging milli hitaskynjunarflísar og Intel FPGA fjarstýringar TSD (NPN díóða)

Mynd 2. Tenging milli hitaskynjunarflísar og Intel FPGA fjarstýringar TSD (PNP díóða)

Eftirfarandi jöfnu myndar hitastig smára miðað við rúmmál grunngeislatage (VBE).

Jafna 1. Tengsl hitastigs smára við grunnemittara Voltage (VBE)Hvar:
- T—Hitastig í Kelvin
- q—rafeindahleðslan (1.60 × 10−19 C)
- VBE—base-emitter voltage
- k—Boltzmann fasti (1.38 × 10−23 J∙K−1)
- IC—söfnunarstraumurinn
- IS — öfugur mettunarstraumur
- η—hugsjónaþáttur fjarstýrðu díóðunnar
  Ef jöfnu 1 er endurraðað færðu eftirfarandi jöfnu.

Jafna 2. VBE
Venjulega þvingar hitaskynjunarflísinn fram tvo velstýrða strauma í röð, I1 og I2 á P og N pinnana. Kubburinn mælir síðan og miðlar breytinguna á VBE díóðunnar. Delta í VBE er í réttu hlutfalli við hitastigið, eins og sýnt er í jöfnu 3.
Jafna 3. Delta í VBEHvar:
- n—þvingað straumhlutfall
- VBE1—base-emitter voltage við I1
- VBE2—base-emitter voltage við I2

Athugun á framkvæmd

Með því að velja hitaskynjunarflöguna með viðeigandi eiginleikum geturðu fínstillt flöguna til að ná nákvæmni mælingar. Íhugaðu efnin í tengdum upplýsingum þegar þú velur flísina.

Tengdar upplýsingar

Hugsjónaþáttur (η-Factor) Ósamræmi
Series Resistance Villa
Hitastig Díóða Beta Variation
Mismunandi inntaksþétti
Jöfnunarbætur

Hugsjónaþáttur (η-Factor) Ósamræmi

Þegar þú framkvæmir hitastigsmælingu á mótum með því að nota ytri hitadíóða, fer nákvæmni hitastigsmælingarinnar eftir eiginleikum ytri díóðunnar. Hugsjónaþátturinn er færibreyta fjarstýrðrar díóðu sem mælir frávik díóðunnar frá hugsjónahegðun sinni.
Þú getur venjulega fundið hugsjónaþáttinn í gagnablaði frá framleiðanda díóða. Mismunandi ytri hitadíóður gefa þér mismunandi gildi vegna mismunandi hönnunar og vinnslutækni sem þeir nota.
Hugsjónamisræmi getur valdið verulegri hitamælingarskekkju. Til að forðast umtalsverða villu mælir Intel með því að þú veljir hitaskynjunarkubba sem hefur stillanlegan hugsjónaþátt. Þú getur breytt kjörstuðlinum í flísinni til að útrýma misræmisvillunni.

Example 1. Hugsjónaþáttur Framlag til hitamælingarvillu

Þetta frvampLe sýnir hvernig hugsjónaþáttur stuðlar að hitamæliskekkju. Í fyrrvample, útreikningurinn sýnir hugsjónamisræmi sem veldur verulegri hitamælingarskekkju.

Jafna 4. Hugsjónaþáttur Tengsl við mælt hitastig

Hvar:

ηTSC—hugsjónaþáttur hitaskynjunarflögunnar
TTSC—hitastig lesið af hitaskynjunarkubbnum
ηRTD—hugsjónaþáttur fjarhita díóðunnar
TRTD—hitastig við fjarhita díóðuna

Eftirfarandi skref áætla hitamælingu (TTSC) með hitaskynjunarflísinni, gefið eftirfarandi gildi:

Hugsjónaþáttur hitaskynjarans (ηTSC) er 1.005
Hugsjónaþáttur fjarhita díóðunnar (ηRTD) er 1.03
Raunverulegt hitastig við fjarhita díóðuna (TRTD) er 80°C

Umbreyttu TRTD 80°C í Kelvin: 80 + 273.15 = 353.15 K.
Notaðu jöfnu 4. Reiknað hitastig með hitaskynjunarflögunni er 1.005 × 353.15 = 344.57 K.TTSC = 1.03

Umbreyttu reiknaða gildinu í Celsíus: TTSC = 344.57 K – 273.15 K = 71.43°C Hitaskekkjan (TE) sem stafar af misræmi í hugsjónum:
TE = 71.43°C – 80.0°C = –8.57°C

Series Resistance Villa

Röðviðnámið á P og N pinnunum stuðlar að hitamæliskekkju.

Röð viðnám getur verið frá:

Innri viðnám P og N pinna hitadíóðunnar.
Sporviðnám borðsins, tdample, langt borðspor.

Röð viðnám veldur viðbótar voltage að falla á hitaskynjunarslóðinni og leiðir til mælingarvillu sem hefur áhrif á nákvæmni hitastigsmælingarinnar. Venjulega gerist þetta ástand þegar þú framkvæmir hitastigsmælingu með 2-strauma hitaskynjunarflís.

Mynd 3. Innri og um borð mótstöðuröðTil að útskýra hitaskekkjuna sem myndast þegar raðviðnámið eykst, gefur einhver framleiðandi hitaskynjunarflísar gögnin fyrir fjarstýrðu díóðuhitavilluna á móti viðnáminu.
Hins vegar geturðu útrýmt röð viðnámsvillunni. Sumir hitaskynjunarflísar eru með innbyggða stöðvunaraðgerð fyrir röð viðnám. Afpöntunaraðgerðin fyrir röð viðnám getur útrýmt röð viðnám frá bilinu nokkur hundruð Ω til sviðs sem fer yfir nokkur þúsund Ω.
Intel mælir með því að þú íhugir eiginleikann til að hætta við viðnám í röð þegar þú velur hitaskynjunarflöguna. Eiginleikinn útilokar sjálfkrafa hitaskekkjuna sem stafar af viðnám leiðarkerfisins við ytri smára.

Hitastig Díóða Beta Variation

Eftir því sem rúmfræði vinnslutækni minnkar minnkar Beta(β) gildi PNP eða NPN undirlagsins.
Þar sem Beta gildi hitadíóða verður lægra, sérstaklega ef hitadíóðasafnari er bundinn við jörðu, hefur Beta gildið áhrif á straumhlutfallið á jöfnu 3 á blaðsíðu 5. Þess vegna er mikilvægt að viðhalda nákvæmu straumhlutfalli.
Sumir hitaskynjunarkubbar eru með innbyggðan Beta-uppbótaraðgerð. Beta afbrigði rafrásarinnar skynjar grunnstrauminn og stillir sendistrauminn til að bæta upp fyrir breytinguna. Beta bæturnar viðheldur straumhlutfalli safnara.

Mynd 4. Intel Stratix 10 kjarna efnishita díóða með Maxim Integrated*'s MAX31730 Beta Compensation virkjuð
Þessi mynd sýnir að mælingarnákvæmni er náð með Beta-uppbót virkt. Mælingarnar voru gerðar á meðan FPGA slökkt var á ástandi - búist er við að stillt og mælt hitastig verði nálægt.

	0˚C	50˚C	100˚C
Beta bætur slökkt	25.0625˚C	70.1875˚C	116.5625˚C
Beta bætur Kveikt	-0.6875˚C	49.4375˚C	101.875˚C

Mismunandi inntaksþétti

Þéttir (CF) á P og N pinna virka eins og lágrásarsía sem hjálpar til við að sía hátíðni hávaða og bæta rafsegultruflun (EMI).
Þú verður að vera varkár við val á þétta vegna þess að stór rýmd getur haft áhrif á hækkunartíma kveikt straumgjafa og komið með mikla mæliskekkju. Venjulega gefur hitaskynjunarflísaframleiðandinn upp ráðlagt rýmdargildi í gagnablaði sínu. Skoðaðu hönnunarleiðbeiningar eða ráðleggingar þéttaframleiðandans áður en þú ákveður rýmdargildið.

Mynd 5. Mismunandi inntaksrýmd

Jöfnunarbætur

Margir þættir geta samtímis stuðlað að mæliskekkjunni. Einhvern tíma getur það ekki leyst málið að fullu að beita einni bótaaðferð. Önnur aðferð til að leysa mæliskekkjuna er að beita jöfnunaruppbót.

Athugið: Intel mælir með því að þú notir hitaskynjunarkubba með innbyggðri offsetjöfnun. Ef hitaskynjunarflísinn styður ekki eiginleikann geturðu beitt offsetjöfnun meðan á eftirvinnslu stendur í gegnum sérsniðna rökfræði eða hugbúnað.
Offset bætur breytir offset register gildi frá hitaskynjunarflísnum til að útrýma reiknuðu villunni. Til að nota þennan eiginleika verður þú að framkvæma hitastigspróffile rannsaka og auðkenna mótvirðið sem á að beita.

Þú verður að safna hitamælingum yfir æskilegt hitastig með sjálfgefnum stillingum hitaskynjunarkubbsins. Síðan skaltu framkvæma gagnagreiningu eins og í eftirfarandi dæmiample til að ákvarða offset gildið sem á að nota. Intel mælir með því að þú prófir nokkra hitaskynjunarkubba með nokkrum fjarstýrðum hitadíóðum til að tryggja að þú hylji afbrigðin frá hluta til hluta. Notaðu síðan meðaltal mælinga í greiningunni til að ákvarða stillingarnar sem á að nota.
Þú getur valið hitastig sem á að prófa byggt á rekstrarástandi kerfisins.

Jafna 5. Offset Factor

Example 2. Beiting jöfnunarbótaÍ þessu frvample, var sett af hitamælingum safnað með þremur hitastigum. Notaðu jöfnu 5 á gildin og reiknaðu offsetstuðulinn.

Tafla 1. Gögn sem safnað er áður en bótagreiðslum er beitt

Stilltu hitastig		Mældur hitastig
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

Notaðu miðpunkt hitastigsins til að reikna út offset hitastig. Í þessu frvample, miðpunkturinn er 50°C stillt hitastig.
Offset hitastig

= Offset stuðull × ( Mældur hiti - Stilli hitastig )
= 0.9975 × (334.53 − 323.15)
= 11.35

Notaðu offsethitagildið og aðra uppbótarstuðla, ef þörf krefur, á hitaskynjunarkubbinn og endurtaktu mælinguna.

Tafla 2. Gögn sem safnað er eftir að bótagreiðslum hefur verið beitt

Stilltu hitastig	Mældur hitastig	Villa
100°C	101.06°C	1.06°C
50°C	50.13°C	0.13°C
0°C	0.25°C	0.25°C

Tengdar upplýsingar
Niðurstöður mats
Veitir tilvísunview af matsniðurstöðum offset bótaaðferðar með Maxim Integrated* og Texas Instruments* hitaskynjunarflögum.

Niðurstöður mats

Í matinu var Maxim Integrated*'s MAX31730 og Texas Instruments*'s TMP468 matssettum breytt til að tengjast fjarstýrðum hitadíóðum nokkurra blokka í Intel FPGA.

Tafla 3. Metið blokkir og borðlíkön

Block	Matsborð fyrir hitaskynjunarflís
Block	TMP468 frá Texas Instruments	Maxim Integrate d's MAX31730
Intel Stratix 10 kjarna efni	Já	Já
H-flísar eða L-flísar	Já	Já
E-flísar	Já	Já
P-flísar	Já	Já

Eftirfarandi myndir sýna uppsetningu Intel FPGA borðsins með Maxim Integrated og Texas Instruments matstöflunum.

Mynd 6. Uppsetning með Maxim Integrate d's MAX31730 Evaluation Board

Mynd 7. Uppsetning með TMP468 matsráði Texas Instruments

Hitaþvingandi - eða að öðrum kosti geturðu notað hitahólf - huldi og innsiglaði FPGA og þvingaði hitastigið samkvæmt stilltu hitastigi.
Meðan á þessari prófun stóð var FPGA áfram í kraftlausu ástandi til að koma í veg fyrir að það myndaði hita.
Bleytingartími fyrir hvern hitaprófunarpunkt var 30 mínútur.
Stillingarnar á matssettunum notuðu sjálfgefnar stillingar frá framleiðendum.
Eftir uppsetninguna var fylgt skrefum í Offset Compensation á blaðsíðu 10 fyrir gagnaöflun og greiningu.

Mat með Maxim Integrated's MAX31730 hitaskynjunarflís matstöflu

Þetta mat var framkvæmt með uppsetningarskrefum eins og lýst er í Offset Compensation .
Gögnunum var safnað fyrir og eftir beitingu jöfnunarbóta. Mismunandi offset hitastig var notað á mismunandi Intel FPGA blokkir vegna þess að ekki er hægt að beita einu offset gildi á allar blokkir. Eftirfarandi myndir sýna niðurstöðurnar.

Mynd 8. Gögn fyrir Intel Stratix 10 Core Fabric

Mynd 9. Gögn fyrir Intel FPGA H-Tile og L-Tile

Mynd 10. Gögn fyrir Intel FPGA E-Tile

Mynd 11. Gögn fyrir Intel FPGA P-Tile

Mat með TMP468 hitaskynjunarflísi frá Texas Instruments

Mynd 12. Gögn fyrir Intel Stratix 10 Core Fabric

Mynd 13. Gögn fyrir Intel FPGA H-Tile og L-Tile

Mynd 14. Gögn fyrir Intel FPGA E-Tile

Mynd 15. Gögn fyrir Intel FPGA P-Tile

Niðurstaða

Það eru margir mismunandi framleiðendur hitaskynjunarflísa. Við val á íhlutum mælir Intel eindregið með því að þú veljir hitaskynjunarkubbinn með eftirfarandi í huga.

Veldu flís með stillanlegum hugsjónaþáttaeiginleika.
Veldu flís sem hefur niðurfellingu á röð viðnáms.
Veldu flís sem styður Beta bætur.
Veldu þétta sem passa við ráðleggingar flísframleiðandans.
Notaðu viðeigandi bætur eftir að þú hefur framkvæmt hitapróffile nám.

Byggt á innleiðingarhugsuninni og matsniðurstöðum verður þú að hámarka hitaskynjunarflísinn í hönnun þinni til að ná nákvæmni mælingar.

Endurskoðunarsaga skjala fyrir AN 769: Intel FPGA fjarstýrð hitaskynjunardíóða útfærsluleiðbeiningar

Skjalaútgáfa	Breytingar
2022.04.06	Leiðrétti útreikning á hitaskynjunarflís í efninu um misræmi í hugsjónaþáttum. Leiðrétti offset hitaútreikning tdample í efninu um jöfnunarbætur.
2021.02.09	Upphafleg útgáfa.

Intel Corporation. Allur réttur áskilinn. Intel, Intel lógóið og önnur Intel merki eru vörumerki Intel Corporation eða dótturfélaga þess. Intel ábyrgist frammistöðu FPGA- og hálfleiðaravara sinna samkvæmt gildandi forskriftum í samræmi við staðlaða ábyrgð Intel, en áskilur sér rétt til að gera breytingar á hvaða vörum og þjónustu sem er hvenær sem er án fyrirvara. Intel tekur enga ábyrgð eða skaðabótaábyrgð sem stafar af notkun eða notkun á neinum upplýsingum, vöru eða þjónustu sem lýst er hér nema sérstaklega hafi verið samið skriflega af Intel. Viðskiptavinum Intel er bent á að fá nýjustu útgáfuna af tækjaforskriftum áður en þeir treysta á birtar upplýsingar og áður en pantað er fyrir vörur eða þjónustu.
*Önnur nöfn og vörumerki geta verið eign annarra.

ISO
9001:2015
Skráður

Skjöl / auðlindir

intel AN 769 FPGA fjarstýrð hitaskynjunardíóða [pdfNotendahandbók
AN 769 FPGA fjarstýrð hitaskynjara díóða, AN 769, FPGA fjarstýrð hitaskynjara díóða, fjarstýrð hitaskynjara díóða, hitaskynjara díóða, skynjardíóða

Heimildir

Notendahandbók

intel AN 769 FPGA fjarstýrð hitaskynjunardíóða

Inngangur