引言

    传统上，人们一直采用热敏电阻、热耦或分离式温度测量芯片来测量系统温度。而且，随着系统速度越来越快，系统的相对尺寸越来越小，温度测量也变得越来越重要。然而，若需要测量板卡上多个测试点的温度，这些器件的成本会迅速增加。这反过来产生了对高效、紧凑及低价的温度测量方法的迫切需求，其应用范围遍及高速计算机、电信网络交换设备以及工业温度控制，诸如便携式电子产品、生物医学器件、电机控制以及汽车电子。

    由于及时和准确地修正温度在许多应用中都非常关键，当今的智能系统都采用了冷却系统，并根据系统内部情况平衡其运作。这类系统还有其它优点，即可使用板卡上的测温二极管(或采用二极管接法的晶体管)跟踪和测量特定器件的温度。这样，当出现温度异常时，就能提示系统的运行情况，指出部件当前运行不正确。而智能系统此时就可作出响应，采取修正措施，并/或向系统管理部分给出超界报警。

    除了完成其它系统管理任务外，当今的混合信号FPGA也是一种智能热管理系统，可让设计人员以低成本轻松、准确地测量多个位置的温度。

    使用混合信号FPGA检查和测量电压

    在研究恒流下二极管绝对温度与其正向电压间的关系时，二极管正向压降随温度的变化大约为2mV/C。为提高测量精度，并排除不同二极管间的差异因素，要利用两个已知的电流值及测量值的比率数据。图1所示为温度对二极管电压和电流的影响。

    该测量值由如下方程表示：

    T=DV*q / (n * k * ln(IH / IL) (1)

    其中，T=绝对温度，DV=二极管在高电流和低电流下的电压差，q=1.602×10-19库仑(一个电子的电荷量)，n=1(理想因子，这里假定为1)，k=1.38×10-23J/K(波尔兹曼常数)，IH = 高电流强度，IL=低电流强度。

    本文采用Actel的混合信号FusionPSC(可编程系统芯片)在真实世界的应用来作为案例进行说明。该混合信号FPGA将提供两个已知 (100mA 和 10mA) 的电流源 (见图2)，并通过内置的模数转换器 (ADC) 测量电压差。假定二极管处于室温，检定电压差值DV。

    从方程(1)中解出将要送到ADC的转换电压，即如下的方程(2)；进而得到混合信号FPGA所测量出的电压值。

    DV=T* n * k * ln(IH / IL) / q (2)

    DV=298* 1 * (1.38x10-23 J/K) * ln(10) / (1.602x10-19C)

    DV=298* 0.00019835 = 59 mV

    在室温下，电压值相对较小。混合信号FPGA中的温度监视电路内置一个12.5倍放大器，可将预测信号放大，从而使温度信号的测量更精确。因此，考虑到电压信号到达ADC前会被放大，需要对方程(2)进行修改，即：

    DV=(T* n * k * ln(IH / IL) / q ) *12.5

    DV=(298 * 0.00019835) * 12.5 = 738 mV

    噪声滤除

    通常，温度测量值都难免包含讨厌的噪声。为去除噪声，通常的做法是将多次测量值平均，并采用这个平均后的结果。好在温度是个变化相对慢的参数，因此测量多次(常常可达1,000次)也不必担心实际信号变化。通过过滤系统级噪声，混合信号FPGA能轻松地对这些测量值取平均。所使用的软件工具一般也提供方便的图形用户接口(GUI)，用户可用它来设置平均或过滤因数。