現代信息(xi)技術的三(san)大基礎是(shi)信息采集(ji)(即傳感器(qi)技術)、信息(xi)傳輸(通信(xin)技術)和信(xin)息處理(計(ji)算機技術(shu))。傳感器屬(shu)于信息技(ji)術的産品(pin)，尤其是溫(wen)度傳感器(qi)被廣泛✌️用(yong)于工🛀🏻農業(ye)生産、生活(huo)😍等領域，數(shu)量各種傳(chuan)感器。近百(bai)年來，溫度(du)傳感器的(de)⛷️發展大緻(zhi)📐經曆了以(yi)下三個階(jie)段；(1)傳統的(de)分立式溫(wen)度傳感器(qi)(含敏感元(yuan)件)；(2)模拟集(ji)成溫度傳(chuan)感器／控制(zhi)器；(3)智能溫(wen)度傳㊙️感器(qi)。目前，溫度(du)傳感器🛀正(zheng)從模♈拟式(shi)向數字式(shi)、由集成化(hua)❌向智能化(hua)、網絡化的(de)方向發展(zhan)。

１集成溫度(du)傳感器的(de)産品分類(lei)
1.1模拟集成(cheng)溫度傳感(gan)器
集成傳(chuan)感器是采(cai)用矽半導(dao)體集成工(gong)藝而制成(cheng)的，因此👈亦(yi)稱矽傳感(gan)器或單片(pian)集成溫度(du)傳感器。模(mo)拟集成♉溫(wen)度傳感器(qi)是🈲在20世紀(ji)80年代問世(shi)的，它是将(jiang)溫👉度傳感(gan)器集成在(zai)一個芯片(pian)上、可完成(cheng)溫度測量(liang)及🏃‍♂️拟信号(hao)輸出功能(neng)的☎️專用IC。模(mo)拟集成溫(wen)度傳感器(qi)的👣主要特(te)點是功能(neng)單一(僅💋測(ce)量溫度)、測(ce)溫誤差小(xiao)、價⛷️格低、響(xiang)應速度🌈快(kuai)、傳輸距離(li)遠、體積小(xiao)、微功耗等(deng)，适合遠距(ju)離測溫、控(kong)溫，不需要(yao)進行非線(xian)性校準，外(wai)圍電✔️路簡(jian)單。

1.2模拟集(ji)成溫度控(kong)制器
模拟(ni)集成溫度(du)控制器主(zhu)要包括溫(wen)控開關、可(ke)編程溫度(du)控制器⭕，典(dian)型産品有(you)LM56、AD22105和MAX6509。某些增(zeng)強型集成(cheng)溫度♋控制(zhi)器(例如TC652/653)中(zhong)還包含了(le)A/D轉換器以(yi)及固化好(hao)的程序，這(zhe)與智能溫(wen)✊度傳感器(qi)有某些相(xiang)似之處。但(dan)它自成系(xi)統，工作時(shi)并不受微(wei)處理器的(de)控制，這是(shi)二者的主(zhu)要區别。

1.3智(zhi)能溫度傳(chuan)感器
智能(neng)溫度傳感(gan)器(亦稱數(shu)字溫度傳(chuan)感器)是在(zai)20世紀90年代(dai)📞中期問世(shi)的。它是微(wei)電子技術(shu)、計算機技(ji)術和自動(dong)測試技術(shu)(ATE)的結晶。目(mu)前，已開發(fa)出多種智(zhi)能溫度傳(chuan)感器系列(lie)✉️産品。智🈚能(neng)溫度傳感(gan)器内部都(dou)包含溫度(du)傳感✏️器、A/D轉(zhuan)換器、信号(hao)處理器、存(cun)儲器(或寄(ji)存器)和接(jie)口電路。有(you)的産品還(hai)🔞帶多路選(xuan)擇器、控制(zhi)器(cpu)、随機存(cun)取存儲器(qi)(RAM)和隻讀存(cun)儲器(ROM)。智能(neng)溫度傳感(gan)器的特點(dian)是能輸出(chu)溫度數據(ju)及相關的(de)溫度控制(zhi)量，适配👌各(ge)種微控制(zhi)器(MCU)；并且它(ta)是在硬件(jian)的基礎上(shang)通過軟件(jian)來實現測(ce)試功能的(de)。

2智能溫度(du)傳感器發(fa)展的新趨(qu)勢
進入21世(shi)紀後，智能(neng)溫度傳感(gan)器正朝着(zhe)精度佳、多(duo)功能、總線(xian)㊙️标準化、高(gao)可靠性及(ji)安全性、開(kai)發虛拟傳(chuan)感器和網(wang)絡傳感🌍器(qi)、研制單片(pian)測溫系統(tong)等方向迅(xun)速發展。

2.1提(ti)高測溫精(jing)度和分辨(bian)力
在20世紀(ji)90年代中期(qi)最早推出(chu)的智能溫(wen)度傳感器(qi)，采用的是(shi)8位A/D轉換器(qi)，其測溫精(jing)度較低，分(fen)辨力隻能(neng)達到1°C。目✊前(qian)，已相繼推(tui)出💜多種✌️精(jing)度佳、分辨(bian)力的智能(neng)溫度傳感(gan)器，所用的(de)是9~12位A/D轉換(huan)器❗，分辨力(li)一般可達(da)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(bian)力智能溫(wen)度傳感器(qi)，能輸✏️出13位(wei)二進制數(shu)據，其分辨(bian)力高達0.03125°C，測(ce)溫😘精度爲(wei)±0.2°C。爲了🍓提👣高(gao)多通道智(zhi)能溫度傳(chuan)感器的💃轉(zhuan)換速率，也(ye)有的芯片(pian)采用高速(su)逐次逼近(jin)式A/D轉換器(qi)。以AD7817型5通道(dao)智能溫度(du)傳感器爲(wei)例，它對本(ben)地傳感器(qi)、每一路遠(yuan)程傳感器(qi)的轉✂️換時(shi)間分别僅(jin)爲27us、9us。

2.2增加測(ce)試功能
新(xin)型智能溫(wen)度傳感器(qi)的測試功(gong)能也在不(bu)斷增強。例(li)如，DS1629型單線(xian)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(neng)更加完善(shan)。DS1624還增加了(le)存儲功能(neng)，利用芯片(pian)内部256字節(jie)的E2PROM存儲器(qi)，可存儲用(yong)戶的短信(xin)息。另外，智(zhi)能溫度傳(chuan)感器正從(cong)單通道向(xiang)多通道的(de)方向發展(zhan)。

智能溫度(du)傳感器都(dou)具有多種(zhong)工作模式(shi)可供選擇(ze)，主要包括(kuo)單次轉換(huan)模式、連續(xu)轉換模式(shi)、待機模式(shi)，有的🔞還增(zeng)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼加了低溫(wen)極限擴展(zhan)模式，操作(zuo)簡便。對某(mou)些智能溫(wen)度傳感器(qi)而🔞言，主機(ji)(外部微處(chu)理器或單(dan)片機)還可(ke)通過相應(ying)的寄存器(qi)來設定其(qi)A/D轉換速率(lü)🏃(典型産品(pin)爲MAX6654)，分辨力(li)及轉換時(shi)間(典型産(chan)品爲DS1624)。

能溫(wen)度控制器(qi)是在智能(neng)溫度傳感(gan)器的基礎(chu)上發展而(er)成的。典型(xing)産品有DS1620、DS1623、TCN75、LM76、MAX6625。智(zhi)能溫度控(kong)制器适配(pei)各種微控(kong)制器，構成(cheng)智能化溫(wen)控系統；它(ta)們還可以(yi)脫離微控(kong)制器單獨(du)工作，自行(hang)構成一個(ge)溫控儀。

2.3總(zong)線技術的(de)标準化與(yu)規範化
目(mu)前，智能溫(wen)度傳感器(qi)的總線技(ji)術也實現(xian)了标準❓化(hua)、規範化🌈，所(suo)采用的總(zong)線主要有(you)單線(1-Wire)總線(xian)、I2C總線、SMBus總線(xian)和spI總線🐕。溫(wen)度傳感器(qi)作💔爲從機(ji)可通過專(zhuan)用總線接(jie)口與主機(ji)進行通信(xin)💃🏻。

2.4可靠性及(ji)安全性設(she)計
傳統的(de)A/D轉換器大(da)多采用積(ji)分式或逐(zhu)次比較式(shi)轉換技術(shu)，其噪聲容(rong)限低，抑制(zhi)混疊噪聲(sheng)及量化噪(zao)聲的能力(li)比㊙️較差。新(xin)型智能溫(wen)度傳感器(qi)(例如TMP11/27、LM74、LM83)普遍(bian)采用了高(gao)性能的Σ－Δ式(shi)A／Ｄ轉換器，它(ta)能以很高(gao)的采樣速(su)率和很低(di)的㊙️采樣分(fen)辨力将模(mo)拟信号轉(zhuan)換🧑🏽‍🤝‍🧑🏻成數字(zi)信号，再利(li)用過采樣(yang)、噪聲整形(xing)，來提高有(you)效分辨力(li)。Σ－Δ式🈲A／D轉換器(qi)不僅能濾(lü)除量化噪(zao)聲，而且對(dui)外圍元件(jian)的精度要(yao)求低；由于(yu)采用了🙇🏻數(shu)字反饋方(fang)式，因此比(bi)較器的失(shi)調電壓及(ji)零🐕點漂移(yi)都不會影(ying)響溫度的(de)轉換精度(du)。這種智能(neng)溫度傳感(gan)器兼有抑(yi)制串模幹(gan)擾🚩能力強(qiang)、分辨力高(gao)、線性度好(hao)、成本低等(deng)優點。

爲了(le)避免在溫(wen)控系統受(shou)到噪聲幹(gan)擾時産生(sheng)誤動作，在(zai)AD7416/7417/7817、LM75／76、MAX6625／6626等✍️智能溫(wen)度傳感器(qi)的内部，都(dou)設置了一(yi)個可編程(cheng)的“故障排(pai)隊(fAultqueue)”計數器(qi)🌈，專用于設(she)定允許被(bei)測溫度值(zhi)超過上、下(xia)📞限的次數(shu)。僅當被測(ce)溫度連續(xu)超過上限(xian)或低于下(xia)限的次數(shu)達到或超(chao)過所設定(ding)的次🍓數n(n=1~4)時(shi)，才能觸發(fa)中斷端。若(ruo)故障次數(shu)不滿足上(shang)述條件或(huo)故障不是(shi)🌈連續發生(sheng)的，故障計(ji)數器就複(fu)位而不會(hui)觸發🔴中斷(duan)端。這意味(wei)着假定n=3時(shi)，那麽偶然(ran)受到一次(ci)或兩次噪(zao)聲幹擾，都(dou)不會影響(xiang)溫控系統(tong)的正常工(gong)作。

LM76型智能(neng)溫度傳感(gan)器增加了(le)溫度窗口(kou)比較器，非(fei)常适合設(she)計一個符(fu)合ACPI(AdvAnced ConfigurAtion And Power InterfAce，即“先進(jin)配置與電(dian)源接口”)規(gui)範的溫控(kong)系統。這種(zhong)系統具有(you)完善的過(guo)熱保護功(gong)能，可用來(lai)監控筆記(ji)本電腦和(he)服務器中(zhong)CPU及主電路(lu)的溫度。微(wei)處理器可(ke)承受的工(gong)作溫度規(gui)定爲tH，台式(shi)計算機一(yi)般爲75°C，高檔(dang)筆記本電(dian)腦的專用(yong)CPU可達100°C。一旦(dan)CPU或主電路(lu)的溫度超(chao)出所設定(ding)的上、下限(xian)時， INT端立即(ji)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(dian)源關斷起(qi)到保護作(zuo)用。此外，當(dang)溫度超過(guo)CPU的極限溫(wen)度時，嚴重(zhong)超溫報警(jing)輸出端(T_CRIT_A)也(ye)能直接關(guan)斷主電源(yuan)，并且該端(duan)還可通過(guo)獨立的硬(ying)件關斷電(dian)路來切斷(duan)主電源，以(yi)防主電源(yuan)控制失靈(ling)。

爲防止因(yin)人體靜電(dian)放電(ESD)而損(sun)壞芯片。一(yi)些智能溫(wen)☔度傳👣感✉️器(qi)還增加了(le)ESD保護電路(lu)，一般可承(cheng)受1000~4000V的靜電(dian)放電電壓(ya)。通常是将(jiang)人體❗等效(xiao)于由100PF電容(rong)和1.2K歐姆電(dian)阻串聯而(er)成的電路(lu)模型，當人(ren)體放電時(shi)，TCN75型智能溫(wen)度傳感器(qi)的串行接(jie)口端、中斷(duan)／比較器信(xin)号輸出端(duan)和地址輸(shu)入端均可(ke)承受🈲1000V的靜(jing)電放電電(dian)壓。LM83型智能(neng)溫度傳感(gan)器則可承(cheng)受4000V的靜電(dian)放電電壓(ya)。

新開發的(de)智能溫度(du)傳感器(例(li)如MAX6654、LM83)還增加(jia)了傳感器(qi)🚩故障檢測(ce)功能，能自(zi)動檢測外(wai)部晶體管(guan)溫度傳感(gan)器(亦稱遠(yuan)♉程傳感器(qi))的開路或(huo)短路故障(zhang)。MAX6654還具有選(xuan)擇“寄生阻(zu)抗抵💋消”(PArAsitic ResistAnce CAncellAtion，英(ying)文縮寫爲(wei)prc)模式，能抵(di)消遠程傳(chuan)感器引線(xian)阻抗所引(yin)🌈起的測溫(wen)✨誤差，即使(shi)引線阻抗(kang)達到100歐姆(mu)，也不會影(ying)響測量精(jing)度。遠程傳(chuan)感器引線(xian)可采用普(pu)通雙絞線(xian)或者帶屏(ping)🔞蔽層的雙(shuang)絞線。

2.5虛拟(ni)溫度傳感(gan)器和網絡(luo)溫度傳感(gan)器
(1)虛拟傳(chuan)感器 利用(yong)軟件可完(wan)成傳感器(qi)的标定及(ji)校準，以實(shi)⭕現🛀性能指(zhi)标。最近，美(mei)國Ｂ＆Ｋ公司已(yi)開發出一(yi)種❤️基于軟(ruan)件設置的(de)TEDS型虛拟傳(chuan)感器，其主(zhu)要特點是(shi)每隻傳感(gan)器都有産(chan)品序💋列号(hao)并且附帶(dai)一張軟盤(pan)，軟盤上存(cun)儲着對該(gai)傳感器進(jin)行标定的(de)有關數據(ju)。使用時，傳(chuan)感器通過(guo)數據采集(ji)器接至計(ji)♈算機，首先(xian)從✏️計算機(ji)輸入該傳(chuan)感器的産(chan)品序列号(hao)，再從軟盤(pan)上讀出有(you)關數據，然(ran)後自動完(wan)成對傳感(gan)器的檢查(cha)、傳感器參(can)數的讀取(qu)、傳💞感器設(she)置和記錄(lu)工作。

(2)網絡(luo)溫度傳感(gan)器
網絡溫(wen)度傳感器(qi)是包含數(shu)字傳感器(qi)、網絡接口(kou)和處理單(dan)元的⭕新一(yi)代智能傳(chuan)感器。數字(zi)傳感器首(shou)先将被測(ce)溫度轉換(huan)成數字量(liang)，再送給微(wei)控制器作(zuo)數據處理(li)。最後将測(ce)量結果傳(chuan)輸⭐給網絡(luo)，以便實現(xian)各傳感器(qi)之間、傳感(gan)器與執行(hang)器之間、傳(chuan)感♌器與系(xi)統之間的(de)數據🈲交換(huan)及資源🏃🏻‍♂️共(gong)享，在更換(huan)傳感器時(shi)無🏃‍♀️須進行(hang)标定和校(xiao)準，可做到(dao)“即插即用(yong)(Plug&PlAy)”，這樣就極(ji)大地方便(bian)了用戶。

2.6單(dan)片測溫系(xi)統
單片系(xi)統(System On Chip)是21世紀(ji)一項高新(xin)科技産品(pin)。它是在芯(xin)片上集成(cheng)一個💯系統(tong)或子系統(tong)，其集成度(du)将高達108~109元(yuan)件/片，這🐪将(jiang)給IC産業及(ji)IC應✍️用帶來(lai)劃時代的(de)進步。半導(dao)體工業協(xie)👉會(SIA)對單❗片(pian)系統🔞集成(cheng)所作的預(yu)測見表1。

表(biao)1單片系統(tong)集成電路(lu)的發展預(yu)測
年 份 2001 2002 2007 2010
最(zui)小線寬/um 0.18 0.13 0.1 0.07
包(bao)含晶體管(guan)數量/片 1.3X108 2.5X108 5X108 9X108
成(cheng)本/(晶體管(guan)/毫美分) 0.2 0.1 0.05 0.02
芯(xin)片尺寸/mm2 750 900 1100 1400
電(dian)源電壓/V 1.8 1.5 1.2 0.9
新(xin)片I/O數 2000 2600 3600 4800