現代信(xìn)息技術的(de)三大基礎(chǔ)是信息采(cǎi)集(即傳感(gǎn)器技術)、信(xìn)息傳輸(通(tōng)信技術)和(he)信息處理(li)(計算機技(ji)術)。傳感器(qì)屬于信息(xī)技術的前(qian)沿尖端産(chan)品，尤其是(shì)溫度傳感(gǎn)器被廣泛(fan)用于工農(nong)業生産、科(ke)學研究和(hé)生活等領(ling)域，數量高(gao)居各種傳(chuan)感器之首(shou)。近百年來(lai)，溫度傳感(gan)器的發展(zhan)大緻經曆(lì)了以下三(san)個階段；(1)傳(chuan)統的分立(li)式溫度傳(chuán)感器(含敏(min)感元件)；(2)模(mo)拟集成溫(wen)度傳感器(qi)／控制器；(3)智(zhi)能溫度傳(chuán)感器。目前(qian)，國際上新(xin)型溫度傳(chuán)感器正從(cong)模拟式向(xiang)數字式、由(yóu)集成化向(xiàng)智能化、網(wang)絡化的方(fang)向發展。

１集(jí)成溫度傳(chuán)感器的産(chǎn)品分類
1.1模(mó)拟集成溫(wēn)度傳感器(qi)
集成傳感(gan)器是采用(yòng)矽半導體(ti)集成工藝(yi)而制成的(de)，因此亦稱(chēng)矽傳感器(qì)或單片集(jí)成溫度傳(chuán)感器。模拟(ni)集成溫度(dù)傳感器是(shi)在20世紀80年(nián)代問世的(de)，它是将溫(wēn)度傳感器(qi)集成在一(yī)個芯片上(shàng)、可完成溫(wēn)度測量及(ji)模拟信号(hào)輸出功能(neng)的專用IC。模(mo)拟集成溫(wen)度傳感器(qì)的主要特(tè)點是功能(néng)單一(僅測(ce)量溫度)、測(ce)溫誤差小(xiao)、價格低、響(xiǎng)應速度快(kuài)、傳輸距離(li)遠、體積小(xiǎo)、微功耗等(děng)，适合遠距(ju)離測溫、控(kòng)溫，不需要(yào)進行非線(xian)性校準，外(wai)圍電路簡(jiǎn)單。它是目(mù)前在國内(nèi)外應用最(zui)爲普遍的(de)一種集成(chéng)傳感器，典(dian)型産品有(you)AD590、AD592、TMP17、LM135等。

1.2模拟集(ji)成溫度控(kong)制器
模拟(ni)集成溫度(dù)控制器主(zhu)要包括溫(wēn)控開關、可(ke)編程溫度(du)控制器，典(dian)型産品有(you)LM56、AD22105和MAX6509。某些增(zēng)強型集成(cheng)溫度控制(zhì)器(例如TC652/653)中(zhong)還包含了(le)A/D轉換器以(yǐ)及固化好(hǎo)的程序，這(zhe)與智能溫(wēn)度傳感器(qi)有某些相(xiang)似之處。但(dàn)它自成系(xì)統，工作時(shí)并不受微(wēi)處理器的(de)控制，這是(shi)二者的主(zhǔ)要區别。

1.3智(zhì)能溫度傳(chuan)感器
智能(neng)溫度傳感(gan)器(亦稱數(shù)字溫度傳(chuán)感器)是在(zài)20世紀90年代(dài)中期問世(shi)的。它是微(wei)電子技術(shu)、計算機技(jì)術和自動(dong)測試技術(shu)(ATE)的結晶。目(mu)前，國際上(shang)已開發出(chu)多種智能(neng)溫度傳感(gan)器系列産(chǎn)品。智能溫(wēn)度傳感器(qì)内部都包(bāo)含溫度傳(chuán)感器、A/D轉換(huàn)器、信号處(chu)理器、存儲(chu)器(或寄存(cun)器)和接口(kou)電路。有的(de)産品還帶(dài)多路選擇(zé)器、中央控(kòng)制器(cpu)、随機(jī)存取存儲(chu)器(RAM)和隻讀(dú)存儲器(ROM)。智(zhi)能溫度傳(chuan)感器的特(te)點是能輸(shū)出溫度數(shù)據及相關(guān)的溫度控(kong)制量，适配(pei)各種微控(kong)制器(MCU)；并且(qiě)它是在硬(yìng)件的基礎(chǔ)上通過軟(ruan)件來實現(xian)測試功能(néng)的，其智能(néng)化程度也(ye)取決于軟(ruan)件的開發(fa)水平。

2智能(néng)溫度傳感(gǎn)器發展的(de)新趨勢
進(jin)入21世紀後(hou)，智能溫度(dù)傳感器正(zheng)朝着高精(jīng)度、多功能(neng)、總線标準(zhun)化、高可靠(kao)性及安全(quan)性、開發虛(xū)拟傳感器(qì)和網絡傳(chuan)感器、研制(zhi)單片測溫(wen)系統等高(gao)科技的方(fāng)向迅速發(fā)展。

2.1提高測(ce)溫精度和(he)分辨力
在(zai)20世紀90年代(dai)中期最早(zao)推出的智(zhi)能溫度傳(chuan)感器，采用(yong)的是8位A/D轉(zhuǎn)換器，其測(ce)溫精度較(jiao)低，分辨力(li)隻能達到(dào)1°C。目前，國外(wai)已相繼推(tuī)出多種高(gāo)精度、高分(fen)辨力的智(zhi)能溫度傳(chuán)感器，所用(yong)的是9~12位A/D轉(zhuan)換器，分辨(biàn)力一般可(ke)達0.5~0.0625°C。由美國(guó)DALLAS半導體公(gong)司新研制(zhi)的DS1624型高分(fen)辨力智能(neng)溫度傳感(gan)器，能輸出(chu)13位二進制(zhi)數據，其分(fèn)辨力高達(da)0.03125°C，測溫精度(du)爲±0.2°C。爲了提(tí)高多通道(dào)智能溫度(du)傳感器的(de)轉換速率(lǜ)，也有的芯(xin)片采用高(gāo)速逐次逼(bi)近式A/D轉換(huan)器。以AD7817型5通(tōng)道智能溫(wen)度傳感器(qì)爲例，它對(dui)本地傳感(gǎn)器、每一路(lù)遠程傳感(gan)器的轉換(huan)時間分别(bie)僅爲27us、9us。

2.2增加(jia)測試功能(neng)
新型智能(néng)溫度傳感(gan)器的測試(shi)功能也在(zài)不斷增強(qiáng)。例如，DS1629型單(dan)線智能溫(wen)度傳感器(qì)增加了實(shi)時日曆時(shí)鍾（RTC），使其功(gōng)能更加完(wán)善。DS1624還增加(jiā)了存儲功(gōng)能，利用芯(xin)片内部256字(zì)節的E2PROM存儲(chǔ)器，可存儲(chǔ)用戶的短(duan)信息。另外(wài)，智能溫度(du)傳感器正(zhèng)從單通道(dào)向多通道(dao)的方向發(fa)展，這就爲(wei)研制和開(kai)發多路溫(wēn)度測控系(xì)統創造了(le)良好條件(jiàn)。?br>

智能溫度(du)傳感器都(dōu)具有多種(zhong)工作模式(shì)可供選擇(ze)，主要包括(kuò)單次轉換(huàn)模式、連續(xu)轉換模式(shi)、待機模式(shi)，有的還增(zeng)加了低溫(wēn)極限擴展(zhan)模式，操作(zuò)非常簡便(bian)。對某些智(zhì)能溫度傳(chuán)感器而言(yán)，主機(外部(bu)微處理器(qi)或單片機(ji))還可通過(guo)相應的寄(ji)存器來設(shè)定其A/D轉換(huàn)速率(典型(xing)産品爲MAX6654)，分(fèn)辨力及最(zui)大轉換時(shi)間(典型産(chǎn)品爲DS1624)。

能溫(wen)度控制器(qi)是在智能(neng)溫度傳感(gǎn)器的基礎(chu)上發展而(ér)成的。典型(xing)産品有DS1620、DS1623、TCN75、LM76、MAX6625。智(zhì)能溫度控(kong)制器适配(pèi)各種微控(kong)制器，構成(cheng)智能化溫(wēn)控系統；它(ta)們還可以(yǐ)脫離微控(kong)制器單獨(dú)工作，自行(háng)構成一個(gè)溫控儀。

2.3總(zǒng)線技術的(de)标準化與(yǔ)規範化
目(mù)前，智能溫(wen)度傳感器(qi)的總線技(jì)術也實現(xiàn)了标準化(huà)、規範化，所(suo)采用的總(zǒng)線主要有(yǒu)單線(1-Wire)總線(xiàn)、I2C總線、SMBus總線(xiàn)和spI總線。溫(wen)度傳感器(qì)作爲從機(ji)可通過專(zhuan)用總線接(jiē)口與主機(ji)進行通信(xin)。

2.4可靠性及(ji)安全性設(she)計
傳統的(de)A/D轉換器大(da)多采用積(ji)分式或逐(zhú)次比較式(shì)轉換技術(shù)，其噪聲容(róng)限低，抑制(zhì)混疊噪聲(shēng)及量化噪(zào)聲的能力(lì)比較差。新(xīn)型智能溫(wēn)度傳感器(qì)(例如TMP12/15、LM74、LM83)普遍(biàn)采用了高(gāo)性能的Σ－Δ式(shi)A／Ｄ轉換器，它(ta)能以很高(gāo)的采樣速(sù)率和很低(di)的采樣分(fèn)辨力将模(mo)拟信号轉(zhuǎn)換成數字(zì)信号，再利(li)用過采樣(yàng)、噪聲整形(xing)和數字濾(lǜ)波技術，來(lai)提高有效(xiao)分辨力。Σ－Δ式(shì)A／D轉換器不(bu)僅能濾除(chú)量化噪聲(sheng)，而且對外(wài)圍元件的(de)精度要求(qiu)低；由于采(cai)用了數字(zì)反饋方式(shì)，因此比較(jiào)器的失調(diào)電壓及零(ling)點漂移都(dōu)不會影響(xiang)溫度的轉(zhuan)換精度。這(zhe)種智能溫(wēn)度傳感器(qi)兼有抑制(zhi)串模幹擾(rǎo)能力強、分(fèn)辨力高、線(xiàn)性度好、成(cheng)本低等優(yōu)點。

爲了避(bì)免在溫控(kòng)系統受到(dào)噪聲幹擾(rao)時産生誤(wu)動作，在AD7416/7417/7817、LM75／76、MAX6625／6626等(děng)智能溫度(dù)傳感器的(de)内部，都設(she)置了一個(gè)可編程的(de)“故障排隊(dui)(fAultqueue)”計數器，專(zhuān)用于設定(dìng)允許被測(ce)溫度值超(chāo)過上、下限(xian)的次數。僅(jǐn)當被測溫(wen)度連續超(chāo)過上限或(huò)低于下限(xian)的次數達(dá)到或超過(guo)所設定的(de)次數n(n=1~4)時，才(cai)能觸發中(zhong)斷端。若故(gù)障次數不(bú)滿足上述(shù)條件或故(gù)障不是連(lian)續發生的(de)，故障計數(shù)器就複位(wei)而不會觸(chu)發中斷端(duan)。這意味着(zhe)假定n=3時，那(na)麽偶然受(shou)到一次或(huò)兩次噪聲(sheng)幹擾，都不(bú)會影響溫(wēn)控系統的(de)正常工作(zuo)。

LM76型智能溫(wen)度傳感器(qi)增加了溫(wēn)度窗口比(bi)較器，非常(chang)适合設計(jì)一個符合(hé)ACPI(AdvAnced ConfigurAtion And Power InterfAce，即“先進配(pei)置與電源(yuan)接口”)規範(fan)的溫控系(xì)統。這種系(xi)統具有完(wan)善的過熱(re)保護功能(neng)，可用來監(jian)控筆記本(ben)電腦和服(fu)務器中CPU及(jí)主電路的(de)溫度。微處(chu)理器最高(gāo)可承受的(de)工作溫度(dù)規定爲tH，台(tái)式計算機(jī)一般爲75°C，高(gao)檔筆記本(běn)電腦的專(zhuan)用CPU可達100°C。一(yī)旦CPU或主電(dian)路的溫度(du)超出所設(she)定的上、下(xià)限時， INT端立(li)即使主機(ji)産生中斷(duàn)，再通過電(dian)源控制器(qi)發出信号(hao)，迅速将主(zhǔ)電源關斷(duàn)起到保護(hu)作用。此外(wài)，當溫度超(chao)過CPU的極限(xiàn)溫度時，嚴(yán)重超溫報(bào)警輸出端(duan)(T_CRIT_A)也能直接(jie)關斷主電(diàn)源，并且該(gāi)端還可通(tong)過獨立的(de)硬件關斷(duan)電路來切(qiē)斷主電源(yuán)，以防主電(diàn)源控制失(shi)靈。上述三(sān)重安全性(xing)保護措施(shi)已成爲國(guo)際上設計(jì)溫控系統(tong)的新觀念(nian)。

爲防止因(yīn)人體靜電(diàn)放電(ESD)而損(sǔn)壞芯片。一(yī)些智能溫(wēn)度傳感器(qì)還增加了(le)ESD保護電路(lu)，一般可承(chéng)受1000~4000V的靜電(dian)放電電壓(ya)。通常是将(jiang)人體等效(xiao)于由100PF電容(rong)和1.2K歐姆電(dian)阻串聯而(er)成的電路(lu)模型，當人(rén)體放電時(shí)，TCN75型智能溫(wēn)度傳感器(qi)的串行接(jiē)口端、中斷(duàn)／比較器信(xìn)号輸出端(duan)和地址輸(shu)入端均可(ke)承受1000V的靜(jing)電放電電(diàn)壓。LM83型智能(néng)溫度傳感(gǎn)器則可承(cheng)受4000V的靜電(diàn)放電電壓(yā)。

最新開發(fa)的智能溫(wen)度傳感器(qi)(例如MAX6654、LM83)還增(zeng)加了傳感(gan)器故障檢(jian)測功能，能(neng)自動檢測(ce)外部晶體(ti)管溫度傳(chuán)感器(亦稱(cheng)遠程傳感(gan)器)的開路(lu)或短路故(gu)障。MAX6654還具有(you)選擇“寄生(sheng)阻抗抵消(xiao)”(PArAsitic ResistAnce CAncellAtion，英文縮寫(xie)爲prc)模式，能(neng)抵消遠程(chéng)傳感器引(yin)線阻抗所(suǒ)引起的測(cè)溫誤差，即(jí)使引線阻(zu)抗達到100歐(ōu)姆，也不會(hui)影響測量(liang)精度。遠程(cheng)傳感器引(yǐn)線可采用(yòng)普通雙絞(jiao)線或者帶(dài)屏蔽層的(de)雙絞線。

2.5虛(xū)拟溫度傳(chuan)感器和網(wǎng)絡溫度傳(chuan)感器
(1)虛拟(ni)傳感器
虛(xū)拟傳感器(qi)是基于傳(chuan)感器硬件(jiàn)和計算機(ji)平台、并通(tōng)過軟件開(kāi)發而成的(de)。利用軟件(jiàn)可完成傳(chuán)感器的标(biāo)定及校準(zhǔn)，以實現最(zui)佳性能指(zhi)标。最近，美(mei)國Ｂ＆Ｋ公司已(yi)開發出一(yi)種基于軟(ruǎn)件設置的(de)TEDS型虛拟傳(chuán)感器，其主(zhǔ)要特點是(shì)每隻傳感(gǎn)器都有唯(wéi)一的産品(pin)序列号并(bìng)且附帶一(yī)張軟盤，軟(ruan)盤上存儲(chu)着對該傳(chuán)感器進行(hang)标定的有(you)關數據。使(shi)用時，傳感(gan)器通過數(shu)據采集器(qì)接至計算(suàn)機，首先從(cong)計算機輸(shu)入該傳感(gan)器的産品(pǐn)序列号，再(zài)從軟盤上(shàng)讀出有關(guan)數據，然後(hou)自動完成(chéng)對傳感器(qì)的檢查、傳(chuan)感器參數(shu)的讀取、傳(chuan)感器設置(zhi)和記錄工(gong)作。

(2)網絡溫(wen)度傳感器(qì)
網絡溫度(dù)傳感器是(shì)包含數字(zi)傳感器、網(wǎng)絡接口和(hé)處理單元(yuán)的新一代(dai)智能傳感(gǎn)器。數字傳(chuán)感器首先(xiān)将被測溫(wen)度轉換成(cheng)數字量，再(zai)送給微控(kòng)制器作數(shu)據處理。最(zuì)後将測量(liàng)結果傳輸(shu)給網絡，以(yi)便實現各(gè)傳感器之(zhi)間、傳感器(qì)與執行器(qi)之間、傳感(gǎn)器與系統(tong)之間的數(shu)據交換及(jí)資源共享(xiǎng)，在更換傳(chuan)感器時無(wú)須進行标(biāo)定和校準(zhǔn)，可做到“即(jí)插即用(Plug&PlAy)”，這(zhe)樣就極大(dà)地方便了(le)用戶。

2.6單片(piàn)測溫系統(tǒng)
單片系統(tǒng)(System On Chip)是21世紀一(yī)項高新科(kē)技産品。它(ta)是在芯片(pian)上集成一(yi)個系統或(huo)子系統，其(qí)集成度将(jiang)高達108~109元件(jian)/片，這将給(gěi)IC産業及IC應(ying)用帶來劃(huà)時代的進(jin)步。半導體(tǐ)工業協會(huì)(SIA)對單片系(xì)統集成所(suǒ)作的預測(cè)見表1。目前(qián)，國際上一(yī)些著名的(de)IC廠家已開(kāi)始研制單(dān)片測溫系(xì)統，相信在(zai)不久的将(jiang)來即可面(miàn)市。

表1單片(piàn)系統集成(cheng)電路的發(fā)展預測
年(nian) 份 2001 2002 2007 2010
最小線(xiàn)寬/um 0.18 0.13 0.1 0.07
包含晶(jīng)體管數量(liàng)/片 1.3X108 2.5X108 5X108 9X108
成本/(晶(jīng)體管/毫美(mei)分) 0.2 0.1 0.05 0.02
芯片尺(chǐ)寸/mm2 750 900 1100 1400
電源電(dian)壓/V 1.8 1.5 1.2 0.9
新片I/O數(shù) 2000 2600 3600 4800