現代信息(xi)技術的三(san)大基礎是(shì)信息采集(ji)(即傳感器(qì)技術)、信息(xi)傳輸(通信(xìn)技術)和信(xìn)息處理(計(jì)算機技術(shù))。傳感器屬(shǔ)于信息技(jì)術的前沿(yán)尖端産品(pǐn)，尤其是溫(wēn)度傳感器(qi)被廣泛用(yòng)于工農業(ye)生産、科學(xue)研究和生(sheng)活等領域(yu)，數量高居(ju)各種傳感(gan)器之首。近(jin)百年來，溫(wen)度傳感器(qi)的發展大(dà)緻經曆了(le)以下三個(ge)階段；(1)傳統(tǒng)的分立式(shi)溫度傳感(gan)器(含敏感(gan)元件)；(2)模拟(ni)集成溫度(dù)傳感器／控(kong)制器；(3)智能(neng)溫度傳感(gǎn)器。目前，國(guó)際上新型(xíng)溫度傳感(gǎn)器正從模(mó)拟式向數(shù)字式、由集(jí)成化向智(zhì)能化、網絡(luò)化的方向(xiàng)發展。

１集成(chéng)溫度傳感(gǎn)器的産品(pǐn)分類
1.1模拟(nǐ)集成溫度(dù)傳感器
集(jí)成傳感器(qì)是采用矽(xī)半導體集(jí)成工藝而(ér)制成的，因(yīn)此亦稱矽(xi)傳感器或(huò)單片集成(chéng)溫度傳感(gǎn)器。模拟集(jí)成溫度傳(chuán)感器是在(zai)20世紀80年代(dai)問世的，它(ta)是将溫度(dù)傳感器集(ji)成在一個(gè)芯片上、可(ke)完成溫度(du)測量及模(mo)拟信号輸(shu)出功能的(de)專用IC。模拟(nǐ)集成溫度(du)傳感器的(de)主要特點(diǎn)是功能單(dan)一(僅測量(liang)溫度)、測溫(wen)誤差小、價(jia)格低、響應(yīng)速度快、傳(chuán)輸距離遠(yuan)、體積小、微(wei)功耗等，适(shì)合遠距離(lí)測溫、控溫(wēn)，不需要進(jìn)行非線性(xìng)校準，外圍(wéi)電路簡單(dan)。它是目前(qián)在國内外(wai)應用最爲(wei)普遍的一(yi)種集成傳(chuán)感器，典型(xing)産品有AD590、AD592、TMP17、LM135等(deng)。

1.2模拟集成(cheng)溫度控制(zhì)器
模拟集(ji)成溫度控(kong)制器主要(yào)包括溫控(kòng)開關、可編(biān)程溫度控(kòng)制器，典型(xíng)産品有LM56、AD22105和(he)MAX6509。某些增強(qiáng)型集成溫(wēn)度控制器(qì)(例如TC652/653)中還(hái)包含了A/D轉(zhuǎn)換器以及(jí)固化好的(de)程序，這與(yu)智能溫度(dù)傳感器有(you)某些相似(sì)之處。但它(ta)自成系統(tong)，工作時并(bìng)不受微處(chù)理器的控(kòng)制，這是二(èr)者的主要(yao)區别。

1.3智能(néng)溫度傳感(gǎn)器
智能溫(wen)度傳感器(qi)(亦稱數字(zì)溫度傳感(gan)器)是在20世(shi)紀90年代中(zhōng)期問世的(de)。它是微電(dian)子技術、計(ji)算機技術(shu)和自動測(ce)試技術(ATE)的(de)結晶。目前(qian)，國際上已(yǐ)開發出多(duō)種智能溫(wen)度傳感器(qi)系列産品(pin)。智能溫度(du)傳感器内(nei)部都包含(hán)溫度傳感(gan)器、A/D轉換器(qì)、信号處理(li)器、存儲器(qì)(或寄存器(qi))和接口電(dian)路。有的産(chǎn)品還帶多(duō)路選擇器(qi)、中央控制(zhi)器(cpu)、随機存(cun)取存儲器(qi)(RAM)和隻讀存(cún)儲器(ROM)。智能(neng)溫度傳感(gan)器的特點(diǎn)是能輸出(chū)溫度數據(ju)及相關的(de)溫度控制(zhi)量，适配各(gè)種微控制(zhi)器(MCU)；并且它(ta)是在硬件(jian)的基礎上(shàng)通過軟件(jian)來實現測(cè)試功能的(de)，其智能化(huà)程度也取(qǔ)決于軟件(jian)的開發水(shui)平。

2智能溫(wēn)度傳感器(qì)發展的新(xīn)趨勢
進入(ru)21世紀後，智(zhi)能溫度傳(chuán)感器正朝(cháo)着高精度(dù)、多功能、總(zǒng)線标準化(huà)、高可靠性(xìng)及安全性(xing)、開發虛拟(nǐ)傳感器和(he)網絡傳感(gan)器、研制單(dan)片測溫系(xì)統等高科(ke)技的方向(xiàng)迅速發展(zhǎn)。

2.1提高測溫(wen)精度和分(fèn)辨力
在20世(shi)紀90年代中(zhōng)期最早推(tui)出的智能(neng)溫度傳感(gǎn)器，采用的(de)是8位A/D轉換(huan)器，其測溫(wen)精度較低(di)，分辨力隻(zhi)能達到1°C。目(mu)前，國外已(yǐ)相繼推出(chu)多種高精(jing)度、高分辨(biàn)力的智能(neng)溫度傳感(gǎn)器，所用的(de)是9~12位A/D轉換(huàn)器，分辨力(li)一般可達(dá)0.5~0.0625°C。由美國DALLAS半(ban)導體公司(si)新研制的(de)DS1624型高分辨(biàn)力智能溫(wen)度傳感器(qì)，能輸出13位(wèi)二進制數(shu)據，其分辨(bian)力高達0.03125°C，測(ce)溫精度爲(wèi)±0.2°C。爲了提高(gao)多通道智(zhi)能溫度傳(chuán)感器的轉(zhuǎn)換速率，也(yě)有的芯片(piàn)采用高速(sù)逐次逼近(jìn)式A/D轉換器(qi)。以AD7817型5通道(dao)智能溫度(du)傳感器爲(wèi)例，它對本(běn)地傳感器(qi)、每一路遠(yuan)程傳感器(qi)的轉換時(shí)間分别僅(jǐn)爲27us、9us。

2.2增加測(ce)試功能
新(xin)型智能溫(wen)度傳感器(qì)的測試功(gōng)能也在不(bu)斷增強。例(li)如，DS1629型單線(xiàn)智能溫度(du)傳感器增(zeng)加了實時(shi)日曆時鍾(zhong)（RTC），使其功能(néng)更加完善(shan)。DS1624還增加了(le)存儲功能(néng)，利用芯片(pian)内部256字節(jiē)的E2PROM存儲器(qì)，可存儲用(yong)戶的短信(xìn)息。另外，智(zhì)能溫度傳(chuan)感器正從(cong)單通道向(xiàng)多通道的(de)方向發展(zhan)，這就爲研(yán)制和開發(fa)多路溫度(du)測控系統(tong)創造了良(liáng)好條件。?br>

智(zhi)能溫度傳(chuán)感器都具(jù)有多種工(gōng)作模式可(ke)供選擇，主(zhǔ)要包括單(dan)次轉換模(mó)式、連續轉(zhuan)換模式、待(dài)機模式，有(yǒu)的還增加(jia)了低溫極(jí)限擴展模(mo)式，操作非(fei)常簡便。對(duì)某些智能(neng)溫度傳感(gan)器而言，主(zhǔ)機(外部微(wei)處理器或(huo)單片機)還(hai)可通過相(xiàng)應的寄存(cun)器來設定(dìng)其A/D轉換速(su)率(典型産(chǎn)品爲MAX6654)，分辨(bian)力及最大(da)轉換時間(jiān)(典型産品(pin)爲DS1624)。

能溫度(du)控制器是(shi)在智能溫(wen)度傳感器(qì)的基礎上(shang)發展而成(cheng)的。典型産(chan)品有DS1620、DS1623、TCN75、LM76、MAX6625。智能(néng)溫度控制(zhi)器适配各(gè)種微控制(zhì)器，構成智(zhi)能化溫控(kòng)系統；它們(men)還可以脫(tuō)離微控制(zhì)器單獨工(gōng)作，自行構(gòu)成一個溫(wēn)控儀。

2.3總線(xian)技術的标(biao)準化與規(gui)範化
目前(qian)，智能溫度(du)傳感器的(de)總線技術(shù)也實現了(le)标準化、規(guī)範化，所采(cai)用的總線(xiàn)主要有單(dan)線(1-Wire)總線、I2C總(zǒng)線、SMBus總線和(hé)spI總線。溫度(du)傳感器作(zuò)爲從機可(kě)通過專用(yòng)總線接口(kou)與主機進(jin)行通信。

2.4可(kě)靠性及安(ān)全性設計(ji)
傳統的A/D轉(zhuǎn)換器大多(duō)采用積分(fèn)式或逐次(ci)比較式轉(zhuan)換技術，其(qí)噪聲容限(xiàn)低，抑制混(hùn)疊噪聲及(ji)量化噪聲(sheng)的能力比(bi)較差。新型(xing)智能溫度(du)傳感器(例(lì)如TMP12/15、LM74、LM83)普遍采(cǎi)用了高性(xing)能的Σ－Δ式A／Ｄ轉(zhuan)換器，它能(néng)以很高的(de)采樣速率(lü)和很低的(de)采樣分辨(biàn)力将模拟(nǐ)信号轉換(huàn)成數字信(xin)号，再利用(yong)過采樣、噪(zào)聲整形和(he)數字濾波(bō)技術，來提(tí)高有效分(fen)辨力。Σ－Δ式A／D轉(zhuǎn)換器不僅(jin)能濾除量(liàng)化噪聲，而(er)且對外圍(wei)元件的精(jing)度要求低(di)；由于采用(yòng)了數字反(fǎn)饋方式，因(yin)此比較器(qi)的失調電(dian)壓及零點(dian)漂移都不(bú)會影響溫(wen)度的轉換(huan)精度。這種(zhong)智能溫度(du)傳感器兼(jian)有抑制串(chuàn)模幹擾能(néng)力強、分辨(bian)力高、線性(xìng)度好、成本(ben)低等優點(diǎn)。

爲了避免(miǎn)在溫控系(xì)統受到噪(zao)聲幹擾時(shí)産生誤動(dong)作，在AD7416/7417/7817、LM75／76、MAX6625／6626等智(zhì)能溫度傳(chuán)感器的内(nei)部，都設置(zhì)了一個可(ke)編程的“故(gu)障排隊(fAultqueue)”計(jì)數器，專用(yòng)于設定允(yun)許被測溫(wēn)度值超過(guo)上、下限的(de)次數。僅當(dang)被測溫度(du)連續超過(guò)上限或低(dī)于下限的(de)次數達到(dao)或超過所(suo)設定的次(ci)數n(n=1~4)時，才能(néng)觸發中斷(duan)端。若故障(zhang)次數不滿(mǎn)足上述條(tiáo)件或故障(zhang)不是連續(xù)發生的，故(gù)障計數器(qì)就複位而(ér)不會觸發(fa)中斷端。這(zhè)意味着假(jia)定n=3時，那麽(me)偶然受到(dao)一次或兩(liǎng)次噪聲幹(gàn)擾，都不會(huì)影響溫控(kòng)系統的正(zheng)常工作。

LM76型(xing)智能溫度(du)傳感器增(zeng)加了溫度(du)窗口比較(jiao)器，非常适(shi)合設計一(yī)個符合ACPI(AdvAnced ConfigurAtion And Power InterfAce，即(ji)“先進配置(zhi)與電源接(jiē)口”)規範的(de)溫控系統(tong)。這種系統(tǒng)具有完善(shan)的過熱保(bao)護功能，可(ke)用來監控(kòng)筆記本電(dian)腦和服務(wù)器中CPU及主(zhu)電路的溫(wēn)度。微處理(li)器最高可(kě)承受的工(gōng)作溫度規(guī)定爲tH，台式(shì)計算機一(yī)般爲75°C，高檔(dang)筆記本電(dian)腦的專用(yong)CPU可達100°C。一旦(dàn)CPU或主電路(lu)的溫度超(chao)出所設定(dìng)的上、下限(xian)時， INT端立即(jí)使主機産(chan)生中斷，再(zai)通過電源(yuan)控制器發(fa)出信号，迅(xun)速将主電(diàn)源關斷起(qi)到保護作(zuo)用。此外，當(dāng)溫度超過(guò)CPU的極限溫(wēn)度時，嚴重(zhong)超溫報警(jing)輸出端(T_CRIT_A)也(yě)能直接關(guān)斷主電源(yuan)，并且該端(duan)還可通過(guò)獨立的硬(yìng)件關斷電(diàn)路來切斷(duan)主電源，以(yi)防主電源(yuan)控制失靈(líng)。上述三重(zhòng)安全性保(bao)護措施已(yǐ)成爲國際(ji)上設計溫(wen)控系統的(de)新觀念。

爲(wei)防止因人(rén)體靜電放(fàng)電(ESD)而損壞(huai)芯片。一些(xie)智能溫度(dù)傳感器還(hái)增加了ESD保(bao)護電路，一(yi)般可承受(shou)1000~4000V的靜電放(fang)電電壓。通(tong)常是将人(ren)體等效于(yu)由100PF電容和(he)1.2K歐姆電阻(zǔ)串聯而成(cheng)的電路模(mo)型，當人體(tǐ)放電時，TCN75型(xíng)智能溫度(du)傳感器的(de)串行接口(kou)端、中斷／比(bǐ)較器信号(hào)輸出端和(hé)地址輸入(ru)端均可承(cheng)受1000V的靜電(dian)放電電壓(ya)。LM83型智能溫(wēn)度傳感器(qi)則可承受(shòu)4000V的靜電放(fàng)電電壓。

最(zui)新開發的(de)智能溫度(dù)傳感器(例(lì)如MAX6654、LM83)還增加(jia)了傳感器(qi)故障檢測(cè)功能，能自(zì)動檢測外(wai)部晶體管(guan)溫度傳感(gan)器(亦稱遠(yuǎn)程傳感器(qi))的開路或(huò)短路故障(zhàng)。MAX6654還具有選(xuǎn)擇“寄生阻(zu)抗抵消”(PArAsitic ResistAnce CAncellAtion，英(yīng)文縮寫爲(wèi)prc)模式，能抵(dǐ)消遠程傳(chuan)感器引線(xian)阻抗所引(yǐn)起的測溫(wēn)誤差，即使(shǐ)引線阻抗(kang)達到100歐姆(mu)，也不會影(yǐng)響測量精(jing)度。遠程傳(chuán)感器引線(xian)可采用普(pu)通雙絞線(xiàn)或者帶屏(ping)蔽層的雙(shuāng)絞線。

2.5虛拟(ni)溫度傳感(gǎn)器和網絡(luò)溫度傳感(gǎn)器
(1)虛拟傳(chuán)感器
虛拟(nǐ)傳感器是(shi)基于傳感(gǎn)器硬件和(he)計算機平(ping)台、并通過(guo)軟件開發(fā)而成的。利(li)用軟件可(kě)完成傳感(gǎn)器的标定(ding)及校準，以(yi)實現最佳(jiā)性能指标(biao)。最近，美國(guo)Ｂ＆Ｋ公司已開(kāi)發出一種(zhong)基于軟件(jiàn)設置的TEDS型(xing)虛拟傳感(gǎn)器，其主要(yào)特點是每(mei)隻傳感器(qì)都有唯一(yī)的産品序(xu)列号并且(qiě)附帶一張(zhāng)軟盤，軟盤(pán)上存儲着(zhe)對該傳感(gan)器進行标(biao)定的有關(guān)數據。使用(yong)時，傳感器(qì)通過數據(jù)采集器接(jie)至計算機(jī)，首先從計(jì)算機輸入(ru)該傳感器(qì)的産品序(xu)列号，再從(cóng)軟盤上讀(dú)出有關數(shu)據，然後自(zì)動完成對(duì)傳感器的(de)檢查、傳感(gǎn)器參數的(de)讀取、傳感(gǎn)器設置和(he)記錄工作(zuo)。

(2)網絡溫度(dù)傳感器
網(wǎng)絡溫度傳(chuan)感器是包(bāo)含數字傳(chuan)感器、網絡(luò)接口和處(chu)理單元的(de)新一代智(zhì)能傳感器(qì)。數字傳感(gan)器首先将(jiāng)被測溫度(dù)轉換成數(shu)字量，再送(song)給微控制(zhì)器作數據(ju)處理。最後(hòu)将測量結(jie)果傳輸給(gěi)網絡，以便(bian)實現各傳(chuán)感器之間(jian)、傳感器與(yu)執行器之(zhi)間、傳感器(qì)與系統之(zhī)間的數據(jù)交換及資(zi)源共享，在(zài)更換傳感(gan)器時無須(xu)進行标定(dìng)和校準，可(ke)做到“即插(chā)即用(Plug&PlAy)”，這樣(yàng)就極大地(di)方便了用(yòng)戶。

2.6單片測(ce)溫系統
單(dan)片系統(System On Chip)是(shi)21世紀一項(xiàng)高新科技(jì)産品。它是(shi)在芯片上(shang)集成一個(ge)系統或子(zi)系統，其集(ji)成度将高(gao)達108~109元件/片(piàn)，這将給IC産(chǎn)業及IC應用(yong)帶來劃時(shí)代的進步(bu)。半導體工(gōng)業協會(SIA)對(duì)單片系統(tong)集成所作(zuò)的預測見(jiàn)表1。目前，國(guó)際上一些(xie)著名的IC廠(chang)家已開始(shi)研制單片(pian)測溫系統(tong)，相信在不(bu)久的将來(lai)即可面市(shì)。

表1單片系(xi)統集成電(dian)路的發展(zhǎn)預測
年 份(fèn) 2001 2002 2007 2010
最小線寬(kuān)/um 0.18 0.13 0.1 0.07
包含晶體(ti)管數量/片(piàn) 1.3X108 2.5X108 5X108 9X108
成本/(晶體(ti)管/毫美分(fen)) 0.2 0.1 0.05 0.02
芯片尺寸(cun)/mm2 750 900 1100 1400
電源電壓(yā)/V 1.8 1.5 1.2 0.9
新片I/O數 2000 2600 3600 4800