WP517：利用偏差温度扩展散热解决方案
您知道吗？部分 UltraScale+™ 和 Versal™ 器件可提供偏差温度，能够在有限时间内将工作温度上限提高 10°C。如果使用正确，这项特性能够扩展众多应用的散热解决方案。
在众多现代应用中，避免超越热限值正变得越来越困难。一方面由于带宽不断提高，同时机箱外形缩小导致器件工作环境温度升高，进而形成了严苛的计算要求。而从 IC 器件角度来看，持续在高温下运行会给器件的性能、可靠性及使用寿命造成负面影响。
为了能够在符合高可靠性规范的同时提高工作温度上限，赛灵思面向特定器件提供了偏差温度运行模式。如果使用正确，就可以在不影响性能或可靠性的前提下提高工作温度上限。
本白皮书介绍了支持温度偏差的器件类型，以及如何将其用于多种应用。
温度偏差 介绍
温度偏差是指支持特定器件在指定的最大时间范围内在高于额定温度的温度下工作。对于支持该特性的赛灵思器件来说，如果无需持续工作在最高环境温度下和/或最大功率下时，用户通常可以将其最高工作温度设置为比额定值高 10°C。标准扩展级器件可以持续运行在 0°C 到 100°C 的温度范围内，使用寿命长达十年。工业级器件（一般用于户外应用）与其类似，在长达十年的使用寿命中也可在 –40°C 到 100°C 的温度范围内持续运行。偏差温度支持上述器件在 100°C 至 110°C 这一温度范围内实现短时间运行。
何时使用偏差温度
在多种情况下使用温度偏差规格都有助于改善散热设计。本白皮书介绍了三种情况。
01
户 外 运 行
部署在户外的应用由于外部条件的不断变化，往往经历剧烈的环境温度改变。不同季节往往有不同的日间高温。夜间因为温度和阳光辐照强度都降低，需要支持较低温度下运行。一般情况下，最高工作环境温度仅出现在每年中少数几天内的几个小时里.如果让 Versal™ 工业级器件在使用寿命 5% 的时间内工作在最高 110°C 下，则部署在该环境下的应用的最高安全工作温度可设计为比环境温度低 4.5°C。对于环境温度变化更加剧烈的情况而言，允许的温度偏差也可能达到 10°C。
02
临时设备故障情况
工程师可能需要在设计中考虑到预计会出现的局部环境温度上升，但不会持续很长时间的情况，如临时性设备低效运行或散热风扇故障。在这种情况下，温度偏差可以支持器件在环境温度升高的情况下持续运行，直至问题得到解决。
无论设计是否必须要遵循操作规范的限制，采用偏差温度都能提供额外的运行裕度，以应对风扇停转这样的意外或罕见情况。
03
适用于短时高强度计算
在众多应用中，处理需求和计算需求随着器件上的数据流量大小、类型和对应状况下的计算需求发生改变。大量此类应用中，峰值功率只发生在总运行时间下的极少时段内。因此，由峰值功耗引起的温度升高也并不常见。对于需要在短期内开展高强度计算的设计，可使用温度偏差来简化散热设计。
计算强度最高的情况往往不会在应用的生命周期中长时间发生。因此可以对热参数进行相应的调整，利用温度偏差提供更简便、成本有可能更低的散热设计。综合上述分析，再结合其他因素，可以提供进一步的改善设置。例如，在汽车功耗分析中，我们发现最高温度出现在暴雪天气。然而，我们同时可以有把握地假设，在这种情况下不会出现最高环境温度。在这种情况下通过这样的深入分析，甚至还能发现更大的运行裕度。此外，在汽车运行的户外环境下，上述大量应用场景不会保持最高环境温度（如在夜间行驶或是在冬季行驶）。在综合考虑功耗和外部工作条件后，可以发现器件结温出现预计最大值的情况相对罕见。
总 结
偏差温度能够在大量设计中用于提高赛灵思器件的工作温度上限，达到简化热设计的目的。通过一些简单的设计分析，如果能确保可使用偏差温度，那么可直接调整功耗和热分析，从而降低保持器件工作温度的设计难度。即使是无法准确判断设计能否使用偏差温度，这一有益特性也能为任何设计提供额外的热裕度。然而，对于那些能够完整利用温度偏差特性的设计，便可获得运行速度加快、成本降低、散热设计难度下降等众多优势。
由于篇幅所限，有关”如何使用偏差温度“，以及上述三种应用场景的具体参数及分析，欢迎大家点击“阅读原文”，免费下载《WP517：利用偏差温度扩展散热解决方案》
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