現代(dai)信息技(ji)術的三(san)大基礎(chu)是信息(xi)采集(即(ji)傳感器(qi)技術)、信(xin)息傳輸(shu)(通信技(ji)術)和信(xin)息處理(li)(計算機(ji)技術)。傳(chuan)感器屬(shu)于信息(xi)技術的(de)前沿尖(jian)端産品(pin)，尤其是(shi)溫度傳(chuan)感器被(bei)廣泛用(yong)于工農(nong)業生産(chan)、科學研(yan)究和生(sheng)活等領(ling)域，數量(liang)高居各(ge)種傳感(gan)器之首(shou)。近百年(nian)來，溫度(du)傳感器(qi)的發展(zhan)大緻經(jing)曆了以(yi)下三個(ge)階段；(1)傳(chuan)統的分(fen)立式溫(wen)度傳感(gan)器(含敏(min)感元件(jian))；(2)模拟集(ji)成溫度(du)傳感器(qi)／控制器(qi)；(3)智能溫(wen)度傳感(gan)器。目前(qian)，國際上(shang)新型溫(wen)度傳感(gan)器正從(cong)模拟式(shi)向數字(zi)式、由集(ji)成化向(xiang)智能化(hua)、網絡化(hua)的方向(xiang)發展。

１集(ji)成溫度(du)傳感器(qi)的産品(pin)分類
1.1模(mo)拟集成(cheng)溫度傳(chuan)感器
集(ji)成傳感(gan)器是采(cai)用矽半(ban)導體集(ji)成工藝(yi)而制成(cheng)的，因此(ci)亦稱矽(xi)傳感器(qi)或單片(pian)集成溫(wen)度傳感(gan)器。模拟(ni)集成溫(wen)度傳感(gan)器是在(zai)20世紀80年(nian)代問世(shi)的，它是(shi)将溫度(du)傳感器(qi)集成在(zai)一個芯(xin)片上、可(ke)完成溫(wen)度測量(liang)及模拟(ni)信号輸(shu)出功能(neng)的專用(yong)IC。模拟集(ji)成溫度(du)傳感器(qi)的主要(yao)特點是(shi)功能單(dan)一(僅測(ce)量溫度(du))、測溫誤(wu)差小、價(jia)格低、響(xiang)應速度(du)快、傳輸(shu)距離遠(yuan)、體積小(xiao)、微功耗(hao)等，适合(he)遠距離(li)測溫、控(kong)溫，不需(xu)要進行(hang)非線性(xing)校準，外(wai)圍電路(lu)簡單。它(ta)是目前(qian)在國内(nei)外應用(yong)最爲普(pu)遍的一(yi)種集成(cheng)傳感器(qi)，典型産(chan)品有AD590、AD592、TMP17、LM135等(deng)。

1.2模拟集(ji)成溫度(du)控制器(qi)
模拟集(ji)成溫度(du)控制器(qi)主要包(bao)括溫控(kong)開關、可(ke)編程溫(wen)度控制(zhi)器，典型(xing)産品有(you)LM56、AD22105和MAX6509。某些(xie)增強型(xing)集成溫(wen)度控制(zhi)器(例如(ru)TC652/653)中還包(bao)含了A/D轉(zhuan)換器以(yi)及固化(hua)好的程(cheng)序，這與(yu)智能溫(wen)度傳感(gan)器有某(mou)些相似(si)之處。但(dan)它自成(cheng)系統，工(gong)作時并(bing)不受微(wei)處理器(qi)的控制(zhi)，這是二(er)者的主(zhu)要區别(bie)。

1.3智能溫(wen)度傳感(gan)器
智能(neng)溫度傳(chuan)感器(亦(yi)稱數字(zi)溫度傳(chuan)感器)是(shi)在20世紀(ji)90年代中(zhong)期問世(shi)的。它是(shi)微電子(zi)技術、計(ji)算機技(ji)術和自(zi)動測試(shi)技術(ATE)的(de)結晶。目(mu)前，國際(ji)上已開(kai)發出多(duo)種智能(neng)溫度傳(chuan)感器系(xi)列産品(pin)。智能溫(wen)度傳感(gan)器内部(bu)都包含(han)溫度傳(chuan)感器、A/D轉(zhuan)換器、信(xin)号處理(li)器、存儲(chu)器(或寄(ji)存器)和(he)接口電(dian)路。有的(de)産品還(hai)帶多路(lu)選擇器(qi)、中央控(kong)制器(cpu)、随(sui)機存取(qu)存儲器(qi)(RAM)和隻讀(du)存儲器(qi)(ROM)。智能溫(wen)度傳感(gan)器的特(te)點是能(neng)輸出溫(wen)度數據(ju)及相關(guan)的溫度(du)控制量(liang)，适配各(ge)種微控(kong)制器(MCU)；并(bing)且它是(shi)在硬件(jian)的基礎(chu)上通過(guo)軟件來(lai)實現測(ce)試功能(neng)的，其智(zhi)能化程(cheng)度也取(qu)決于軟(ruan)件的開(kai)發水平(ping)。

2智能溫(wen)度傳感(gan)器發展(zhan)的新趨(qu)勢
進入(ru)21世紀後(hou)，智能溫(wen)度傳感(gan)器正朝(chao)着高精(jing)度、多功(gong)能、總線(xian)标準化(hua)、高可靠(kao)性及安(an)全性、開(kai)發虛拟(ni)傳感器(qi)和網絡(luo)傳感器(qi)、研制單(dan)片測溫(wen)系統等(deng)高科技(ji)的方向(xiang)迅速發(fa)展。

2.1提高(gao)測溫精(jing)度和分(fen)辨力
在(zai)20世紀90年(nian)代中期(qi)最早推(tui)出的智(zhi)能溫度(du)傳感器(qi)，采用的(de)是8位A/D轉(zhuan)換器，其(qi)測溫精(jing)度較低(di)，分辨力(li)隻能達(da)到1°C。目前(qian)，國外已(yi)相繼推(tui)出多種(zhong)高精度(du)、高分辨(bian)力的智(zhi)能溫度(du)傳感器(qi)，所用的(de)是9~12位A/D轉(zhuan)換器，分(fen)辨力一(yi)般可達(da)0.5~0.0625°C。由美國(guo)DALLAS半導體(ti)公司新(xin)研制的(de)DS1624型高分(fen)辨力智(zhi)能溫度(du)傳感器(qi)，能輸出(chu)13位二進(jin)制數據(ju)，其分辨(bian)力高達(da)0.03125°C，測溫精(jing)度爲±0.2°C。爲(wei)了提高(gao)多通道(dao)智能溫(wen)度傳感(gan)器的轉(zhuan)換速率(lü)，也有的(de)芯片采(cai)用高速(su)逐次逼(bi)近式A/D轉(zhuan)換器。以(yi)AD7817型5通道(dao)智能溫(wen)度傳感(gan)器爲例(li)，它對本(ben)地傳感(gan)器、每一(yi)路遠程(cheng)傳感器(qi)的轉換(huan)時間分(fen)别僅爲(wei)27us、9us。

2.2增加測(ce)試功能(neng)
新型智(zhi)能溫度(du)傳感器(qi)的測試(shi)功能也(ye)在不斷(duan)增強。例(li)如，DS1629型單(dan)線智能(neng)溫度傳(chuan)感器增(zeng)加了實(shi)時日曆(li)時鍾（RTC），使(shi)其功能(neng)更加完(wan)善。DS1624還增(zeng)加了存(cun)儲功能(neng)，利用芯(xin)片内部(bu)256字節的(de)E2PROM存儲器(qi)，可存儲(chu)用戶的(de)短信息(xi)。另外，智(zhi)能溫度(du)傳感器(qi)正從單(dan)通道向(xiang)多通道(dao)的方向(xiang)發展，這(zhe)就爲研(yan)制和開(kai)發多路(lu)溫度測(ce)控系統(tong)創造了(le)良好條(tiao)件。?br>

智能(neng)溫度傳(chuan)感器都(dou)具有多(duo)種工作(zuo)模式可(ke)供選擇(ze)，主要包(bao)括單次(ci)轉換模(mo)式、連續(xu)轉換模(mo)式、待機(ji)模式，有(you)的還增(zeng)加了低(di)溫極限(xian)擴展模(mo)式，操作(zuo)非常簡(jian)便。對某(mou)些智能(neng)溫度傳(chuan)感器而(er)言，主機(ji)(外部微(wei)處理器(qi)或單片(pian)機)還可(ke)通過相(xiang)應的寄(ji)存器來(lai)設定其(qi)A/D轉換速(su)率(典型(xing)産品爲(wei)MAX6654)，分辨力(li)及最大(da)轉換時(shi)間(典型(xing)産品爲(wei)DS1624)。

能溫度(du)控制器(qi)是在智(zhi)能溫度(du)傳感器(qi)的基礎(chu)上發展(zhan)而成的(de)。典型産(chan)品有DS1620、DS1623、TCN75、LM76、MAX6625。智(zhi)能溫度(du)控制器(qi)适配各(ge)種微控(kong)制器，構(gou)成智能(neng)化溫控(kong)系統；它(ta)們還可(ke)以脫離(li)微控制(zhi)器單獨(du)工作，自(zi)行構成(cheng)一個溫(wen)控儀。

2.3總(zong)線技術(shu)的标準(zhun)化與規(gui)範化
目(mu)前，智能(neng)溫度傳(chuan)感器的(de)總線技(ji)術也實(shi)現了标(biao)準化、規(gui)範化，所(suo)采用的(de)總線主(zhu)要有單(dan)線(1-Wire)總線(xian)、I2C總線、SMBus總(zong)線和spI總(zong)線。溫度(du)傳感器(qi)作爲從(cong)機可通(tong)過專用(yong)總線接(jie)口與主(zhu)機進行(hang)通信。

2.4可(ke)靠性及(ji)安全性(xing)設計
傳(chuan)統的A/D轉(zhuan)換器大(da)多采用(yong)積分式(shi)或逐次(ci)比較式(shi)轉換技(ji)術，其噪(zao)聲容限(xian)低，抑制(zhi)混疊噪(zao)聲及量(liang)化噪聲(sheng)的能力(li)比較差(cha)。新型智(zhi)能溫度(du)傳感器(qi)(例如TMP11/27、LM74、LM83)普(pu)遍采用(yong)了高性(xing)能的Σ－Δ式(shi)A／Ｄ轉換器(qi)，它能以(yi)很高的(de)采樣速(su)率和很(hen)低的采(cai)樣分辨(bian)力将模(mo)拟信号(hao)轉換成(cheng)數字信(xin)号，再利(li)用過采(cai)樣、噪聲(sheng)整形和(he)數字濾(lü)波技術(shu)，來提高(gao)有效分(fen)辨力。Σ－Δ式(shi)A／D轉換器(qi)不僅能(neng)濾除量(liang)化噪聲(sheng)，而且對(dui)外圍元(yuan)件的精(jing)度要求(qiu)低；由于(yu)采用了(le)數字反(fan)饋方式(shi)，因此比(bi)較器的(de)失調電(dian)壓及零(ling)點漂移(yi)都不會(hui)影響溫(wen)度的轉(zhuan)換精度(du)。這種智(zhi)能溫度(du)傳感器(qi)兼有抑(yi)制串模(mo)幹擾能(neng)力強、分(fen)辨力高(gao)、線性度(du)好、成本(ben)低等優(you)點。

爲了(le)避免在(zai)溫控系(xi)統受到(dao)噪聲幹(gan)擾時産(chan)生誤動(dong)作，在AD7416/7417/7817、LM75／76、MAX6625／6626等(deng)智能溫(wen)度傳感(gan)器的内(nei)部，都設(she)置了一(yi)個可編(bian)程的“故(gu)障排隊(dui)(fAultqueue)”計數器(qi)，專用于(yu)設定允(yun)許被測(ce)溫度值(zhi)超過上(shang)、下限的(de)次數。僅(jin)當被測(ce)溫度連(lian)續超過(guo)上限或(huo)低于下(xia)限的次(ci)數達到(dao)或超過(guo)所設定(ding)的次數(shu)n(n=1~4)時，才能(neng)觸發中(zhong)斷端。若(ruo)故障次(ci)數不滿(man)足上述(shu)條件或(huo)故障不(bu)是連續(xu)發生的(de)，故障計(ji)數器就(jiu)複位而(er)不會觸(chu)發中斷(duan)端。這意(yi)味着假(jia)定n=3時，那(na)麽偶然(ran)受到一(yi)次或兩(liang)次噪聲(sheng)幹擾，都(dou)不會影(ying)響溫控(kong)系統的(de)正常工(gong)作。

LM76型智(zhi)能溫度(du)傳感器(qi)增加了(le)溫度窗(chuang)口比較(jiao)器，非常(chang)适合設(she)計一個(ge)符合ACPI(AdvAnced ConfigurAtion And Power InterfAce，即(ji)“先進配(pei)置與電(dian)源接口(kou)”)規範的(de)溫控系(xi)統。這種(zhong)系統具(ju)有完善(shan)的過熱(re)保護功(gong)能，可用(yong)來監控(kong)筆記本(ben)電腦和(he)服務器(qi)中CPU及主(zhu)電路的(de)溫度。微(wei)處理器(qi)最高可(ke)承受的(de)工作溫(wen)度規定(ding)爲tH，台式(shi)計算機(ji)一般爲(wei)75°C，高檔筆(bi)記本電(dian)腦的專(zhuan)用CPU可達(da)100°C。一旦CPU或(huo)主電路(lu)的溫度(du)超出所(suo)設定的(de)上、下限(xian)時， INT端立(li)即使主(zhu)機産生(sheng)中斷，再(zai)通過電(dian)源控制(zhi)器發出(chu)信号，迅(xun)速将主(zhu)電源關(guan)斷起到(dao)保護作(zuo)用。此外(wai)，當溫度(du)超過CPU的(de)極限溫(wen)度時，嚴(yan)重超溫(wen)報警輸(shu)出端(T_CRIT_A)也(ye)能直接(jie)關斷主(zhu)電源，并(bing)且該端(duan)還可通(tong)過獨立(li)的硬件(jian)關斷電(dian)路來切(qie)斷主電(dian)源，以防(fang)主電源(yuan)控制失(shi)靈。上述(shu)三重安(an)全性保(bao)護措施(shi)已成爲(wei)國際上(shang)設計溫(wen)控系統(tong)的新觀(guan)念。

爲防(fang)止因人(ren)體靜電(dian)放電(ESD)而(er)損壞芯(xin)片。一些(xie)智能溫(wen)度傳感(gan)器還增(zeng)加了ESD保(bao)護電路(lu)，一般可(ke)承受1000~4000V的(de)靜電放(fang)電電壓(ya)。通常是(shi)将人體(ti)等效于(yu)由100PF電容(rong)和1.2K歐姆(mu)電阻串(chuan)聯而成(cheng)的電路(lu)模型，當(dang)人體放(fang)電時，TCN75型(xing)智能溫(wen)度傳感(gan)器的串(chuan)行接口(kou)端、中斷(duan)／比較器(qi)信号輸(shu)出端和(he)地址輸(shu)入端均(jun)可承受(shou)1000V的靜電(dian)放電電(dian)壓。LM83型智(zhi)能溫度(du)傳感器(qi)則可承(cheng)受4000V的靜(jing)電放電(dian)電壓。

最(zui)新開發(fa)的智能(neng)溫度傳(chuan)感器(例(li)如MAX6654、LM83)還增(zeng)加了傳(chuan)感器故(gu)障檢測(ce)功能，能(neng)自動檢(jian)測外部(bu)晶體管(guan)溫度傳(chuan)感器(亦(yi)稱遠程(cheng)傳感器(qi))的開路(lu)或短路(lu)故障。MAX6654還(hai)具有選(xuan)擇“寄生(sheng)阻抗抵(di)消”(PArAsitic ResistAnce CAncellAtion，英文(wen)縮寫爲(wei)prc)模式，能(neng)抵消遠(yuan)程傳感(gan)器引線(xian)阻抗所(suo)引起的(de)測溫誤(wu)差，即使(shi)引線阻(zu)抗達到(dao)100歐姆，也(ye)不會影(ying)響測量(liang)精度。遠(yuan)程傳感(gan)器引線(xian)可采用(yong)普通雙(shuang)絞線或(huo)者帶屏(ping)蔽層的(de)雙絞線(xian)。

2.5虛拟溫(wen)度傳感(gan)器和網(wang)絡溫度(du)傳感器(qi)
(1)虛拟傳(chuan)感器
虛(xu)拟傳感(gan)器是基(ji)于傳感(gan)器硬件(jian)和計算(suan)機平台(tai)、并通過(guo)軟件開(kai)發而成(cheng)的。利用(yong)軟件可(ke)完成傳(chuan)感器的(de)标定及(ji)校準，以(yi)實現最(zui)佳性能(neng)指标。最(zui)近，美國(guo)Ｂ＆Ｋ公司已(yi)開發出(chu)一種基(ji)于軟件(jian)設置的(de)TEDS型虛拟(ni)傳感器(qi)，其主要(yao)特點是(shi)每隻傳(chuan)感器都(dou)有唯一(yi)的産品(pin)序列号(hao)并且附(fu)帶一張(zhang)軟盤，軟(ruan)盤上存(cun)儲着對(dui)該傳感(gan)器進行(hang)标定的(de)有關數(shu)據。使用(yong)時，傳感(gan)器通過(guo)數據采(cai)集器接(jie)至計算(suan)機，首先(xian)從計算(suan)機輸入(ru)該傳感(gan)器的産(chan)品序列(lie)号，再從(cong)軟盤上(shang)讀出有(you)關數據(ju)，然後自(zi)動完成(cheng)對傳感(gan)器的檢(jian)查、傳感(gan)器參數(shu)的讀取(qu)、傳感器(qi)設置和(he)記錄工(gong)作。

(2)網絡(luo)溫度傳(chuan)感器
網(wang)絡溫度(du)傳感器(qi)是包含(han)數字傳(chuan)感器、網(wang)絡接口(kou)和處理(li)單元的(de)新一代(dai)智能傳(chuan)感器。數(shu)字傳感(gan)器首先(xian)将被測(ce)溫度轉(zhuan)換成數(shu)字量，再(zai)送給微(wei)控制器(qi)作數據(ju)處理。最(zui)後将測(ce)量結果(guo)傳輸給(gei)網絡，以(yi)便實現(xian)各傳感(gan)器之間(jian)、傳感器(qi)與執行(hang)器之間(jian)、傳感器(qi)與系統(tong)之間的(de)數據交(jiao)換及資(zi)源共享(xiang)，在更換(huan)傳感器(qi)時無須(xu)進行标(biao)定和校(xiao)準，可做(zuo)到“即插(cha)即用(Plug&PlAy)”，這(zhe)樣就極(ji)大地方(fang)便了用(yong)戶。

2.6單片(pian)測溫系(xi)統
單片(pian)系統(System On Chip)是(shi)21世紀一(yi)項高新(xin)科技産(chan)品。它是(shi)在芯片(pian)上集成(cheng)一個系(xi)統或子(zi)系統，其(qi)集成度(du)将高達(da)108~109元件/片(pian)，這将給(gei)IC産業及(ji)IC應用帶(dai)來劃時(shi)代的進(jin)步。半導(dao)體工業(ye)協會(SIA)對(dui)單片系(xi)統集成(cheng)所作的(de)預測見(jian)表1。目前(qian)，國際上(shang)一些著(zhe)名的IC廠(chang)家已開(kai)始研制(zhi)單片測(ce)溫系統(tong)，相信在(zai)不久的(de)将來即(ji)可面市(shi)。

表1單片(pian)系統集(ji)成電路(lu)的發展(zhan)預測
年(nian) 份 2001 2002 2007 2010
最小(xiao)線寬/um 0.18 0.13 0.1 0.07
包(bao)含晶體(ti)管數量(liang)/片 1.3X108 2.5X108 5X108 9X108
成本(ben)/(晶體管(guan)/毫美分(fen)) 0.2 0.1 0.05 0.02
芯片尺(chi)寸/mm2 750 900 1100 1400
電源(yuan)電壓/V 1.8 1.5 1.2 0.9
新(xin)片I/O數 2000 2600 3600 4800