現代(dai)信息技術的三(sān)大基礎是信息(xi)采集(即傳感器(qì)技術)、信息傳輸(shū)(通信技術)和信(xin)息處理(計算機(ji)技術)。傳感器屬(shǔ)于信息技術的(de)前沿尖端産品(pin)，尤其是溫度傳(chuan)感器被廣泛用(yòng)于工農業生産(chǎn)、科學研究和生(shēng)活等領域，數量(liàng)高居各種傳感(gan)器之首。近百年(nián)來，溫度傳感器(qi)的發展大緻經(jīng)曆了以下三個(gè)階段；(1)傳統的分(fen)立式溫度傳感(gǎn)器(含敏感元件(jian))；(2)模拟集成溫度(du)傳感器／控制器(qi)；(3)智能溫度傳感(gan)器。目前，國際上(shàng)新型溫度傳感(gan)器正從模拟式(shì)向數字式、由集(jí)成化向智能化(hua)、網絡化的方向(xiang)發展。

１集成溫度(dù)傳感器的産品(pin)分類
1.1模拟集成(cheng)溫度傳感器
集(jí)成傳感器是采(cǎi)用矽半導體集(jí)成工藝而制成(chéng)的，因此亦稱矽(xi)傳感器或單片(pian)集成溫度傳感(gan)器。模拟集成溫(wēn)度傳感器是在(zai)20世紀80年代問世(shi)的，它是将溫度(dù)傳感器集成在(zài)一個芯片上、可(ke)完成溫度測量(liang)及模拟信号輸(shū)出功能的專用(yòng)IC。模拟集成溫度(dù)傳感器的主要(yào)特點是功能單(dan)一(僅測量溫度(du))、測溫誤差小、價(jia)格低、響應速度(dù)快、傳輸距離遠(yuan)、體積小、微功耗(hao)等，适合遠距離(li)測溫、控溫，不需(xū)要進行非線性(xìng)校準，外圍電路(lù)簡單。它是目前(qián)在國内外應用(yong)爲普遍的一種(zhong)集成傳感器，典(diǎn)型産品有AD590、AD592、TMP17、LM135等。

1.2模(mo)拟集成溫度控(kòng)制器
模拟集成(cheng)溫度控制器主(zhǔ)要包括溫控開(kāi)關、可編程溫度(dù)控制器，典型産(chǎn)品有LM56、AD22105和MAX6509。某些增(zeng)強型集成溫度(dù)控制器(例如TC652/653)中(zhōng)還包含了A/D轉換(huan)器以及固化好(hǎo)的程序，這與智(zhì)能溫度傳感器(qì)有某些相似之(zhī)處。但它自成系(xi)統，工作時并不(bu)受微處理器的(de)控制，這是二者(zhe)的主要區别。

1.3智(zhì)能溫度傳感器(qì)
智能溫度傳感(gǎn)器(亦稱數字溫(wen)度傳感器)是在(zai)20世紀90年代中期(qī)問世的。它是微(wei)電子技術、計算(suan)機技術和自動(dòng)測試技術(ATE)的結(jié)晶。目前，國際上(shàng)已開發出多種(zhong)智能溫度傳感(gan)器系列産品。智(zhì)能溫度傳感器(qì)内部都包含溫(wen)度傳感器、A/D轉換(huan)器、信号處理器(qì)、存儲器(或寄存(cun)器)和接口電路(lu)。有的産品還帶(dài)多路選擇器、中(zhong)央控制器(cpu)、随機(ji)存取存儲器(RAM)和(hé)隻讀存儲器(ROM)。智(zhi)能溫度傳感器(qi)的特點是能輸(shu)出溫度數據及(jí)相關的溫度控(kong)制量，适配各種(zhong)微控制器(MCU)；并且(qie)它是在硬件的(de)基礎上通過軟(ruan)件來實現測試(shì)功能的，其智能(neng)化程度也取決(jué)于軟件的開發(fa)水平。

2智能溫度(du)傳感器發展的(de)新趨勢
進入21世(shi)紀後，智能溫度(du)傳感器正朝着(zhe)高精度、多功能(néng)、總線标準化、高(gao)可靠性及安全(quan)性、開發虛拟傳(chuan)感器和網絡傳(chuan)感器、研制單片(pian)測溫系統等高(gāo)科技的方向迅(xùn)速發展。

2.1提高測(ce)溫精度和分辨(bian)力
在20世紀90年代(dài)中期早推出的(de)智能溫度傳感(gan)器，采用的是8位(wèi)A/D轉換器，其測溫(wēn)精度較低，分辨(biàn)力隻能達到1°C。目(mu)前，國外已相繼(ji)推出多種高精(jing)度、高分辨力的(de)智能溫度傳感(gǎn)器，所用的是9~12位(wèi)A/D轉換器，分辨力(li)一般可達0.5~0.0625°C。由美(mei)國DALLAS半導體公司(sī)新研制的DS1624型高(gāo)分辨力智能溫(wēn)度傳感器，能輸(shu)出13位二進制數(shù)據，其分辨力高(gāo)達0.03125°C，測溫精度爲(wèi)±0.2°C。爲了提高多通(tōng)道智能溫度傳(chuán)感器的轉換速(sù)率，也有的芯片(piàn)采用高速逐次(cì)逼近式A/D轉換器(qì)。以AD7817型5通道智能(néng)溫度傳感篇例(lì)，它對本地傳感(gǎn)器、每一路遠程(chéng)傳感器的轉換(huan)時間分别僅爲(wei)27us、9us。

2.2增加測試功能(neng)
新型智能溫度(dù)傳感器的測試(shì)功能也在不斷(duan)增強。例如，DS1629型單(dan)線智能溫度傳(chuan)感器增加了實(shi)時日曆時鍾（RTC），使(shǐ)其功能更加完(wan)善。DS1624還增加了存(cún)儲功能，利用芯(xīn)片内部256字節的(de)E2PROM存儲器，可存儲(chǔ)用戶的短信息(xī)。另外，智能溫度(dù)傳感器正從單(dan)通道向多通道(dào)的方向發展，這(zhe)就爲研制和開(kāi)發多路溫度測(ce)控系統創造了(le)良好條件。?br>

智能(néng)溫度傳感器都(dou)具有多種工作(zuò)模式可供選擇(zé)，主要包括單次(ci)轉換模式、連續(xu)轉換模式、待機(ji)模式，有的還增(zeng)加了低溫極限(xiàn)擴展模式，操作(zuò)非常簡便。對某(mǒu)些智能溫度傳(chuan)感器而言，主機(ji)(外部微處理器(qi)或單片機)還可(kě)通過相應的寄(jì)存器來設定其(qi)A/D轉換速率(典型(xíng)産品爲MAX6654)，分辨力(lì)及大轉換時間(jiān)(典型産品爲DS1624)。

能(néng)溫度控制器是(shi)在智能溫度傳(chuán)感器的基礎上(shàng)發展而成的。典(dian)型産品有DS1620、DS1623、TCN75、LM76、MAX6625。智能(neng)溫度控制器适(shì)配各種微控制(zhi)器，構成智能化(hua)溫控系統；它們(men)還可以脫離微(wei)控制器單獨工(gong)作，自行構成一(yī)個溫控儀。

2.3總線(xian)技術的标準化(hua)與規範化
目前(qián)，智能溫度傳感(gan)器的總線技術(shù)也實現了标準(zhun)化、規範化，所采(cǎi)用的總線主要(yao)有單線(1-Wire)總線、I2C總(zǒng)線、SMBus總線和spI總線(xiàn)。溫度傳感器轉(zhuǎn)從機可通過專(zhuan)用總線接口與(yǔ)主機進行通信(xìn)。

2.4可靠性及安全(quan)性設計
傳統的(de)A/D轉換器大多采(cǎi)用積分式或逐(zhu)次比較式轉換(huan)技術，其噪聲容(róng)限低，抑制混疊(dié)噪聲及量化噪(zào)聲的能力比較(jiao)差。新型智能溫(wēn)度傳感器(例如(ru)TMP12/16、LM74、LM83)普遍采用了高(gao)性能的Σ－Δ式A／Ｄ轉換(huàn)器，它能以很高(gao)的采樣速率和(hé)很低的采樣分(fen)辨力将模拟信(xin)号轉換成數字(zi)信号，再利用過(guò)采樣、噪聲整形(xíng)和數字濾波技(ji)術，來提高有效(xiào)分辨力。Σ－Δ式A／D轉換(huan)器不僅能濾除(chu)量化噪聲，而且(qie)對外圍元件的(de)精度要求低；由(you)于采用了數字(zì)反饋方式，因此(cǐ)比較器的失調(diao)電壓及零點漂(piao)移都不會影響(xiang)溫度的轉換精(jīng)度。這種智能溫(wen)度傳感器兼有(yǒu)抑制串模幹擾(rǎo)能力強、分辨力(li)高、線性度好、成(chéng)本低等優點。

爲(wei)了避免在溫控(kong)系統受到噪聲(sheng)幹擾時産生誤(wù)動作，在AD7416/7417/7817、LM75／76、MAX6625／6626等智能(néng)溫度傳感器的(de)内部，都設置了(le)一個可編程的(de)“故障排隊(fAultqueue)”計數(shu)器，專用于設定(ding)允許被測溫度(dù)值超過上、下限(xiàn)的次數。僅當被(bei)測溫度連續超(chao)過上限或低于(yu)下限的次數達(da)到或超過所設(she)定的次數n(n=1~4)時，才(cai)能觸發中斷端(duān)。若故障次數不(bu)滿足上述條件(jiàn)或故障不是連(lian)續發生的，故障(zhang)計數器就複位(wèi)而不會觸發中(zhōng)斷端。這意味着(zhe)假定n=3時，那麽偶(ǒu)然受到一次或(huò)兩次噪聲幹擾(rao)，都不會影響溫(wēn)控系統的正常(chang)工作。

LM76型智能溫(wēn)度傳感器增加(jia)了溫度窗口比(bi)較器，非常适合(he)設計一個符合(he)ACPI(AdvAnced ConfigurAtion And Power InterfAce，即“先進配置與(yǔ)電源接口”)規範(fàn)的溫控系統。這(zhè)種系統具有完(wan)善的過熱保護(hù)功能，可用來監(jian)控筆記本電腦(nao)和服務器中CPU及(ji)主電路的溫度(du)。微處理器高可(kě)承受的工茁度(dù)規定爲tH，台式計(jì)算機一般爲75°C，高(gāo)檔筆記本電腦(nǎo)的專用CPU可達100°C。一(yi)旦CPU或主電路的(de)溫度超出所設(shè)定的上、下限時(shí)， INT端立即使主機(jī)産生中斷，再通(tong)過電源控制器(qi)發出信号，迅速(su)将主電源關斷(duàn)起到保護作用(yòng)。此外，當溫度超(chao)過CPU的極限溫度(du)時，嚴重超溫報(bào)警輸出端(T_CRIT_A)也能(néng)直接關斷主電(diàn)源，并且該端還(hai)可通過獨立的(de)硬件關斷電路(lù)來切斷主電源(yuan)，以防主電源控(kong)制失靈。上述三(sān)重安全性保護(hu)措施已成爲國(guó)際上設計溫控(kong)系統的新觀念(niàn)。

爲防止因人體(tǐ)靜電放電(ESD)而損(sǔn)壞芯片。一些智(zhì)能溫度傳感器(qi)還增加了ESD保護(hù)電路，一般可承(cheng)受1000~4000V的靜電放電(diàn)電壓。通常是将(jiang)人體等效于由(yóu)100PF電容和1.2K歐姆電(dian)阻串聯而成的(de)電路模型，當人(ren)體放電時，TCN75型智(zhì)能溫度傳感器(qi)的串行接口端(duān)、中斷／比較器信(xìn)号輸出端和地(di)址輸入端均可(kě)承受1000V的靜電放(fang)電電壓。LM83型智能(néng)溫度傳感器則(ze)可承受4000V的靜電(diàn)放電電壓。

新開(kāi)發的智能溫度(du)傳感器(例如MAX6654、LM83)還(hai)增加了傳感器(qì)故障檢測功能(neng)，能自動檢測外(wai)部晶體管溫度(dù)傳感器(亦稱遠(yuan)程傳感器)的開(kai)路或短路故障(zhàng)。MAX6654還具有選擇“寄(jì)生阻抗抵消”(PArAsitic ResistAnce CAncellAtion，英(ying)文縮寫爲prc)模式(shi)，能抵消遠程傳(chuán)感器引線阻抗(kàng)所引起的測溫(wēn)誤差，即使引線(xiàn)阻抗達到100歐姆(mǔ)，也不會影響測(cè)量精度。遠程傳(chuán)感器引線可采(cǎi)用普通雙絞線(xiàn)或者帶屏蔽層(céng)的雙絞線。

2.5虛拟(nǐ)溫度傳感器和(hé)網絡溫度傳感(gǎn)器
(1)虛拟傳感器(qi)
虛拟傳感器是(shi)基于傳感器硬(ying)件和計算機平(píng)台、并通過軟件(jiàn)開發而成的。利(li)用軟件可完成(cheng)傳感器的标定(dìng)及校準，以實現(xiàn)佳性能指标。近(jin)，美國Ｂ＆Ｋ公司已開(kai)發出一種基于(yú)軟件設置的TEDS型(xing)虛拟傳感器，其(qi)主要特點是每(mei)隻傳感器都有(yǒu)唯一的産品序(xu)列号并且附帶(dai)一張軟盤，軟盤(pán)上存儲着對該(gai)傳感器進行标(biao)定的有關數據(jù)。使用時，傳感器(qì)通過數據采集(jí)器接至計算機(ji)，首先從計算機(jī)輸入該傳感器(qì)的産品序列号(hao)，再從軟盤上讀(dú)出有關數據，然(ran)後自動完成對(dui)傳感器的檢查(cha)、傳感器參數的(de)讀取、傳感器設(shè)置和記錄工作(zuò)。

(2)網絡溫度傳感(gan)器
網絡溫度傳(chuan)感器是包含數(shu)字傳感器、網絡(luo)接口和處理單(dān)元的新一代智(zhi)能傳感器。數字(zì)傳感器首先将(jiāng)被測溫度轉換(huàn)成數字量，再送(sòng)給微控制器作(zuò)數據處理。後将(jiāng)測量結果傳輸(shu)給網絡，以便實(shí)現各傳感器之(zhī)間、傳感器與執(zhí)行器之間、傳感(gǎn)器與系統之間(jiān)的數據交換及(jí)資源共享，在更(gèng)換傳感器時無(wu)須進行标定和(he)校準，可做到“即(ji)插即用(Plug&PlAy)”，這樣就(jiu)極大地方便了(le)用戶。

2.6單片測溫(wen)系統
單片系統(tǒng)(System On Chip)是21世紀一項高(gāo)新科技産品。它(tā)是在芯片上集(ji)成一個系統或(huo)子系統，其集成(chéng)度将高達108~109元件(jiàn)/片，這将給IC産業(ye)及IC應用帶來劃(huà)時代的進步。半(bàn)導體工業協會(huì)(SIA)對單片系統集(jí)成所作的預測(ce)見表1。目前，國際(jì)上一些著名的(de)IC廠家已開始研(yán)制單片測溫系(xì)統，相信在不久(jiǔ)的将來即可面(mian)市。

表1單片系統(tong)集成電路的發(fā)展預測
年 份 2001 2002 2007 2010
小(xiǎo)線寬/um 0.18 0.13 0.1 0.07
包含晶體(ti)管數量/片 1.3X108 2.5X108 5X108 9X108
成本(běn)/(晶體管/毫美分(fen)) 0.2 0.1 0.05 0.02
芯片尺寸/mm2 750 900 1100 1400
電源(yuán)電壓/V 1.8 1.5 1.2 0.9
新片I/O數 2000 2600 3600 4800