現代信(xin)息技術的三(sān)大基礎是信(xìn)息采集(即傳(chuán)感器技術)、信(xin)息傳輸(通信(xìn)技術)和信息(xī)處理(計算機(jī)技術)。傳感器(qi)屬于信息技(ji)術的前沿尖(jian)端産品，尤其(qí)是溫度傳感(gǎn)器被廣泛用(yong)于工農業生(sheng)産、科學研究(jiu)和生活等領(ling)域，數量高居(jū)各種傳感器(qi)之首。近百年(nián)來，溫度傳感(gǎn)器的發展大(da)緻經曆了以(yǐ)下三個階段(duàn)；(1)傳統的分立(li)式溫度傳感(gan)器(含敏感元(yuan)件)；(2)模拟集成(chéng)溫度傳感器(qi)／控制器；(3)智能(neng)溫度傳感器(qì)。目前，國際上(shàng)新型溫度傳(chuán)感器正從模(mó)拟式向數字(zì)式、由集成化(huà)向智能化、網(wang)絡化的方向(xiang)發展。

１集成溫(wēn)度傳感器的(de)産品分類
1.1模(mo)拟集成溫度(du)傳感器
集成(chéng)傳感器是采(cai)用矽半導體(ti)集成工藝而(ér)制成的，因此(cǐ)亦稱矽傳感(gǎn)器或單片集(jí)成溫度傳感(gan)器。模拟集成(cheng)溫度傳感器(qì)是在20世紀80年(nian)代問世的，它(tā)是将溫度傳(chuan)感器集成在(zai)一個芯片上(shàng)、可完成溫度(dù)測量及模拟(ni)信号輸出功(gōng)能的專用IC。模(mó)拟集成溫度(du)傳感器的主(zhu)要特點是功(gōng)能單一(僅測(cè)量溫度)、測溫(wen)誤差小、價格(gé)低、響應速度(du)快、傳輸距離(li)遠、體積小、微(wēi)功耗等，适合(hé)遠距離測溫(wen)、控溫，不需要(yao)進行非線性(xing)校準，外圍電(dian)路簡單。它是(shi)目前在國内(nèi)外應用爲普(pǔ)遍的一種集(ji)成傳感器，典(dian)型産品有AD590、AD592、TMP17、LM135等(děng)。

1.2模拟集成溫(wen)度控制器
模(mo)拟集成溫度(dù)控制器主要(yao)包括溫控開(kai)關、可編程溫(wēn)度控制器，典(diǎn)型産品有LM56、AD22105和(he)MAX6509。某些增強型(xing)集成溫度控(kòng)制器(例如TC652/653)中(zhong)還包含了A/D轉(zhuǎn)換器以及固(gu)化好的程序(xù)，這與智能溫(wēn)度傳感器有(you)某些相似之(zhi)處。但它自成(cheng)系統，工作時(shi)并不受微處(chù)理器的控制(zhi)，這是二者的(de)主要區别。

1.3智(zhi)能溫度傳感(gǎn)器
智能溫度(du)傳感器(亦稱(cheng)數字溫度傳(chuán)感器)是在20世(shi)紀90年代中期(qī)問世的。它是(shi)微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和自動測試(shi)技術(ATE)的結晶(jing)。目前，國際上(shang)已開發出多(duō)種智能溫度(du)傳感器系列(liè)産品。智能溫(wēn)度傳感器内(nei)部都包含溫(wēn)度傳感器、A/D轉(zhuan)換器、信号處(chù)理器、存儲器(qì)(或寄存器)和(he)接口電路。有(yǒu)的産品還帶(dai)多路選擇器(qì)、中央控制器(qì)(cpu)、随機存取存(cún)儲器(RAM)和隻讀(dú)存儲器(ROM)。智能(neng)溫度傳感器(qì)的特點是能(neng)輸出溫度數(shu)據及相關的(de)溫度控制量(liàng)，适配各種微(wei)控制器(MCU)；并且(qiě)它是在硬件(jiàn)的基礎上通(tōng)過軟件來實(shi)現測試功能(néng)的，其智能化(hua)程度也取決(jue)于軟件的開(kāi)發水平。

2智能(neng)溫度傳感器(qi)發展的新趨(qu)勢
進入21世紀(jì)後，智能溫度(dù)傳感器正朝(chao)着高精度、多(duō)功能、總線标(biao)準化、高可靠(kao)性及安全性(xing)、開發虛拟傳(chuan)感器和網絡(luo)傳感器、研制(zhi)單片測溫系(xi)統等高科技(ji)的方向迅速(su)發展。

2.1提高測(ce)溫精度和分(fèn)辨力
在20世紀(ji)90年代中期早(zao)推出的智能(neng)溫度傳感器(qi)，采用的是8位(wei)A/D轉換器，其測(ce)溫精度較低(dī)，分辨力隻能(neng)達到1°C。目前，國(guo)外已相繼推(tuī)出多種高精(jing)度、高分辨力(li)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(yi)般可達0.5~0.0625°C。由美(měi)國DALLAS半導體公(gōng)司新研制的(de)DS1624型高分辨力(li)智能溫度傳(chuan)感器，能輸出(chū)13位二進制數(shu)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(gǎn)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(xíng)5通道智能溫(wen)度傳感篇例(lì)，它對本地傳(chuán)感器、每一路(lu)遠程傳感器(qi)的轉換時間(jiān)分别僅爲27us、9us。

2.2增(zeng)加測試功能(neng)
新型智能溫(wēn)度傳感器的(de)測試功能也(yě)在不斷增強(qiáng)。例如，DS1629型單線(xiàn)智能溫度傳(chuán)感器增加了(le)實時日曆時(shí)鍾（RTC），使其功能(neng)更加完善。DS1624還(hái)增加了存儲(chǔ)功能，利用芯(xīn)片内部256字節(jiē)的E2PROM存儲器，可(kě)存儲用戶的(de)短信息。另外(wai)，智能溫度傳(chuan)感器正從單(dan)通道向多通(tōng)道的方向發(fā)展，這就爲研(yán)制和開發多(duō)路溫度測控(kòng)系統創造了(le)良好條件。?br>

智(zhi)能溫度傳感(gan)器都具有多(duō)種工作模式(shi)可供選擇，主(zhǔ)要包括單次(cì)轉換模式、連(lián)續轉換模式(shì)、待機模式，有(yǒu)的還增加了(le)低溫極限擴(kuò)展模式，操作(zuo)非常簡便。對(duì)某些智能溫(wēn)度傳感器而(ér)言，主機(外部(bù)微處理器或(huò)單片機)還可(ke)通過相應的(de)寄存器來設(shè)定其A/D轉換速(su)率(典型産品(pin)爲MAX6654)，分辨力及(jí)大轉換時間(jiān)(典型産品爲(wèi)DS1624)。

能溫度控制(zhi)器是在智能(néng)溫度傳感器(qi)的基礎上發(fa)展而成的。典(dian)型産品有DS1620、DS1623、TCN75、LM76、MAX6625。智(zhì)能溫度控制(zhi)器适配各種(zhong)微控制器，構(gou)成智能化溫(wēn)控系統；它們(men)還可以脫離(li)微控制器單(dan)獨工作，自行(háng)構成一個溫(wēn)控儀。

2.3總線技(jì)術的标準化(hua)與規範化
目(mu)前，智能溫度(du)傳感器的總(zǒng)線技術也實(shí)現了标準化(hua)、規範化，所采(cǎi)用的總線主(zhǔ)要有單線(1-Wire)總(zǒng)線、I2C總線、SMBus總線(xiàn)和spI總線。溫度(dù)傳感器轉從(cong)機可通過專(zhuān)用總線接口(kǒu)與主機進行(háng)通信。

2.4可靠性(xìng)及安全性設(shè)計
傳統的A/D轉(zhuǎn)換器大多采(cai)用積分式或(huò)逐次比較式(shi)轉換技術，其(qi)噪聲容限低(dī)，抑制混疊噪(zao)聲及量化噪(zào)聲的能力比(bi)較差。新型智(zhì)能溫度傳感(gan)器(例如TMP12/15、LM74、LM83)普遍(biàn)采用了高性(xing)能的Σ－Δ式A／Ｄ轉換(huàn)器，它能以很(hěn)高的采樣速(su)率和很低的(de)采樣分辨力(li)将模拟信号(hao)轉換成數字(zì)信号，再利用(yong)過采樣、噪聲(sheng)整形和數字(zì)濾波技術，來(lái)提高有效分(fen)辨力。Σ－Δ式A／D轉換(huan)器不僅能濾(lǜ)除量化噪聲(sheng)，而且對外圍(wei)元件的精度(du)要求低；由于(yú)采用了數字(zi)反饋方式，因(yin)此比較器的(de)失調電壓及(ji)零點漂移都(dou)不會影響溫(wēn)度的轉換精(jing)度。這種智能(neng)溫度傳感器(qi)兼有抑制串(chuan)模幹擾能力(li)強、分辨力高(gao)、線性度好、成(chéng)本低等優點(dian)。

爲了避免在(zai)溫控系統受(shou)到噪聲幹擾(rao)時産生誤動(dòng)作，在AD7416/7417/7817、LM75／76、MAX6625／6626等智能(néng)溫度傳感器(qi)的内部，都設(shè)置了一個可(kě)編程的“故障(zhang)排隊(fAultqueue)”計數器(qi)，專用于設定(dìng)允許被測溫(wēn)度值超過上(shàng)、下限的次數(shù)。僅當被測溫(wen)度連續超過(guò)上限或低于(yú)下限的次數(shù)達到或超過(guo)所設定的次(cì)數n(n=1~4)時，才能觸(chu)發中斷端。若(ruo)故障次數不(bu)滿足上述條(tiáo)件或故障不(bú)是連續發生(sheng)的，故障計數(shu)器就複位而(er)不會觸發中(zhōng)斷端。這意味(wei)着假定n=3時，那(na)麽偶然受到(dao)一次或兩次(ci)噪聲幹擾，都(dou)不會影響溫(wēn)控系統的正(zheng)常工作。

LM76型智(zhi)能溫度傳感(gǎn)器增加了溫(wen)度窗口比較(jiào)器，非常适合(he)設計一個符(fú)合ACPI(AdvAnced ConfigurAtion And Power InterfAce，即“先進配(pèi)置與電源接(jiē)口”)規範的溫(wen)控系統。這種(zhǒng)系統具有完(wan)善的過熱保(bǎo)護功能，可用(yòng)來監控筆記(jì)本電腦和服(fu)務器中CPU及主(zhǔ)電路的溫度(dù)。微處理器高(gao)可承受的工(gong)茁度規定爲(wèi)tH，台式計算機(jī)一般爲75°C，高檔(dang)筆記本電腦(nǎo)的專用CPU可達(da)100°C。一旦CPU或主電(diàn)路的溫度超(chāo)出所設定的(de)上、下限時， INT端(duān)立即使主機(jī)産生中斷，再(zai)通過電源控(kong)制器發出信(xìn)号，迅速将主(zhu)電源關斷起(qi)到保護作用(yong)。此外，當溫度(dù)超過CPU的極限(xian)溫度時，嚴重(zhòng)超溫報警輸(shu)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(guān)斷電路來切(qie)斷主電源，以(yi)防主電源控(kong)制失靈。上述(shù)三重安全性(xing)保護措施已(yi)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(diàn)(ESD)而損壞芯片(piàn)。一些智能溫(wēn)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(tōng)常是将人體(tǐ)等效于由100PF電(dian)容和1.2K歐姆電(diàn)阻串聯而成(chéng)的電路模型(xing)，當人體放電(diàn)時，TCN75型智能溫(wēn)度傳感器的(de)串行接口端(duān)、中斷／比較器(qi)信号輸出端(duān)和地址輸入(rù)端均可承受(shòu)1000V的靜電放電(dian)電壓。LM83型智能(néng)溫度傳感器(qì)則可承受4000V的(de)靜電放電電(diàn)壓。

新開發的(de)智能溫度傳(chuán)感器(例如MAX6654、LM83)還(hai)增加了傳感(gǎn)器故障檢測(ce)功能，能自動(dong)檢測外部晶(jīng)體管溫度傳(chuán)感器(亦稱遠(yuan)程傳感器)的(de)開路或短路(lu)故障。MAX6654還具有(yǒu)選擇“寄生阻(zu)抗抵消”(PArAsitic ResistAnce CAncellAtion，英文(wén)縮寫爲prc)模式(shì)，能抵消遠程(cheng)傳感器引線(xian)阻抗所引起(qi)的測溫誤差(chà)，即使引線阻(zu)抗達到100歐姆(mǔ)，也不會影響(xiǎng)測量精度。遠(yuǎn)程傳感器引(yin)線可采用普(pǔ)通雙絞線或(huò)者帶屏蔽層(ceng)的雙絞線。

2.5虛(xū)拟溫度傳感(gan)器和網絡溫(wēn)度傳感器
(1)虛(xu)拟傳感器
虛(xu)拟傳感器是(shì)基于傳感器(qi)硬件和計算(suan)機平台、并通(tōng)過軟件開發(fa)而成的。利用(yòng)軟件可完成(cheng)傳感器的标(biāo)定及校準，以(yi)實現佳性能(neng)指标。近，美國(guó)Ｂ＆Ｋ公司已開發(fā)出一種基于(yu)軟件設置的(de)TEDS型虛拟傳感(gan)器，其主要特(te)點是每隻傳(chuán)感器都有唯(wei)一的産品序(xu)列号并且附(fu)帶一張軟盤(pan)，軟盤上存儲(chǔ)着對該傳感(gan)器進行标定(dìng)的有關數據(ju)。使用時，傳感(gǎn)器通過數據(jù)采集器接至(zhi)計算機，首先(xiān)從計算機輸(shu)入該傳感器(qi)的産品序列(lie)号，再從軟盤(pán)上讀出有關(guan)數據，然後自(zì)動完成對傳(chuan)感器的檢查(chá)、傳感器參數(shù)的讀取、傳感(gǎn)器設置和記(jì)錄工作。

(2)網絡(luò)溫度傳感器(qi)
網絡溫度傳(chuan)感器是包含(hán)數字傳感器(qi)、網絡接口和(hé)處理單元的(de)新一代智能(neng)傳感器。數字(zì)傳感器首先(xian)将被測溫度(dù)轉換成數字(zi)量，再送給微(wēi)控制器作數(shù)據處理。後将(jiāng)測量結果傳(chuán)輸給網絡，以(yi)便實現各傳(chuan)感器之間、傳(chuan)感器與執行(hang)器之間、傳感(gǎn)器與系統之(zhī)間的數據交(jiao)換及資源共(gòng)享，在更換傳(chuan)感器時無須(xu)進行标定和(he)校準，可做到(dao)“即插即用(Plug&PlAy)”，這(zhè)樣就極大地(dì)方便了用戶(hu)。

2.6單片測溫系(xì)統
單片系統(tǒng)(System On Chip)是21世紀一項(xiàng)高新科技産(chan)品。它是在芯(xin)片上集成一(yi)個系統或子(zi)系統，其集成(cheng)度将高達108~109元(yuan)件/片，這将給(gei)IC産業及IC應用(yòng)帶來劃時代(dai)的進步。半導(dǎo)體工業協會(huì)(SIA)對單片系統(tong)集成所作的(de)預測見表1。目(mu)前，國際上一(yi)些著名的IC廠(chang)家已開始研(yan)制單片測溫(wēn)系統，相信在(zài)不久的将來(lai)即可面市。

表(biǎo)1單片系統集(ji)成電路的發(fā)展預測
年 份(fèn) 2001 2002 2007 2010
小線寬/um 0.18 0.13 0.1 0.07
包含(hán)晶體管數量(liàng)/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(yuán)電壓/V 1.8 1.5 1.2 0.9
新片I/O數(shu) 2000 2600 3600 4800