現代信(xìn)息技術(shu)的三大(da)基礎是(shì)信息采(cai)集(即傳(chuán)感器技(ji)術)、信息(xi)傳輸(通(tōng)信技術(shù))和信息(xi)處理(計(jì)算機技(ji)術)。傳感(gan)器屬于(yú)信息技(jì)術的前(qián)沿尖端(duān)産品，尤(you)其是溫(wen)度傳感(gǎn)器被廣(guǎng)泛用于(yú)工農業(yè)生産、科(kē)學研究(jiu)和生活(huó)等領域(yù)，數量高(gāo)居各種(zhong)傳感器(qì)之首。近(jin)百年來(lái)，溫度傳(chuán)感器的(de)發展大(dà)緻經曆(li)了以下(xia)三個階(jie)段；(1)傳統(tong)的分立(lì)式溫度(du)傳感器(qì)(含敏感(gan)元件)；(2)模(mo)拟集成(cheng)溫度傳(chuán)感器／控(kòng)制器；(3)智(zhi)能溫度(du)傳感器(qi)。目前，國(guó)際上新(xīn)型溫度(du)傳感器(qì)正從模(mó)拟式向(xiàng)數字式(shi)、由集成(cheng)化向智(zhì)能化、網(wǎng)絡化的(de)方向發(fa)展。

１集成(chéng)溫度傳(chuán)感器的(de)産品分(fen)類
1.1模拟(nǐ)集成溫(wen)度傳感(gan)器
集成(cheng)傳感器(qi)是采用(yong)矽半導(dǎo)體集成(cheng)工藝而(ér)制成的(de)，因此亦(yì)稱矽傳(chuán)感器或(huò)單片集(jí)成溫度(du)傳感器(qì)。模拟集(jí)成溫度(du)傳感器(qì)是在20世(shi)紀80年代(dai)問世的(de)，它是将(jiang)溫度傳(chuan)感器集(jí)成在一(yi)個芯片(pian)上、可完(wan)成溫度(dù)測量及(ji)模拟信(xin)号輸出(chū)功能的(de)專用IC。模(mo)拟集成(cheng)溫度傳(chuán)感器的(de)主要特(tè)點是功(gōng)能單一(yī)(僅測量(liang)溫度)、測(ce)溫誤差(cha)小、價格(ge)低、響應(ying)速度快(kuài)、傳輸距(jù)離遠、體(tǐ)積小、微(wēi)功耗等(deng)，适合遠(yuǎn)距離測(ce)溫、控溫(wēn)，不需要(yao)進行非(fēi)線性校(xiao)準，外圍(wéi)電路簡(jian)單。它是(shi)目前在(zài)國内外(wài)應用最(zui)爲普遍(bian)的一種(zhǒng)集成傳(chuán)感器，典(diǎn)型産品(pǐn)有AD590、AD592、TMP17、LM135等。

1.2模(mo)拟集成(cheng)溫度控(kòng)制器
模(mó)拟集成(chéng)溫度控(kòng)制器主(zhu)要包括(kuò)溫控開(kai)關、可編(bian)程溫度(du)控制器(qi)，典型産(chan)品有LM56、AD22105和(hé)MAX6509。某些增(zēng)強型集(jí)成溫度(dù)控制器(qi)(例如TC652/653)中(zhong)還包含(han)了A/D轉換(huàn)器以及(ji)固化好(hǎo)的程序(xù)，這與智(zhi)能溫度(du)傳感器(qì)有某些(xiē)相似之(zhī)處。但它(tā)自成系(xì)統，工作(zuò)時并不(bu)受微處(chu)理器的(de)控制，這(zhè)是二者(zhě)的主要(yao)區别。

1.3智(zhi)能溫度(dù)傳感器(qi)
智能溫(wen)度傳感(gan)器(亦稱(chēng)數字溫(wēn)度傳感(gǎn)器)是在(zài)20世紀90年(nián)代中期(qī)問世的(de)。它是微(wēi)電子技(ji)術、計算(suan)機技術(shù)和自動(dòng)測試技(jì)術(ATE)的結(jie)晶。目前(qian)，國際上(shang)已開發(fā)出多種(zhong)智能溫(wen)度傳感(gǎn)器系列(liè)産品。智(zhì)能溫度(dù)傳感器(qì)内部都(dōu)包含溫(wēn)度傳感(gan)器、A/D轉換(huàn)器、信号(hao)處理器(qì)、存儲器(qi)(或寄存(cun)器)和接(jie)口電路(lù)。有的産(chǎn)品還帶(dài)多路選(xuǎn)擇器、中(zhong)央控制(zhi)器(cpu)、随機(ji)存取存(cún)儲器(RAM)和(hé)隻讀存(cún)儲器(ROM)。智(zhi)能溫度(du)傳感器(qi)的特點(dian)是能輸(shu)出溫度(dù)數據及(ji)相關的(de)溫度控(kong)制量，适(shi)配各種(zhong)微控制(zhì)器(MCU)；并且(qie)它是在(zai)硬件的(de)基礎上(shang)通過軟(ruan)件來實(shi)現測試(shi)功能的(de)，其智能(neng)化程度(du)也取決(jue)于軟件(jian)的開發(fā)水平。

2智(zhi)能溫度(dù)傳感器(qi)發展的(de)新趨勢(shi)
進入21世(shì)紀後，智(zhì)能溫度(du)傳感器(qì)正朝着(zhe)高精度(dù)、多功能(neng)、總線标(biao)準化、高(gāo)可靠性(xing)及安全(quán)性、開發(fā)虛拟傳(chuán)感器和(hé)網絡傳(chuán)感器、研(yán)制單片(piàn)測溫系(xì)統等高(gāo)科技的(de)方向迅(xùn)速發展(zhan)。

2.1提高測(ce)溫精度(dù)和分辨(biàn)力
在20世(shì)紀90年代(dai)中期最(zui)早推出(chu)的智能(neng)溫度傳(chuan)感器，采(cǎi)用的是(shì)8位A/D轉換(huan)器，其測(cè)溫精度(dù)較低，分(fen)辨力隻(zhi)能達到(dào)1°C。目前，國(guó)外已相(xiang)繼推出(chu)多種高(gao)精度、高(gao)分辨力(li)的智能(neng)溫度傳(chuan)感器，所(suo)用的是(shì)9~12位A/D轉換(huan)器，分辨(biàn)力一般(ban)可達0.5~0.0625°C。由(you)美國DALLAS半(bàn)導體公(gōng)司新研(yán)制的DS1624型(xing)高分辨(biàn)力智能(neng)溫度傳(chuán)感器，能(néng)輸出13位(wei)二進制(zhi)數據，其(qí)分辨力(li)高達0.03125°C，測(cè)溫精度(dù)爲±0.2°C。爲了(le)提高多(duo)通道智(zhi)能溫度(du)傳感器(qì)的轉換(huàn)速率，也(ye)有的芯(xīn)片采用(yong)高速逐(zhu)次逼近(jin)式A/D轉換(huan)器。以AD7817型(xíng)5通道智(zhi)能溫度(du)傳感器(qi)爲例，它(ta)對本地(dì)傳感器(qi)、每一路(lù)遠程傳(chuan)感器的(de)轉換時(shí)間分别(bie)僅爲27us、9us。

2.2增(zēng)加測試(shì)功能
新(xīn)型智能(neng)溫度傳(chuán)感器的(de)測試功(gong)能也在(zài)不斷增(zeng)強。例如(rú)，DS1629型單線(xiàn)智能溫(wen)度傳感(gan)器增加(jia)了實時(shí)日曆時(shí)鍾（RTC），使其(qí)功能更(gèng)加完善(shan)。DS1624還增加(jiā)了存儲(chu)功能，利(lì)用芯片(pian)内部256字(zi)節的E2PROM存(cun)儲器，可(ke)存儲用(yong)戶的短(duan)信息。另(ling)外，智能(neng)溫度傳(chuán)感器正(zhèng)從單通(tong)道向多(duō)通道的(de)方向發(fā)展，這就(jiù)爲研制(zhi)和開發(fā)多路溫(wēn)度測控(kòng)系統創(chuang)造了良(liáng)好條件(jian)。?br>

智能溫(wēn)度傳感(gǎn)器都具(ju)有多種(zhǒng)工作模(mo)式可供(gong)選擇，主(zhǔ)要包括(kuo)單次轉(zhuan)換模式(shi)、連續轉(zhuǎn)換模式(shi)、待機模(mó)式，有的(de)還增加(jiā)了低溫(wēn)極限擴(kuo)展模式(shi)，操作非(fēi)常簡便(bian)。對某些(xie)智能溫(wen)度傳感(gan)器而言(yán)，主機(外(wài)部微處(chù)理器或(huò)單片機(ji))還可通(tong)過相應(ying)的寄存(cun)器來設(shè)定其A/D轉(zhuan)換速率(lü)(典型産(chǎn)品爲MAX6654)，分(fèn)辨力及(jí)最大轉(zhuan)換時間(jiān)(典型産(chan)品爲DS1624)。

能(néng)溫度控(kòng)制器是(shì)在智能(néng)溫度傳(chuán)感器的(de)基礎上(shang)發展而(er)成的。典(dian)型産品(pǐn)有DS1620、DS1623、TCN75、LM76、MAX6625。智能(neng)溫度控(kòng)制器适(shi)配各種(zhong)微控制(zhì)器，構成(chéng)智能化(hua)溫控系(xì)統；它們(men)還可以(yǐ)脫離微(wēi)控制器(qi)單獨工(gōng)作，自行(háng)構成一(yi)個溫控(kong)儀。

2.3總線(xian)技術的(de)标準化(hua)與規範(fan)化
目前(qián)，智能溫(wen)度傳感(gǎn)器的總(zǒng)線技術(shu)也實現(xian)了标準(zhǔn)化、規範(fàn)化，所采(cǎi)用的總(zong)線主要(yào)有單線(xiàn)(1-Wire)總線、I2C總(zong)線、SMBus總線(xiàn)和spI總線(xiàn)。溫度傳(chuán)感器作(zuò)爲從機(ji)可通過(guò)專用總(zǒng)線接口(kou)與主機(ji)進行通(tōng)信。

2.4可靠(kao)性及安(ān)全性設(she)計
傳統(tǒng)的A/D轉換(huan)器大多(duō)采用積(ji)分式或(huo)逐次比(bi)較式轉(zhuan)換技術(shù)，其噪聲(sheng)容限低(di)，抑制混(hun)疊噪聲(shēng)及量化(hua)噪聲的(de)能力比(bi)較差。新(xin)型智能(néng)溫度傳(chuán)感器(例(lì)如TMP12/15、LM74、LM83)普遍(bian)采用了(le)高性能(néng)的Σ－Δ式A／Ｄ轉(zhuǎn)換器，它(tā)能以很(hen)高的采(cǎi)樣速率(lǜ)和很低(dī)的采樣(yàng)分辨力(lì)将模拟(ni)信号轉(zhuǎn)換成數(shù)字信号(hào)，再利用(yong)過采樣(yang)、噪聲整(zhěng)形和數(shù)字濾波(bō)技術，來(lai)提高有(you)效分辨(biàn)力。Σ－Δ式A／D轉(zhuan)換器不(bu)僅能濾(lǜ)除量化(huà)噪聲，而(ér)且對外(wài)圍元件(jiàn)的精度(dù)要求低(di)；由于采(cǎi)用了數(shu)字反饋(kui)方式，因(yin)此比較(jiào)器的失(shī)調電壓(yā)及零點(dian)漂移都(dou)不會影(yǐng)響溫度(du)的轉換(huàn)精度。這(zhe)種智能(neng)溫度傳(chuán)感器兼(jian)有抑制(zhi)串模幹(gàn)擾能力(li)強、分辨(biàn)力高、線(xian)性度好(hǎo)、成本低(di)等優點(dian)。

爲了避(bì)免在溫(wēn)控系統(tǒng)受到噪(zao)聲幹擾(rao)時産生(shēng)誤動作(zuo)，在AD7416/7417/7817、LM75／76、MAX6625／6626等智(zhi)能溫度(du)傳感器(qi)的内部(bù)，都設置(zhì)了一個(ge)可編程(chéng)的“故障(zhàng)排隊(fAultqueue)”計(jì)數器，專(zhuan)用于設(she)定允許(xu)被測溫(wen)度值超(chāo)過上、下(xià)限的次(ci)數。僅當(dang)被測溫(wēn)度連續(xù)超過上(shang)限或低(di)于下限(xiàn)的次數(shu)達到或(huo)超過所(suo)設定的(de)次數n(n=1~4)時(shí)，才能觸(chù)發中斷(duan)端。若故(gù)障次數(shù)不滿足(zú)上述條(tiáo)件或故(gu)障不是(shì)連續發(fā)生的，故(gu)障計數(shù)器就複(fú)位而不(bú)會觸發(fa)中斷端(duān)。這意味(wèi)着假定(dìng)n=3時，那麽(me)偶然受(shòu)到一次(ci)或兩次(cì)噪聲幹(gàn)擾，都不(bú)會影響(xiang)溫控系(xì)統的正(zhèng)常工作(zuo)。

LM76型智能(neng)溫度傳(chuan)感器增(zeng)加了溫(wēn)度窗口(kǒu)比較器(qì)，非常适(shì)合設計(jì)一個符(fú)合ACPI(AdvAnced ConfigurAtion And Power InterfAce，即“先(xiān)進配置(zhi)與電源(yuán)接口”)規(gui)範的溫(wen)控系統(tong)。這種系(xì)統具有(you)完善的(de)過熱保(bǎo)護功能(néng)，可用來(lái)監控筆(bi)記本電(diàn)腦和服(fu)務器中(zhōng)CPU及主電(diàn)路的溫(wēn)度。微處(chu)理器最(zui)高可承(cheng)受的工(gōng)作溫度(du)規定爲(wei)tH，台式計(ji)算機一(yi)般爲75°C，高(gao)檔筆記(ji)本電腦(nǎo)的專用(yòng)CPU可達100°C。一(yi)旦CPU或主(zhu)電路的(de)溫度超(chāo)出所設(shè)定的上(shàng)、下限時(shí)， INT端立即(jí)使主機(jī)産生中(zhōng)斷，再通(tōng)過電源(yuán)控制器(qi)發出信(xìn)号，迅速(su)将主電(diàn)源關斷(duàn)起到保(bǎo)護作用(yong)。此外，當(dāng)溫度超(chāo)過CPU的極(ji)限溫度(du)時，嚴重(zhòng)超溫報(bao)警輸出(chū)端(T_CRIT_A)也能(neng)直接關(guan)斷主電(diàn)源，并且(qiě)該端還(hái)可通過(guo)獨立的(de)硬件關(guan)斷電路(lu)來切斷(duan)主電源(yuán)，以防主(zhǔ)電源控(kòng)制失靈(ling)。上述三(san)重安全(quán)性保護(hu)措施已(yi)成爲國(guo)際上設(shè)計溫控(kong)系統的(de)新觀念(niàn)。

爲防止(zhǐ)因人體(tǐ)靜電放(fàng)電(ESD)而損(sǔn)壞芯片(piàn)。一些智(zhì)能溫度(dù)傳感器(qi)還增加(jiā)了ESD保護(hu)電路，一(yī)般可承(chéng)受1000~4000V的靜(jìng)電放電(diàn)電壓。通(tōng)常是将(jiang)人體等(děng)效于由(yóu)100PF電容和(hé)1.2K歐姆電(diàn)阻串聯(lián)而成的(de)電路模(mó)型，當人(rén)體放電(dian)時，TCN75型智(zhì)能溫度(dù)傳感器(qì)的串行(háng)接口端(duān)、中斷／比(bi)較器信(xin)号輸出(chu)端和地(dì)址輸入(rù)端均可(kě)承受1000V的(de)靜電放(fàng)電電壓(ya)。LM83型智能(néng)溫度傳(chuán)感器則(ze)可承受(shòu)4000V的靜電(dian)放電電(diàn)壓。

最新(xin)開發的(de)智能溫(wen)度傳感(gǎn)器(例如(ru)MAX6654、LM83)還增加(jiā)了傳感(gǎn)器故障(zhang)檢測功(gōng)能，能自(zi)動檢測(ce)外部晶(jīng)體管溫(wēn)度傳感(gǎn)器(亦稱(chēng)遠程傳(chuán)感器)的(de)開路或(huo)短路故(gù)障。MAX6654還具(jù)有選擇(zé)“寄生阻(zǔ)抗抵消(xiao)”(PArAsitic ResistAnce CAncellAtion，英文縮(suo)寫爲prc)模(mó)式，能抵(di)消遠程(cheng)傳感器(qì)引線阻(zu)抗所引(yin)起的測(cè)溫誤差(cha)，即使引(yin)線阻抗(kàng)達到100歐(ou)姆，也不(bú)會影響(xiang)測量精(jing)度。遠程(chéng)傳感器(qì)引線可(ke)采用普(pǔ)通雙絞(jiǎo)線或者(zhě)帶屏蔽(bì)層的雙(shuāng)絞線。

2.5虛(xū)拟溫度(du)傳感器(qì)和網絡(luo)溫度傳(chuan)感器
(1)虛(xū)拟傳感(gǎn)器
虛拟(ni)傳感器(qi)是基于(yu)傳感器(qi)硬件和(he)計算機(jī)平台、并(bing)通過軟(ruǎn)件開發(fa)而成的(de)。利用軟(ruǎn)件可完(wan)成傳感(gan)器的标(biao)定及校(xiao)準，以實(shi)現最佳(jia)性能指(zhǐ)标。最近(jìn)，美國Ｂ＆Ｋ公(gong)司已開(kai)發出一(yi)種基于(yu)軟件設(shè)置的TEDS型(xíng)虛拟傳(chuan)感器，其(qi)主要特(tè)點是每(mei)隻傳感(gan)器都有(you)唯一的(de)産品序(xu)列号并(bing)且附帶(dài)一張軟(ruǎn)盤，軟盤(pan)上存儲(chu)着對該(gāi)傳感器(qì)進行标(biao)定的有(you)關數據(jù)。使用時(shí)，傳感器(qi)通過數(shù)據采集(ji)器接至(zhì)計算機(ji)，首先從(cong)計算機(jī)輸入該(gāi)傳感器(qi)的産品(pǐn)序列号(hào)，再從軟(ruan)盤上讀(dú)出有關(guan)數據，然(rán)後自動(dong)完成對(dui)傳感器(qi)的檢查(chá)、傳感器(qi)參數的(de)讀取、傳(chuán)感器設(shè)置和記(jì)錄工作(zuo)。

(2)網絡溫(wēn)度傳感(gǎn)器
網絡(luò)溫度傳(chuán)感器是(shi)包含數(shù)字傳感(gan)器、網絡(luò)接口和(hé)處理單(dan)元的新(xīn)一代智(zhi)能傳感(gǎn)器。數字(zì)傳感器(qi)首先将(jiang)被測溫(wēn)度轉換(huan)成數字(zi)量，再送(sòng)給微控(kòng)制器作(zuo)數據處(chù)理。最後(hòu)将測量(liang)結果傳(chuan)輸給網(wang)絡，以便(biàn)實現各(gè)傳感器(qi)之間、傳(chuán)感器與(yǔ)執行器(qì)之間、傳(chuán)感器與(yǔ)系統之(zhi)間的數(shù)據交換(huàn)及資源(yuán)共享，在(zai)更換傳(chuan)感器時(shí)無須進(jin)行标定(dìng)和校準(zhǔn)，可做到(dào)“即插即(ji)用(Plug&PlAy)”，這樣(yàng)就極大(dà)地方便(bian)了用戶(hu)。

2.6單片測(cè)溫系統(tǒng)
單片系(xi)統(System On Chip)是21世(shi)紀一項(xiàng)高新科(ke)技産品(pin)。它是在(zài)芯片上(shàng)集成一(yi)個系統(tǒng)或子系(xi)統，其集(ji)成度将(jiāng)高達108~109元(yuan)件/片，這(zhè)将給IC産(chan)業及IC應(yīng)用帶來(lai)劃時代(dài)的進步(bù)。半導體(ti)工業協(xie)會(SIA)對單(dān)片系統(tǒng)集成所(suo)作的預(yu)測見表(biao)1。目前，國(guo)際上一(yī)些著名(ming)的IC廠家(jiā)已開始(shǐ)研制單(dān)片測溫(wen)系統，相(xiang)信在不(bu)久的将(jiāng)來即可(ke)面市。

表(biao)1單片系(xi)統集成(cheng)電路的(de)發展預(yu)測
年 份(fèn) 2001 2002 2007 2010
最小線(xian)寬/um 0.18 0.13 0.1 0.07
包含(hán)晶體管(guǎn)數量/片(pian) 1.3X108 2.5X108 5X108 9X108
成本/(晶(jing)體管/毫(háo)美分) 0.2 0.1 0.05 0.02
芯(xin)片尺寸(cùn)/mm2 750 900 1100 1400
電源電(dian)壓/V 1.8 1.5 1.2 0.9
新片(pian)I/O數 2000 2600 3600 4800