現代(dai)信息技(jì)術的三(san)大基礎(chu)是信息(xi)采集(即(ji)傳感器(qì)技術)、信(xin)息傳輸(shu)(通信技(jì)術)和信(xin)息處理(li)(計算機(ji)技術)。傳(chuán)感器屬(shu)于信息(xi)技術的(de)前沿尖(jiān)端産品(pin)，尤其是(shì)溫度傳(chuán)感器被(bèi)廣泛用(yòng)于工農(nóng)業生産(chǎn)、科學研(yan)究和生(sheng)活等領(lǐng)域，數量(liàng)高居各(gè)種傳感(gan)器之首(shǒu)。近百年(nián)來，溫度(du)傳感器(qì)的發展(zhan)大緻經(jīng)曆了以(yi)下三個(gè)階段；(1)傳(chuán)統的分(fèn)立式溫(wēn)度傳感(gǎn)器(含敏(mǐn)感元件(jiàn))；(2)模拟集(ji)成溫度(dù)傳感器(qi)／控制器(qì)；(3)智能溫(wen)度傳感(gan)器。目前(qián)，國際上(shàng)新型溫(wēn)度傳感(gǎn)器正從(cóng)模拟式(shì)向數字(zi)式、由集(jí)成化向(xiàng)智能化(huà)、網絡化(hua)的方向(xiang)發展。

１集(ji)成溫度(dù)傳感器(qi)的産品(pǐn)分類
1.1模(mó)拟集成(chéng)溫度傳(chuán)感器
集(ji)成傳感(gan)器是采(cǎi)用矽半(bàn)導體集(ji)成工藝(yì)而制成(chéng)的，因此(cǐ)亦稱矽(xī)傳感器(qi)或單片(pian)集成溫(wēn)度傳感(gan)器。模拟(ni)集成溫(wen)度傳感(gǎn)器是在(zài)20世紀80年(nián)代問世(shì)的，它是(shì)将溫度(du)傳感器(qì)集成在(zai)一個芯(xin)片上、可(ke)完成溫(wēn)度測量(liàng)及模拟(ni)信号輸(shu)出功能(neng)的專用(yong)IC。模拟集(ji)成溫度(du)傳感器(qì)的主要(yao)特點是(shi)功能單(dan)一(僅測(ce)量溫度(du))、測溫誤(wù)差小、價(jia)格低、響(xiǎng)應速度(du)快、傳輸(shu)距離遠(yuan)、體積小(xiǎo)、微功耗(hào)等，适合(he)遠距離(li)測溫、控(kong)溫，不需(xu)要進行(hang)非線性(xìng)校準，外(wài)圍電路(lu)簡單。它(tā)是目前(qián)在國内(nei)外應用(yong)最爲普(pǔ)遍的一(yi)種集成(cheng)傳感器(qi)，典型産(chǎn)品有AD590、AD592、TMP17、LM135等(deng)。

1.2模拟集(ji)成溫度(dù)控制器(qi)
模拟集(ji)成溫度(dù)控制器(qì)主要包(bāo)括溫控(kong)開關、可(ke)編程溫(wen)度控制(zhi)器，典型(xíng)産品有(you)LM56、AD22105和MAX6509。某些(xiē)增強型(xing)集成溫(wēn)度控制(zhì)器(例如(rú)TC652/653)中還包(bāo)含了A/D轉(zhuǎn)換器以(yi)及固化(hua)好的程(chéng)序，這與(yu)智能溫(wēn)度傳感(gǎn)器有某(mou)些相似(sì)之處。但(dan)它自成(chéng)系統，工(gōng)作時并(bing)不受微(wēi)處理器(qi)的控制(zhi)，這是二(er)者的主(zhu)要區别(bie)。

1.3智能溫(wen)度傳感(gan)器
智能(néng)溫度傳(chuan)感器(亦(yi)稱數字(zi)溫度傳(chuán)感器)是(shì)在20世紀(ji)90年代中(zhōng)期問世(shi)的。它是(shi)微電子(zi)技術、計(ji)算機技(jì)術和自(zì)動測試(shì)技術(ATE)的(de)結晶。目(mu)前，國際(ji)上已開(kāi)發出多(duo)種智能(neng)溫度傳(chuán)感器系(xi)列産品(pin)。智能溫(wen)度傳感(gǎn)器内部(bu)都包含(han)溫度傳(chuán)感器、A/D轉(zhuǎn)換器、信(xìn)号處理(lǐ)器、存儲(chǔ)器(或寄(ji)存器)和(hé)接口電(dian)路。有的(de)産品還(hai)帶多路(lu)選擇器(qi)、中央控(kong)制器(cpu)、随(sui)機存取(qu)存儲器(qì)(RAM)和隻讀(dú)存儲器(qi)(ROM)。智能溫(wēn)度傳感(gan)器的特(te)點是能(néng)輸出溫(wen)度數據(jù)及相關(guān)的溫度(du)控制量(liang)，适配各(ge)種微控(kong)制器(MCU)；并(bìng)且它是(shi)在硬件(jiàn)的基礎(chu)上通過(guo)軟件來(lai)實現測(ce)試功能(neng)的，其智(zhì)能化程(cheng)度也取(qu)決于軟(ruan)件的開(kai)發水平(píng)。

2智能溫(wen)度傳感(gan)器發展(zhǎn)的新趨(qū)勢
進入(rù)21世紀後(hou)，智能溫(wen)度傳感(gǎn)器正朝(chao)着高精(jing)度、多功(gong)能、總線(xian)标準化(hua)、高可靠(kao)性及安(an)全性、開(kāi)發虛拟(ni)傳感器(qi)和網絡(luò)傳感器(qi)、研制單(dan)片測溫(wen)系統等(deng)高科技(ji)的方向(xiang)迅速發(fa)展。

2.1提高(gao)測溫精(jing)度和分(fen)辨力
在(zai)20世紀90年(nian)代中期(qī)最早推(tui)出的智(zhì)能溫度(du)傳感器(qì)，采用的(de)是8位A/D轉(zhuǎn)換器，其(qi)測溫精(jing)度較低(di)，分辨力(li)隻能達(da)到1°C。目前(qian)，國外已(yi)相繼推(tuī)出多種(zhǒng)高精度(dù)、高分辨(bian)力的智(zhi)能溫度(du)傳感器(qì)，所用的(de)是9~12位A/D轉(zhuan)換器，分(fèn)辨力一(yī)般可達(dá)0.5~0.0625°C。由美國(guó)DALLAS半導體(tǐ)公司新(xin)研制的(de)DS1624型高分(fen)辨力智(zhì)能溫度(dù)傳感器(qì)，能輸出(chu)13位二進(jìn)制數據(jù)，其分辨(biàn)力高達(dá)0.03125°C，測溫精(jīng)度爲±0.2°C。爲(wei)了提高(gao)多通道(dào)智能溫(wen)度傳感(gǎn)器的轉(zhuǎn)換速率(lü)，也有的(de)芯片采(cǎi)用高速(su)逐次逼(bi)近式A/D轉(zhuan)換器。以(yǐ)AD7817型5通道(dao)智能溫(wen)度傳感(gǎn)器爲例(li)，它對本(ben)地傳感(gǎn)器、每一(yi)路遠程(cheng)傳感器(qì)的轉換(huan)時間分(fen)别僅爲(wei)27us、9us。

2.2增加測(ce)試功能(néng)
新型智(zhi)能溫度(du)傳感器(qì)的測試(shì)功能也(yě)在不斷(duàn)增強。例(li)如，DS1629型單(dan)線智能(neng)溫度傳(chuan)感器增(zeng)加了實(shi)時日曆(li)時鍾（RTC），使(shǐ)其功能(neng)更加完(wan)善。DS1624還增(zēng)加了存(cún)儲功能(neng)，利用芯(xīn)片内部(bù)256字節的(de)E2PROM存儲器(qì)，可存儲(chu)用戶的(de)短信息(xi)。另外，智(zhì)能溫度(dù)傳感器(qi)正從單(dān)通道向(xiang)多通道(dao)的方向(xiang)發展，這(zhè)就爲研(yán)制和開(kai)發多路(lù)溫度測(ce)控系統(tǒng)創造了(le)良好條(tiáo)件。?br>

智能(néng)溫度傳(chuan)感器都(dou)具有多(duō)種工作(zuo)模式可(ke)供選擇(zé)，主要包(bāo)括單次(cì)轉換模(mo)式、連續(xu)轉換模(mó)式、待機(jī)模式，有(you)的還增(zeng)加了低(dī)溫極限(xiàn)擴展模(mo)式，操作(zuo)非常簡(jiǎn)便。對某(mou)些智能(néng)溫度傳(chuan)感器而(ér)言，主機(jī)(外部微(wei)處理器(qi)或單片(pian)機)還可(kě)通過相(xiàng)應的寄(ji)存器來(lái)設定其(qi)A/D轉換速(su)率(典型(xíng)産品爲(wèi)MAX6654)，分辨力(li)及最大(da)轉換時(shi)間(典型(xing)産品爲(wèi)DS1624)。

能溫度(dù)控制器(qi)是在智(zhi)能溫度(du)傳感器(qi)的基礎(chǔ)上發展(zhǎn)而成的(de)。典型産(chan)品有DS1620、DS1623、TCN75、LM76、MAX6625。智(zhi)能溫度(dù)控制器(qi)适配各(ge)種微控(kong)制器，構(gòu)成智能(neng)化溫控(kong)系統；它(ta)們還可(kě)以脫離(li)微控制(zhì)器單獨(dú)工作，自(zì)行構成(chéng)一個溫(wen)控儀。

2.3總(zong)線技術(shu)的标準(zhǔn)化與規(guī)範化
目(mu)前，智能(neng)溫度傳(chuan)感器的(de)總線技(jì)術也實(shí)現了标(biao)準化、規(guī)範化，所(suǒ)采用的(de)總線主(zhu)要有單(dān)線(1-Wire)總線(xian)、I2C總線、SMBus總(zong)線和spI總(zong)線。溫度(dù)傳感器(qì)作爲從(cong)機可通(tōng)過專用(yòng)總線接(jie)口與主(zhu)機進行(háng)通信。

2.4可(kě)靠性及(ji)安全性(xìng)設計
傳(chuán)統的A/D轉(zhuan)換器大(da)多采用(yong)積分式(shì)或逐次(cì)比較式(shi)轉換技(jì)術，其噪(zao)聲容限(xiàn)低，抑制(zhì)混疊噪(zao)聲及量(liang)化噪聲(sheng)的能力(lì)比較差(cha)。新型智(zhì)能溫度(du)傳感器(qi)(例如TMP12/16、LM74、LM83)普(pu)遍采用(yong)了高性(xing)能的Σ－Δ式(shi)A／Ｄ轉換器(qì)，它能以(yǐ)很高的(de)采樣速(sù)率和很(hěn)低的采(cǎi)樣分辨(biàn)力将模(mó)拟信号(hào)轉換成(cheng)數字信(xin)号，再利(li)用過采(cai)樣、噪聲(shēng)整形和(hé)數字濾(lü)波技術(shu)，來提高(gāo)有效分(fèn)辨力。Σ－Δ式(shì)A／D轉換器(qì)不僅能(néng)濾除量(liàng)化噪聲(sheng)，而且對(dui)外圍元(yuán)件的精(jing)度要求(qiú)低；由于(yu)采用了(le)數字反(fǎn)饋方式(shi)，因此比(bi)較器的(de)失調電(dian)壓及零(líng)點漂移(yi)都不會(hui)影響溫(wen)度的轉(zhuan)換精度(du)。這種智(zhi)能溫度(du)傳感器(qi)兼有抑(yì)制串模(mo)幹擾能(néng)力強、分(fen)辨力高(gāo)、線性度(dù)好、成本(běn)低等優(you)點。

爲了(le)避免在(zai)溫控系(xì)統受到(dao)噪聲幹(gan)擾時産(chǎn)生誤動(dong)作，在AD7416/7417/7817、LM75／76、MAX6625／6626等(deng)智能溫(wen)度傳感(gǎn)器的内(nei)部，都設(she)置了一(yī)個可編(bian)程的“故(gu)障排隊(dui)(fAultqueue)”計數器(qì)，專用于(yú)設定允(yǔn)許被測(ce)溫度值(zhi)超過上(shang)、下限的(de)次數。僅(jǐn)當被測(cè)溫度連(lian)續超過(guò)上限或(huo)低于下(xià)限的次(cì)數達到(dao)或超過(guò)所設定(dìng)的次數(shu)n(n=1~4)時，才能(neng)觸發中(zhōng)斷端。若(ruo)故障次(cì)數不滿(man)足上述(shù)條件或(huo)故障不(bú)是連續(xù)發生的(de)，故障計(jì)數器就(jiu)複位而(ér)不會觸(chu)發中斷(duàn)端。這意(yì)味着假(jiǎ)定n=3時，那(nà)麽偶然(rán)受到一(yi)次或兩(liang)次噪聲(sheng)幹擾，都(dōu)不會影(yǐng)響溫控(kong)系統的(de)正常工(gōng)作。

LM76型智(zhì)能溫度(du)傳感器(qì)增加了(le)溫度窗(chuang)口比較(jiao)器，非常(cháng)适合設(shè)計一個(gè)符合ACPI(AdvAnced ConfigurAtion And Power InterfAce，即(jí)“先進配(pèi)置與電(dian)源接口(kou)”)規範的(de)溫控系(xì)統。這種(zhong)系統具(jù)有完善(shàn)的過熱(rè)保護功(gong)能，可用(yòng)來監控(kòng)筆記本(běn)電腦和(he)服務器(qi)中CPU及主(zhu)電路的(de)溫度。微(wei)處理器(qì)最高可(kě)承受的(de)工作溫(wēn)度規定(ding)爲tH，台式(shi)計算機(ji)一般爲(wei)75°C，高檔筆(bǐ)記本電(diàn)腦的專(zhuan)用CPU可達(da)100°C。一旦CPU或(huo)主電路(lu)的溫度(du)超出所(suo)設定的(de)上、下限(xian)時， INT端立(li)即使主(zhǔ)機産生(shēng)中斷，再(zai)通過電(dian)源控制(zhi)器發出(chu)信号，迅(xun)速将主(zhǔ)電源關(guan)斷起到(dào)保護作(zuo)用。此外(wài)，當溫度(dù)超過CPU的(de)極限溫(wen)度時，嚴(yan)重超溫(wēn)報警輸(shu)出端(T_CRIT_A)也(ye)能直接(jie)關斷主(zhǔ)電源，并(bìng)且該端(duān)還可通(tong)過獨立(lì)的硬件(jian)關斷電(diàn)路來切(qiē)斷主電(dian)源，以防(fang)主電源(yuán)控制失(shi)靈。上述(shù)三重安(ān)全性保(bao)護措施(shī)已成爲(wei)國際上(shàng)設計溫(wēn)控系統(tǒng)的新觀(guan)念。

爲防(fáng)止因人(ren)體靜電(dian)放電(ESD)而(ér)損壞芯(xīn)片。一些(xie)智能溫(wēn)度傳感(gǎn)器還增(zeng)加了ESD保(bǎo)護電路(lu)，一般可(kě)承受1000~4000V的(de)靜電放(fang)電電壓(yā)。通常是(shì)将人體(tǐ)等效于(yu)由100PF電容(róng)和1.2K歐姆(mu)電阻串(chuàn)聯而成(cheng)的電路(lù)模型，當(dāng)人體放(fàng)電時，TCN75型(xing)智能溫(wen)度傳感(gǎn)器的串(chuan)行接口(kǒu)端、中斷(duàn)／比較器(qì)信号輸(shu)出端和(he)地址輸(shu)入端均(jun)可承受(shòu)1000V的靜電(dian)放電電(diàn)壓。LM83型智(zhì)能溫度(dù)傳感器(qi)則可承(cheng)受4000V的靜(jing)電放電(diàn)電壓。

最(zuì)新開發(fā)的智能(neng)溫度傳(chuán)感器(例(li)如MAX6654、LM83)還增(zēng)加了傳(chuán)感器故(gù)障檢測(cè)功能，能(néng)自動檢(jiǎn)測外部(bu)晶體管(guǎn)溫度傳(chuan)感器(亦(yi)稱遠程(cheng)傳感器(qi))的開路(lù)或短路(lù)故障。MAX6654還(hái)具有選(xuan)擇“寄生(shēng)阻抗抵(dǐ)消”(PArAsitic ResistAnce CAncellAtion，英文(wen)縮寫爲(wei)prc)模式，能(néng)抵消遠(yuǎn)程傳感(gan)器引線(xiàn)阻抗所(suo)引起的(de)測溫誤(wu)差，即使(shǐ)引線阻(zǔ)抗達到(dao)100歐姆，也(ye)不會影(ying)響測量(liang)精度。遠(yuǎn)程傳感(gǎn)器引線(xiàn)可采用(yòng)普通雙(shuang)絞線或(huo)者帶屏(ping)蔽層的(de)雙絞線(xiàn)。

2.5虛拟溫(wēn)度傳感(gǎn)器和網(wǎng)絡溫度(dù)傳感器(qì)
(1)虛拟傳(chuán)感器
虛(xū)拟傳感(gan)器是基(jī)于傳感(gǎn)器硬件(jiàn)和計算(suàn)機平台(tái)、并通過(guo)軟件開(kai)發而成(cheng)的。利用(yòng)軟件可(ke)完成傳(chuan)感器的(de)标定及(ji)校準，以(yi)實現最(zui)佳性能(néng)指标。最(zuì)近，美國(guó)Ｂ＆Ｋ公司已(yǐ)開發出(chu)一種基(ji)于軟件(jian)設置的(de)TEDS型虛拟(nǐ)傳感器(qi)，其主要(yào)特點是(shi)每隻傳(chuan)感器都(dou)有唯一(yi)的産品(pǐn)序列号(hao)并且附(fu)帶一張(zhang)軟盤，軟(ruan)盤上存(cun)儲着對(duì)該傳感(gan)器進行(hang)标定的(de)有關數(shù)據。使用(yong)時，傳感(gǎn)器通過(guò)數據采(cai)集器接(jie)至計算(suàn)機，首先(xiān)從計算(suan)機輸入(ru)該傳感(gǎn)器的産(chan)品序列(lie)号，再從(cong)軟盤上(shang)讀出有(you)關數據(ju)，然後自(zi)動完成(cheng)對傳感(gǎn)器的檢(jian)查、傳感(gan)器參數(shu)的讀取(qu)、傳感器(qi)設置和(hé)記錄工(gōng)作。

(2)網絡(luò)溫度傳(chuan)感器
網(wǎng)絡溫度(du)傳感器(qi)是包含(hán)數字傳(chuan)感器、網(wang)絡接口(kou)和處理(lǐ)單元的(de)新一代(dài)智能傳(chuán)感器。數(shù)字傳感(gǎn)器首先(xiān)将被測(ce)溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，再(zài)送給微(wei)控制器(qì)作數據(ju)處理。最(zui)後将測(ce)量結果(guǒ)傳輸給(gěi)網絡，以(yǐ)便實現(xian)各傳感(gǎn)器之間(jiān)、傳感器(qì)與執行(háng)器之間(jian)、傳感器(qì)與系統(tǒng)之間的(de)數據交(jiao)換及資(zi)源共享(xiang)，在更換(huàn)傳感器(qi)時無須(xū)進行标(biāo)定和校(xiào)準，可做(zuò)到“即插(cha)即用(Plug&PlAy)”，這(zhè)樣就極(ji)大地方(fang)便了用(yong)戶。

2.6單片(piàn)測溫系(xi)統
單片(pian)系統(System On Chip)是(shi)21世紀一(yi)項高新(xīn)科技産(chǎn)品。它是(shi)在芯片(piàn)上集成(cheng)一個系(xi)統或子(zǐ)系統，其(qi)集成度(du)将高達(da)108~109元件/片(piàn)，這将給(gěi)IC産業及(jí)IC應用帶(dài)來劃時(shi)代的進(jin)步。半導(dao)體工業(ye)協會(SIA)對(duì)單片系(xi)統集成(cheng)所作的(de)預測見(jian)表1。目前(qian)，國際上(shàng)一些著(zhe)名的IC廠(chǎng)家已開(kāi)始研制(zhi)單片測(ce)溫系統(tǒng)，相信在(zai)不久的(de)将來即(jí)可面市(shi)。

表1單片(piàn)系統集(jí)成電路(lu)的發展(zhǎn)預測
年(nian) 份 2001 2002 2007 2010
最小(xiǎo)線寬/um 0.18 0.13 0.1 0.07
包(bāo)含晶體(tǐ)管數量(liàng)/片 1.3X108 2.5X108 5X108 9X108
成本(ben)/(晶體管(guan)/毫美分(fen)) 0.2 0.1 0.05 0.02
芯片尺(chi)寸/mm2 750 900 1100 1400
電源(yuán)電壓/V 1.8 1.5 1.2 0.9
新(xin)片I/O數 2000 2600 3600 4800