如何扩展FPGA的工作温度范围？

至芯陈老师 · 发表于 2020-9-1 18:14

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部分应用要求电子产品运行的温度高于该器件规定的最高工作结温。油井摄像头设计就是一个很好的例证。

　　任何电子器件的使用寿命均取决于其工作温度。在较高温度下器件会加快老化，使用寿命会缩短。但某些应用要求电子产品工作在器件最大额定工作结温下。以石油天然气产业为例来说明这个问题以及解决方案。

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　　一位客户请求我们 Aphesa 的团队设计一款能够在油井中工作的高温摄像头(如图 1 所示)。该器件要求使用相当大的 FPGA 而且温度要求至少高达 125℃——即系统的工作温度。作为一家开发定制摄像头和包括 FPGA代码及嵌入式软件在内的定制电子产品的咨询公司，我们在高温工作条件方面拥有丰富的经验。但就这个项目而言，我们还得多花些精力。

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　　该产品是一种用于油井检查的井下双色摄像头(如图 2 所示)。它能执行嵌入式图像处理、色彩重构和通信。该系统具有存储器、LED 驱动器和高动态范围 (HDR) 成像功能。针对该项目，我们选择使用赛灵思提供的 XA6SLX45 器件(Spartan®-6 LX45 车用器件)，因为它具有宽泛的工作温度范围、稳健可靠、封装尺寸小、拥有大型嵌入式存储器和大量单元。

　　该项目非常具有挑战性，也有大量乐趣。下面介绍我们如何完成该项目，首先回顾一下温度的部分概念，包括结温、热阻和其他现象。我们将了解器件中温升的原因并列出我们的解决方案。我们还将应对可能的热点问题并提出相应的解决方案。

　　在这个特定项目中，热电冷却方式的使用受限，我们不得不寻找其他解决方案。

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