現代信息技(jì)術的三大基(jī)礎是信息采(cai)集(即傳感器(qi)技術)、信息傳(chuán)輸(通信技術(shù))和信息處理(lǐ)(計算機技術(shu))。傳感器屬于(yú)信息技術的(de)前沿尖端産(chǎn)品，尤其是溫(wen)度傳感器被(bèi)廣泛用于工(gong)農業生産、科(kē)學研究和生(shēng)活等領域，數(shù)量高居各種(zhǒng)傳感器之首(shou)。近百年來，溫(wēn)度傳感器的(de)發展大緻經(jing)曆了以下三(sān)個階段；(1)傳統(tǒng)的分立式溫(wen)度傳感器(含(han)敏感元件)；(2)模(mo)拟集成溫度(du)傳感器／控制(zhi)器；(3)智能溫度(du)傳感器。目前(qian)，國際上新型(xíng)溫度傳感器(qi)正從模拟式(shi)向數字式、由(yóu)集成化向智(zhi)能化、網絡化(hua)的方向發展(zhǎn)。

１集成溫度傳(chuan)感器的産品(pin)分類
1.1模拟集(jí)成溫度傳感(gǎn)器
集成傳感(gan)器是采用矽(xi)半導體集成(cheng)工藝而制成(cheng)的，因此亦稱(cheng)矽傳感器或(huo)單片集成溫(wen)度傳感器。模(mó)拟集成溫度(dù)傳感器是在(zài)20世紀80年代問(wèn)世的，它是将(jiāng)溫度傳感器(qi)集成在一個(ge)芯片上、可完(wán)成溫度測量(liàng)及模拟信号(hào)輸出功能的(de)專用IC。模拟集(ji)成溫度傳感(gan)器的主要特(te)點是功能單(dān)一(僅測量溫(wēn)度)、測溫誤差(chà)小、價格低、響(xiang)應速度快、傳(chuán)輸距離遠、體(ti)積小、微功耗(hao)等，适合遠距(ju)離測溫、控溫(wēn)，不需要進行(hang)非線性校準(zhun)，外圍電路簡(jiǎn)單。它是目前(qian)在國内外應(ying)用最爲普遍(bian)的一種集成(chéng)傳感器，典型(xing)産品有AD590、AD592、TMP17、LM135等。

1.2模(mó)拟集成溫度(dù)控制器
模拟(nǐ)集成溫度控(kòng)制器主要包(bao)括溫控開關(guan)、可編程溫度(du)控制器，典型(xíng)産品有LM56、AD22105和MAX6509。某(mǒu)些增強型集(ji)成溫度控制(zhi)器(例如TC652/653)中還(hái)包含了A/D轉換(huàn)器以及固化(huà)好的程序，這(zhe)與智能溫度(dù)傳感器有某(mou)些相似之處(chu)。但它自成系(xi)統，工作時并(bìng)不受微處理(li)器的控制，這(zhè)是二者的主(zhǔ)要區别。

1.3智能(neng)溫度傳感器(qi)
智能溫度傳(chuán)感器(亦稱數(shu)字溫度傳感(gan)器)是在20世紀(ji)90年代中期問(wèn)世的。它是微(wei)電子技術、計(jì)算機技術和(hé)自動測試技(jì)術(ATE)的結晶。目(mu)前，國際上已(yǐ)開發出多種(zhong)智能溫度傳(chuán)感器系列産(chǎn)品。智能溫度(du)傳感器内部(bu)都包含溫度(du)傳感器、A/D轉換(huàn)器、信号處理(li)器、存儲器(或(huò)寄存器)和接(jie)口電路。有的(de)産品還帶多(duō)路選擇器、中(zhong)央控制器(cpu)、随(sui)機存取存儲(chǔ)器(RAM)和隻讀存(cun)儲器(ROM)。智能溫(wēn)度傳感器的(de)特點是能輸(shū)出溫度數據(ju)及相關的溫(wen)度控制量，适(shi)配各種微控(kong)制器(MCU)；并且它(ta)是在硬件的(de)基礎上通過(guò)軟件來實現(xian)測試功能的(de)，其智能化程(cheng)度也取決于(yu)軟件的開發(fa)水平。

2智能溫(wēn)度傳感器發(fā)展的新趨勢(shì)
進入21世紀後(hòu)，智能溫度傳(chuán)感器正朝着(zhe)高精度、多功(gōng)能、總線标準(zhǔn)化、高可靠性(xing)及安全性、開(kai)發虛拟傳感(gǎn)器和網絡傳(chuán)感器、研制單(dān)片測溫系統(tǒng)等高科技的(de)方向迅速發(fa)展。

2.1提高測溫(wēn)精度和分辨(bian)力
在20世紀90年(nián)代中期最早(zǎo)推出的智能(néng)溫度傳感器(qì)，采用的是8位(wèi)A/D轉換器，其測(cè)溫精度較低(dī)，分辨力隻能(néng)達到1°C。目前，國(guó)外已相繼推(tuī)出多種高精(jīng)度、高分辨力(lì)的智能溫度(dù)傳感器，所用(yong)的是9~12位A/D轉換(huan)器，分辨力一(yī)般可達0.5~0.0625°C。由美(mei)國DALLAS半導體公(gong)司新研制的(de)DS1624型高分辨力(lì)智能溫度傳(chuan)感器，能輸出(chū)13位二進制數(shù)據，其分辨力(lì)高達0.03125°C，測溫精(jing)度爲±0.2°C。爲了提(tí)高多通道智(zhi)能溫度傳感(gan)器的轉換速(sù)率，也有的芯(xin)片采用高速(sù)逐次逼近式(shi)A/D轉換器。以AD7817型(xing)5通道智能溫(wēn)度傳感器爲(wèi)例，它對本地(di)傳感器、每一(yī)路遠程傳感(gǎn)器的轉換時(shi)間分别僅爲(wei)27us、9us。

2.2增加測試功(gong)能
新型智能(neng)溫度傳感器(qi)的測試功能(néng)也在不斷增(zeng)強。例如，DS1629型單(dan)線智能溫度(dù)傳感器增加(jiā)了實時日曆(li)時鍾（RTC），使其功(gong)能更加完善(shan)。DS1624還增加了存(cún)儲功能，利用(yong)芯片内部256字(zi)節的E2PROM存儲器(qì)，可存儲用戶(hù)的短信息。另(ling)外，智能溫度(dù)傳感器正從(cóng)單通道向多(duo)通道的方向(xiang)發展，這就爲(wei)研制和開發(fā)多路溫度測(ce)控系統創造(zào)了良好條件(jiàn)。?br>

智能溫度傳(chuan)感器都具有(yǒu)多種工作模(mó)式可供選擇(zé)，主要包括單(dan)次轉換模式(shì)、連續轉換模(mo)式、待機模式(shi)，有的還增加(jiā)了低溫極限(xiàn)擴展模式，操(cao)作非常簡便(bian)。對某些智能(néng)溫度傳感器(qì)而言，主機(外(wai)部微處理器(qì)或單片機)還(hái)可通過相應(ying)的寄存器來(lai)設定其A/D轉換(huàn)速率(典型産(chan)品爲MAX6654)，分辨力(li)及最大轉換(huàn)時間(典型産(chan)品爲DS1624)。

能溫度(du)控制器是在(zai)智能溫度傳(chuan)感器的基礎(chǔ)上發展而成(cheng)的。典型産品(pǐn)有DS1620、DS1623、TCN75、LM76、MAX6625。智能溫度(du)控制器适配(pèi)各種微控制(zhi)器，構成智能(neng)化溫控系統(tǒng)；它們還可以(yi)脫離微控制(zhì)器單獨工作(zuò)，自行構成一(yī)個溫控儀。

2.3總(zong)線技術的标(biāo)準化與規範(fàn)化
目前，智能(néng)溫度傳感器(qi)的總線技術(shu)也實現了标(biao)準化、規範化(huà)，所采用的總(zong)線主要有單(dān)線(1-Wire)總線、I2C總線(xiàn)、SMBus總線和spI總線(xian)。溫度傳感器(qì)作爲從機可(ke)通過專用總(zong)線接口與主(zhǔ)機進行通信(xin)。

2.4可靠性及安(an)全性設計
傳(chuan)統的A/D轉換器(qi)大多采用積(jī)分式或逐次(cì)比較式轉換(huàn)技術，其噪聲(shēng)容限低，抑制(zhì)混疊噪聲及(jí)量化噪聲的(de)能力比較差(chà)。新型智能溫(wen)度傳感器(例(lì)如TMP12/16、LM74、LM83)普遍采用(yong)了高性能的(de)Σ－Δ式A／Ｄ轉換器，它(tā)能以很高的(de)采樣速率和(he)很低的采樣(yang)分辨力将模(mó)拟信号轉換(huàn)成數字信号(hào)，再利用過采(cǎi)樣、噪聲整形(xing)和數字濾波(bo)技術，來提高(gao)有效分辨力(lì)。Σ－Δ式A／D轉換器不(bu)僅能濾除量(liàng)化噪聲，而且(qie)對外圍元件(jiàn)的精度要求(qiu)低；由于采用(yòng)了數字反饋(kuì)方式，因此比(bi)較器的失調(diao)電壓及零點(dian)漂移都不會(hui)影響溫度的(de)轉換精度。這(zhe)種智能溫度(dù)傳感器兼有(yǒu)抑制串模幹(gàn)擾能力強、分(fèn)辨力高、線性(xing)度好、成本低(dī)等優點。

爲了(le)避免在溫控(kòng)系統受到噪(zào)聲幹擾時産(chan)生誤動作，在(zai)AD7416/7417/7817、LM75／76、MAX6625／6626等智能溫度(dù)傳感器的内(nèi)部，都設置了(le)一個可編程(cheng)的“故障排隊(duì)(fAultqueue)”計數器，專用(yong)于設定允許(xǔ)被測溫度值(zhí)超過上、下限(xian)的次數。僅當(dāng)被測溫度連(lian)續超過上限(xiàn)或低于下限(xiàn)的次數達到(dào)或超過所設(she)定的次數n(n=1~4)時(shi)，才能觸發中(zhong)斷端。若故障(zhàng)次數不滿足(zú)上述條件或(huo)故障不是連(lián)續發生的，故(gù)障計數器就(jiù)複位而不會(hui)觸發中斷端(duan)。這意味着假(jia)定n=3時，那麽偶(ou)然受到一次(ci)或兩次噪聲(shēng)幹擾，都不會(huì)影響溫控系(xi)統的正常工(gōng)作。

LM76型智能溫(wen)度傳感器增(zēng)加了溫度窗(chuāng)口比較器，非(fēi)常适合設計(ji)一個符合ACPI(AdvAnced ConfigurAtion And Power InterfAce，即(jí)“先進配置與(yǔ)電源接口”)規(gui)範的溫控系(xì)統。這種系統(tong)具有完善的(de)過熱保護功(gōng)能，可用來監(jian)控筆記本電(dian)腦和服務器(qi)中CPU及主電路(lu)的溫度。微處(chù)理器最高可(ke)承受的工作(zuo)溫度規定爲(wei)tH，台式計算機(jī)一般爲75°C，高檔(dàng)筆記本電腦(nao)的專用CPU可達(dá)100°C。一旦CPU或主電(diàn)路的溫度超(chao)出所設定的(de)上、下限時， INT端(duan)立即使主機(jī)産生中斷，再(zài)通過電源控(kong)制器發出信(xìn)号，迅速将主(zhǔ)電源關斷起(qi)到保護作用(yòng)。此外，當溫度(du)超過CPU的極限(xiàn)溫度時，嚴重(zhong)超溫報警輸(shū)出端(T_CRIT_A)也能直(zhi)接關斷主電(diàn)源，并且該端(duān)還可通過獨(dú)立的硬件關(guan)斷電路來切(qie)斷主電源，以(yi)防主電源控(kòng)制失靈。上述(shù)三重安全性(xìng)保護措施已(yǐ)成爲國際上(shàng)設計溫控系(xì)統的新觀念(nian)。

爲防止因人(ren)體靜電放電(dian)(ESD)而損壞芯片(pian)。一些智能溫(wen)度傳感器還(hái)增加了ESD保護(hu)電路，一般可(kě)承受1000~4000V的靜電(diàn)放電電壓。通(tong)常是将人體(ti)等效于由100PF電(dian)容和1.2K歐姆電(dian)阻串聯而成(cheng)的電路模型(xíng)，當人體放電(diàn)時，TCN75型智能溫(wēn)度傳感器的(de)串行接口端(duan)、中斷／比較器(qì)信号輸出端(duān)和地址輸入(rù)端均可承受(shou)1000V的靜電放電(diàn)電壓。LM83型智能(néng)溫度傳感器(qi)則可承受4000V的(de)靜電放電電(diàn)壓。

最新開發(fā)的智能溫度(du)傳感器(例如(ru)MAX6654、LM83)還增加了傳(chuán)感器故障檢(jiǎn)測功能，能自(zi)動檢測外部(bu)晶體管溫度(du)傳感器(亦稱(cheng)遠程傳感器(qì))的開路或短(duǎn)路故障。MAX6654還具(ju)有選擇“寄生(sheng)阻抗抵消”(PArAsitic ResistAnce CAncellAtion，英(yīng)文縮寫爲prc)模(mo)式，能抵消遠(yuan)程傳感器引(yin)線阻抗所引(yǐn)起的測溫誤(wù)差，即使引線(xiàn)阻抗達到100歐(ou)姆，也不會影(ying)響測量精度(dù)。遠程傳感器(qi)引線可采用(yòng)普通雙絞線(xian)或者帶屏蔽(bì)層的雙絞線(xiàn)。

2.5虛拟溫度傳(chuan)感器和網絡(luo)溫度傳感器(qi)
(1)虛拟傳感器(qì)
虛拟傳感器(qì)是基于傳感(gan)器硬件和計(jì)算機平台、并(bing)通過軟件開(kai)發而成的。利(li)用軟件可完(wán)成傳感器的(de)标定及校準(zhun)，以實現最佳(jiā)性能指标。最(zui)近，美國Ｂ＆Ｋ公司(si)已開發出一(yi)種基于軟件(jian)設置的TEDS型虛(xu)拟傳感器，其(qi)主要特點是(shì)每隻傳感器(qì)都有唯一的(de)産品序列号(hào)并且附帶一(yi)張軟盤，軟盤(pan)上存儲着對(dui)該傳感器進(jìn)行标定的有(yǒu)關數據。使用(yòng)時，傳感器通(tōng)過數據采集(jí)器接至計算(suan)機，首先從計(ji)算機輸入該(gāi)傳感器的産(chan)品序列号，再(zài)從軟盤上讀(du)出有關數據(ju)，然後自動完(wan)成對傳感器(qi)的檢查、傳感(gan)器參數的讀(dú)取、傳感器設(she)置和記錄工(gōng)作。

(2)網絡溫度(dù)傳感器
網絡(luò)溫度傳感器(qi)是包含數字(zi)傳感器、網絡(luò)接口和處理(lǐ)單元的新一(yī)代智能傳感(gǎn)器。數字傳感(gan)器首先将被(bèi)測溫度轉換(huan)成數字量，再(zai)送給微控制(zhì)器作數據處(chu)理。最後将測(ce)量結果傳輸(shu)給網絡，以便(bian)實現各傳感(gǎn)器之間、傳感(gan)器與執行器(qì)之間、傳感器(qì)與系統之間(jiān)的數據交換(huàn)及資源共享(xiang)，在更換傳感(gan)器時無須進(jin)行标定和校(xiao)準，可做到“即(ji)插即用(Plug&PlAy)”，這樣(yang)就極大地方(fang)便了用戶。

2.6單(dān)片測溫系統(tong)
單片系統(System On Chip)是(shì)21世紀一項高(gao)新科技産品(pǐn)。它是在芯片(pian)上集成一個(gè)系統或子系(xì)統，其集成度(dù)将高達108~109元件(jiàn)/片，這将給IC産(chan)業及IC應用帶(dai)來劃時代的(de)進步。半導體(ti)工業協會(SIA)對(dui)單片系統集(jí)成所作的預(yù)測見表1。目前(qián)，國際上一些(xie)著名的IC廠家(jiā)已開始研制(zhì)單片測溫系(xì)統，相信在不(bu)久的将來即(ji)可面市。

表1單(dan)片系統集成(cheng)電路的發展(zhǎn)預測
年 份 2001 2002 2007 2010
最(zuì)小線寬/um 0.18 0.13 0.1 0.07
包含(hán)晶體管數量(liang)/片 1.3X108 2.5X108 5X108 9X108
成本/(晶體(ti)管/毫美分) 0.2 0.1 0.05 0.02
芯(xīn)片尺寸/mm2 750 900 1100 1400
電源(yuan)電壓/V 1.8 1.5 1.2 0.9
新片I/O數(shù) 2000 2600 3600 4800