現代(dài)信息技術的(de)三大基礎是(shì)信息采集(即(ji)傳感器技術(shu))、信息傳輸(通(tōng)信技術)和信(xìn)息處理(計算(suàn)機技術)。傳感(gan)器屬于信息(xi)技術的前沿(yán)尖端産品，尤(yóu)其是溫度傳(chuán)感器被廣泛(fàn)用于工農業(yè)生産、科學研(yán)究和生活等(děng)領域，數量高(gāo)居各種傳感(gǎn)器之首。近百(bǎi)年來，溫度傳(chuán)感器的發展(zhan)大緻經曆了(le)以下三個階(jie)段；(1)傳統的分(fèn)立式溫度傳(chuán)感器(含敏感(gan)元件)；(2)模拟集(jí)成溫度傳感(gan)器／控制器；(3)智(zhì)能溫度傳感(gǎn)器。目前，國際(jì)上新型溫度(dù)傳感器正從(cóng)模拟式向數(shù)字式、由集成(cheng)化向智能化(hua)、網絡化的方(fāng)向發展。

１集成(cheng)溫度傳感器(qì)的産品分類(lei)
1.1模拟集成溫(wēn)度傳感器
集(jí)成傳感器是(shì)采用矽半導(dao)體集成工藝(yì)而制成的，因(yīn)此亦稱矽傳(chuan)感器或單片(pian)集成溫度傳(chuán)感器。模拟集(jí)成溫度傳感(gan)器是在20世紀(ji)80年代問世的(de)，它是将溫度(du)傳感器集成(chéng)在一個芯片(piàn)上、可完成溫(wen)度測量及模(mó)拟信号輸出(chu)功能的專用(yòng)IC。模拟集成溫(wēn)度傳感器的(de)主要特點是(shì)功能單一(僅(jǐn)測量溫度)、測(cè)溫誤差小、價(jià)格低、響應速(su)度快、傳輸距(ju)離遠、體積小(xiao)、微功耗等，适(shì)合遠距離測(ce)溫、控溫，不需(xū)要進行非線(xian)性校準，外圍(wéi)電路簡單。它(ta)是目前在國(guó)内外應用最(zuì)爲普遍的一(yī)種集成傳感(gan)器，典型産品(pin)有AD590、AD592、TMP17、LM135等。

1.2模拟集(ji)成溫度控制(zhi)器
模拟集成(cheng)溫度控制器(qi)主要包括溫(wēn)控開關、可編(biān)程溫度控制(zhi)器，典型産品(pin)有LM56、AD22105和MAX6509。某些增(zēng)強型集成溫(wēn)度控制器(例(li)如TC652/653)中還包含(han)了A/D轉換器以(yi)及固化好的(de)程序，這與智(zhi)能溫度傳感(gan)器有某些相(xiàng)似之處。但它(ta)自成系統，工(gōng)作時并不受(shou)微處理器的(de)控制，這是二(èr)者的主要區(qu)别。

1.3智能溫度(dù)傳感器
智能(néng)溫度傳感器(qì)(亦稱數字溫(wēn)度傳感器)是(shì)在20世紀90年代(dài)中期問世的(de)。它是微電子(zǐ)技術、計算機(ji)技術和自動(dòng)測試技術(ATE)的(de)結晶。目前，國(guo)際上已開發(fā)出多種智能(neng)溫度傳感器(qì)系列産品。智(zhì)能溫度傳感(gǎn)器内部都包(bāo)含溫度傳感(gǎn)器、A/D轉換器、信(xin)号處理器、存(cun)儲器(或寄存(cun)器)和接口電(diàn)路。有的産品(pǐn)還帶多路選(xuǎn)擇器、中央控(kòng)制器(cpu)、随機存(cun)取存儲器(RAM)和(hé)隻讀存儲器(qi)(ROM)。智能溫度傳(chuan)感器的特點(dian)是能輸出溫(wēn)度數據及相(xiang)關的溫度控(kong)制量，适配各(ge)種微控制器(qi)(MCU)；并且它是在(zai)硬件的基礎(chu)上通過軟件(jiàn)來實現測試(shì)功能的，其智(zhi)能化程度也(ye)取決于軟件(jiàn)的開發水平(píng)。

2智能溫度傳(chuan)感器發展的(de)新趨勢
進入(rù)21世紀後，智能(néng)溫度傳感器(qi)正朝着高精(jing)度、多功能、總(zong)線标準化、高(gao)可靠性及安(an)全性、開發虛(xū)拟傳感器和(hé)網絡傳感器(qi)、研制單片測(ce)溫系統等高(gao)科技的方向(xiang)迅速發展。

2.1提(tí)高測溫精度(du)和分辨力
在(zài)20世紀90年代中(zhōng)期最早推出(chu)的智能溫度(du)傳感器，采用(yong)的是8位A/D轉換(huan)器，其測溫精(jīng)度較低，分辨(biàn)力隻能達到(dào)1°C。目前，國外已(yǐ)相繼推出多(duō)種高精度、高(gao)分辨力的智(zhi)能溫度傳感(gan)器，所用的是(shì)9~12位A/D轉換器，分(fèn)辨力一般可(ke)達0.5~0.0625°C。由美國DALLAS半(ban)導體公司新(xīn)研制的DS1624型高(gāo)分辨力智能(neng)溫度傳感器(qi)，能輸出13位二(èr)進制數據，其(qi)分辨力高達(da)0.03125°C，測溫精度爲(wei)±0.2°C。爲了提高多(duo)通道智能溫(wēn)度傳感器的(de)轉換速率，也(ye)有的芯片采(cǎi)用高速逐次(cì)逼近式A/D轉換(huan)器。以AD7817型5通道(dào)智能溫度傳(chuan)感器爲例，它(tā)對本地傳感(gan)器、每一路遠(yuan)程傳感器的(de)轉換時間分(fen)别僅爲27us、9us。

2.2增加(jia)測試功能
新(xīn)型智能溫度(du)傳感器的測(cè)試功能也在(zài)不斷增強。例(lì)如，DS1629型單線智(zhì)能溫度傳感(gǎn)器增加了實(shi)時日曆時鍾(zhōng)（RTC），使其功能更(geng)加完善。DS1624還增(zēng)加了存儲功(gōng)能，利用芯片(piàn)内部256字節的(de)E2PROM存儲器，可存(cún)儲用戶的短(duǎn)信息。另外，智(zhì)能溫度傳感(gǎn)器正從單通(tong)道向多通道(dao)的方向發展(zhǎn)，這就爲研制(zhì)和開發多路(lu)溫度測控系(xi)統創造了良(liang)好條件。?br>

智能(neng)溫度傳感器(qì)都具有多種(zhǒng)工作模式可(kě)供選擇，主要(yào)包括單次轉(zhuan)換模式、連續(xù)轉換模式、待(dài)機模式，有的(de)還增加了低(dī)溫極限擴展(zhan)模式，操作非(fei)常簡便。對某(mou)些智能溫度(du)傳感器而言(yan)，主機(外部微(wei)處理器或單(dān)片機)還可通(tong)過相應的寄(ji)存器來設定(ding)其A/D轉換速率(lü)(典型産品爲(wèi)MAX6654)，分辨力及最(zuì)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(fā)展而成的。典(diǎn)型産品有DS1620、DS1623、TCN75、LM76、MAX6625。智(zhi)能溫度控制(zhì)器适配各種(zhǒng)微控制器，構(gòu)成智能化溫(wēn)控系統；它們(men)還可以脫離(lí)微控制器單(dan)獨工作，自行(hang)構成一個溫(wēn)控儀。

2.3總線技(ji)術的标準化(huà)與規範化
目(mù)前，智能溫度(du)傳感器的總(zǒng)線技術也實(shi)現了标準化(hua)、規範化，所采(cai)用的總線主(zhu)要有單線(1-Wire)總(zong)線、I2C總線、SMBus總線(xiàn)和spI總線。溫度(dù)傳感器作爲(wei)從機可通過(guò)專用總線接(jie)口與主機進(jìn)行通信。

2.4可靠(kao)性及安全性(xing)設計
傳統的(de)A/D轉換器大多(duō)采用積分式(shì)或逐次比較(jiào)式轉換技術(shu)，其噪聲容限(xiàn)低，抑制混疊(dié)噪聲及量化(huà)噪聲的能力(lì)比較差。新型(xing)智能溫度傳(chuan)感器(例如TMP12/15、LM74、LM83)普(pu)遍采用了高(gāo)性能的Σ－Δ式A／Ｄ轉(zhuan)換器，它能以(yǐ)很高的采樣(yang)速率和很低(dī)的采樣分辨(bian)力将模拟信(xìn)号轉換成數(shù)字信号，再利(li)用過采樣、噪(zao)聲整形和數(shù)字濾波技術(shù)，來提高有效(xiào)分辨力。Σ－Δ式A／D轉(zhuan)換器不僅能(néng)濾除量化噪(zao)聲，而且對外(wai)圍元件的精(jīng)度要求低；由(you)于采用了數(shù)字反饋方式(shi)，因此比較器(qì)的失調電壓(yā)及零點漂移(yi)都不會影響(xiǎng)溫度的轉換(huàn)精度。這種智(zhi)能溫度傳感(gǎn)器兼有抑制(zhi)串模幹擾能(néng)力強、分辨力(li)高、線性度好(hǎo)、成本低等優(you)點。

爲了避免(miǎn)在溫控系統(tǒng)受到噪聲幹(gan)擾時産生誤(wù)動作，在AD7416/7417/7817、LM75／76、MAX6625／6626等智(zhi)能溫度傳感(gǎn)器的内部，都(dōu)設置了一個(ge)可編程的“故(gu)障排隊(fAultqueue)”計數(shù)器，專用于設(shè)定允許被測(cè)溫度值超過(guò)上、下限的次(ci)數。僅當被測(ce)溫度連續超(chāo)過上限或低(dī)于下限的次(cì)數達到或超(chāo)過所設定的(de)次數n(n=1~4)時，才能(néng)觸發中斷端(duan)。若故障次數(shu)不滿足上述(shu)條件或故障(zhang)不是連續發(fa)生的，故障計(ji)數器就複位(wei)而不會觸發(fa)中斷端。這意(yì)味着假定n=3時(shí)，那麽偶然受(shou)到一次或兩(liang)次噪聲幹擾(rao)，都不會影響(xiang)溫控系統的(de)正常工作。

LM76型(xíng)智能溫度傳(chuán)感器增加了(le)溫度窗口比(bǐ)較器，非常适(shi)合設計一個(gè)符合ACPI(AdvAnced ConfigurAtion And Power InterfAce，即“先進(jin)配置與電源(yuán)接口”)規範的(de)溫控系統。這(zhè)種系統具有(you)完善的過熱(re)保護功能，可(ke)用來監控筆(bǐ)記本電腦和(he)服務器中CPU及(ji)主電路的溫(wēn)度。微處理器(qì)最高可承受(shou)的工作溫度(du)規定爲tH，台式(shi)計算機一般(ban)爲75°C，高檔筆記(ji)本電腦的專(zhuan)用CPU可達100°C。一旦(dàn)CPU或主電路的(de)溫度超出所(suo)設定的上、下(xià)限時， INT端立即(jí)使主機産生(shēng)中斷，再通過(guò)電源控制器(qì)發出信号，迅(xùn)速将主電源(yuán)關斷起到保(bao)護作用。此外(wài)，當溫度超過(guò)CPU的極限溫度(du)時，嚴重超溫(wēn)報警輸出端(duan)(T_CRIT_A)也能直接關(guān)斷主電源，并(bìng)且該端還可(kě)通過獨立的(de)硬件關斷電(dian)路來切斷主(zhu)電源，以防主(zhǔ)電源控制失(shi)靈。上述三重(zhong)安全性保護(hù)措施已成爲(wei)國際上設計(jì)溫控系統的(de)新觀念。

爲防(fáng)止因人體靜(jìng)電放電(ESD)而損(sǔn)壞芯片。一些(xiē)智能溫度傳(chuan)感器還增加(jia)了ESD保護電路(lu)，一般可承受(shou)1000~4000V的靜電放電(dian)電壓。通常是(shi)将人體等效(xiào)于由100PF電容和(hé)1.2K歐姆電阻串(chuan)聯而成的電(dian)路模型，當人(rén)體放電時，TCN75型(xíng)智能溫度傳(chuán)感器的串行(hang)接口端、中斷(duàn)／比較器信号(hào)輸出端和地(di)址輸入端均(jun1)可承受1000V的靜(jing)電放電電壓(yā)。LM83型智能溫度(du)傳感器則可(kě)承受4000V的靜電(dian)放電電壓。

最(zui)新開發的智(zhi)能溫度傳感(gǎn)器(例如MAX6654、LM83)還增(zēng)加了傳感器(qi)故障檢測功(gōng)能，能自動檢(jian)測外部晶體(ti)管溫度傳感(gan)器(亦稱遠程(cheng)傳感器)的開(kai)路或短路故(gu)障。MAX6654還具有選(xuan)擇“寄生阻抗(kang)抵消”(PArAsitic ResistAnce CAncellAtion，英文縮(suō)寫爲prc)模式，能(neng)抵消遠程傳(chuan)感器引線阻(zǔ)抗所引起的(de)測溫誤差，即(jí)使引線阻抗(kàng)達到100歐姆，也(yě)不會影響測(ce)量精度。遠程(chéng)傳感器引線(xiàn)可采用普通(tōng)雙絞線或者(zhe)帶屏蔽層的(de)雙絞線。

2.5虛拟(ni)溫度傳感器(qi)和網絡溫度(dù)傳感器
(1)虛拟(nǐ)傳感器
虛拟(nǐ)傳感器是基(ji)于傳感器硬(yìng)件和計算機(ji)平台、并通過(guo)軟件開發而(ér)成的。利用軟(ruan)件可完成傳(chuán)感器的标定(dìng)及校準，以實(shí)現最佳性能(neng)指标。最近，美(mei)國Ｂ＆Ｋ公司已開(kai)發出一種基(jī)于軟件設置(zhì)的TEDS型虛拟傳(chuán)感器，其主要(yào)特點是每隻(zhi)傳感器都有(yǒu)唯一的産品(pin)序列号并且(qie)附帶一張軟(ruan)盤，軟盤上存(cún)儲着對該傳(chuán)感器進行标(biao)定的有關數(shù)據。使用時，傳(chuán)感器通過數(shu)據采集器接(jiē)至計算機，首(shou)先從計算機(jī)輸入該傳感(gǎn)器的産品序(xù)列号，再從軟(ruan)盤上讀出有(yǒu)關數據，然後(hou)自動完成對(duì)傳感器的檢(jian)查、傳感器參(cān)數的讀取、傳(chuan)感器設置和(he)記錄工作。

(2)網(wang)絡溫度傳感(gǎn)器
網絡溫度(du)傳感器是包(bao)含數字傳感(gǎn)器、網絡接口(kǒu)和處理單元(yuan)的新一代智(zhi)能傳感器。數(shù)字傳感器首(shǒu)先将被測溫(wen)度轉換成數(shù)字量，再送給(gěi)微控制器作(zuo)數據處理。最(zuì)後将測量結(jie)果傳輸給網(wǎng)絡，以便實現(xian)各傳感器之(zhi)間、傳感器與(yu)執行器之間(jiān)、傳感器與系(xì)統之間的數(shù)據交換及資(zī)源共享，在更(gèng)換傳感器時(shí)無須進行标(biāo)定和校準，可(ke)做到“即插即(ji)用(Plug&PlAy)”，這樣就極(ji)大地方便了(le)用戶。

2.6單片測(ce)溫系統
單片(pian)系統(System On Chip)是21世紀(ji)一項高新科(kē)技産品。它是(shi)在芯片上集(jí)成一個系統(tǒng)或子系統，其(qí)集成度将高(gāo)達108~109元件/片，這(zhè)将給IC産業及(ji)IC應用帶來劃(huà)時代的進步(bu)。半導體工業(yè)協會(SIA)對單片(piàn)系統集成所(suǒ)作的預測見(jian)表1。目前，國際(jì)上一些著名(ming)的IC廠家已開(kai)始研制單片(pian)測溫系統，相(xiang)信在不久的(de)将來即可面(miàn)市。

表1單片系(xi)統集成電路(lù)的發展預測(cè)
年 份 2001 2002 2007 2010
最小線(xiàn)寬/um 0.18 0.13 0.1 0.07
包含晶體(ti)管數量/片 1.3X108 2.5X108 5X108 9X108
成(cheng)本/(晶體管/毫(hao)美分) 0.2 0.1 0.05 0.02
芯片尺(chi)寸/mm2 750 900 1100 1400
電源電壓(ya)/V 1.8 1.5 1.2 0.9
新片I/O數 2000 2600 3600 4800