現(xiàn)代信息(xi)技術的(de)三大基(jī)礎是信(xin)息采集(jí)(即傳感(gǎn)器技術(shu))、信息傳(chuán)輸(通信(xin)技術)和(he)信息處(chù)理(計算(suan)機技術(shù))。傳感器(qi)屬于信(xìn)息技術(shu)的前沿(yan)尖端産(chǎn)品，尤其(qi)是溫度(du)傳感器(qi)被廣泛(fàn)用于工(gōng)農業生(sheng)産、科學(xue)研究和(he)生活等(děng)領域，數(shu)量高居(jū)各種傳(chuán)感器之(zhī)首。近百(bǎi)年來，溫(wen)度傳感(gan)器的發(fa)展大緻(zhi)經曆了(le)以下三(sān)個階段(duàn)；(1)傳統的(de)分立式(shì)溫度傳(chuán)感器(含(hán)敏感元(yuan)件)；(2)模拟(nǐ)集成溫(wen)度傳感(gan)器／控制(zhi)器；(3)智能(néng)溫度傳(chuan)感器。目(mù)前，國際(ji)上新型(xing)溫度傳(chuan)感器正(zhèng)從模拟(nǐ)式向數(shu)字式、由(you)集成化(hua)向智能(néng)化、網絡(luò)化的方(fang)向發展(zhan)。

１集成溫(wēn)度傳感(gǎn)器的産(chǎn)品分類(lèi)
1.1模拟集(ji)成溫度(du)傳感器(qi)
集成傳(chuán)感器是(shì)采用矽(xi)半導體(tǐ)集成工(gong)藝而制(zhì)成的，因(yin)此亦稱(cheng)矽傳感(gan)器或單(dān)片集成(chéng)溫度傳(chuan)感器。模(mó)拟集成(chéng)溫度傳(chuan)感器是(shi)在20世紀(jì)80年代問(wèn)世的，它(tā)是将溫(wen)度傳感(gan)器集成(chéng)在一個(gè)芯片上(shang)、可完成(cheng)溫度測(cè)量及模(mo)拟信号(hao)輸出功(gōng)能的專(zhuan)用IC。模拟(ni)集成溫(wēn)度傳感(gan)器的主(zhǔ)要特點(dian)是功能(néng)單一(僅(jin)測量溫(wēn)度)、測溫(wēn)誤差小(xiǎo)、價格低(di)、響應速(sù)度快、傳(chuan)輸距離(li)遠、體積(ji)小、微功(gong)耗等，适(shì)合遠距(jù)離測溫(wēn)、控溫，不(bu)需要進(jìn)行非線(xiàn)性校準(zhǔn)，外圍電(diàn)路簡單(dan)。它是目(mu)前在國(guó)内外應(yīng)用最爲(wèi)普遍的(de)一種集(jí)成傳感(gan)器，典型(xíng)産品有(yǒu)AD590、AD592、TMP17、LM135等。

1.2模拟(ni)集成溫(wen)度控制(zhi)器
模拟(nǐ)集成溫(wen)度控制(zhi)器主要(yào)包括溫(wēn)控開關(guan)、可編程(cheng)溫度控(kong)制器，典(diǎn)型産品(pǐn)有LM56、AD22105和MAX6509。某(mǒu)些增強(qiáng)型集成(chéng)溫度控(kong)制器(例(lì)如TC652/653)中還(hái)包含了(le)A/D轉換器(qì)以及固(gu)化好的(de)程序，這(zhè)與智能(neng)溫度傳(chuán)感器有(yǒu)某些相(xiang)似之處(chù)。但它自(zi)成系統(tǒng)，工作時(shí)并不受(shou)微處理(li)器的控(kòng)制，這是(shi)二者的(de)主要區(qū)别。

1.3智能(neng)溫度傳(chuán)感器
智(zhi)能溫度(dù)傳感器(qì)(亦稱數(shù)字溫度(dù)傳感器(qi))是在20世(shì)紀90年代(dài)中期問(wen)世的。它(ta)是微電(diàn)子技術(shu)、計算機(ji)技術和(hé)自動測(ce)試技術(shù)(ATE)的結晶(jīng)。目前，國(guo)際上已(yi)開發出(chū)多種智(zhì)能溫度(du)傳感器(qì)系列産(chǎn)品。智能(néng)溫度傳(chuán)感器内(nèi)部都包(bāo)含溫度(du)傳感器(qi)、A/D轉換器(qi)、信号處(chu)理器、存(cun)儲器(或(huo)寄存器(qì))和接口(kǒu)電路。有(yǒu)的産品(pin)還帶多(duō)路選擇(ze)器、中央(yang)控制器(qì)(cpu)、随機存(cún)取存儲(chu)器(RAM)和隻(zhi)讀存儲(chǔ)器(ROM)。智能(néng)溫度傳(chuan)感器的(de)特點是(shì)能輸出(chū)溫度數(shu)據及相(xiang)關的溫(wēn)度控制(zhì)量，适配(pei)各種微(wei)控制器(qi)(MCU)；并且它(tā)是在硬(ying)件的基(jī)礎上通(tōng)過軟件(jian)來實現(xian)測試功(gong)能的，其(qí)智能化(hua)程度也(yě)取決于(yú)軟件的(de)開發水(shui)平。

2智能(neng)溫度傳(chuan)感器發(fā)展的新(xīn)趨勢
進(jin)入21世紀(jì)後，智能(néng)溫度傳(chuan)感器正(zhèng)朝着高(gao)精度、多(duō)功能、總(zong)線标準(zhǔn)化、高可(kě)靠性及(jí)安全性(xìng)、開發虛(xu)拟傳感(gǎn)器和網(wang)絡傳感(gǎn)器、研制(zhì)單片測(ce)溫系統(tong)等高科(ke)技的方(fāng)向迅速(sù)發展。

2.1提(ti)高測溫(wēn)精度和(he)分辨力(li)
在20世紀(ji)90年代中(zhong)期最早(zǎo)推出的(de)智能溫(wēn)度傳感(gan)器，采用(yong)的是8位(wei)A/D轉換器(qì)，其測溫(wen)精度較(jiào)低，分辨(biàn)力隻能(néng)達到1°C。目(mu)前，國外(wai)已相繼(jì)推出多(duō)種高精(jīng)度、高分(fèn)辨力的(de)智能溫(wen)度傳感(gǎn)器，所用(yòng)的是9~12位(wèi)A/D轉換器(qi)，分辨力(lì)一般可(kě)達0.5~0.0625°C。由美(mei)國DALLAS半導(dao)體公司(sī)新研制(zhi)的DS1624型高(gao)分辨力(li)智能溫(wen)度傳感(gan)器，能輸(shu)出13位二(èr)進制數(shu)據，其分(fèn)辨力高(gāo)達0.03125°C，測溫(wen)精度爲(wei)±0.2°C。爲了提(tí)高多通(tōng)道智能(neng)溫度傳(chuán)感器的(de)轉換速(su)率，也有(yǒu)的芯片(pian)采用高(gāo)速逐次(cì)逼近式(shi)A/D轉換器(qì)。以AD7817型5通(tong)道智能(néng)溫度傳(chuán)感器爲(wei)例，它對(dui)本地傳(chuan)感器、每(mei)一路遠(yuan)程傳感(gǎn)器的轉(zhuan)換時間(jiān)分别僅(jǐn)爲27us、9us。

2.2增加(jiā)測試功(gong)能
新型(xing)智能溫(wen)度傳感(gǎn)器的測(cè)試功能(néng)也在不(bú)斷增強(qiang)。例如，DS1629型(xing)單線智(zhi)能溫度(du)傳感器(qì)增加了(le)實時日(rì)曆時鍾(zhōng)（RTC），使其功(gong)能更加(jia)完善。DS1624還(hai)增加了(le)存儲功(gōng)能，利用(yong)芯片内(nei)部256字節(jiē)的E2PROM存儲(chǔ)器，可存(cun)儲用戶(hu)的短信(xìn)息。另外(wài)，智能溫(wēn)度傳感(gǎn)器正從(cóng)單通道(dao)向多通(tōng)道的方(fang)向發展(zhan)，這就爲(wei)研制和(he)開發多(duō)路溫度(du)測控系(xì)統創造(zào)了良好(hǎo)條件。?br>

智(zhì)能溫度(du)傳感器(qi)都具有(yǒu)多種工(gong)作模式(shi)可供選(xuǎn)擇，主要(yao)包括單(dān)次轉換(huàn)模式、連(lián)續轉換(huàn)模式、待(dài)機模式(shi)，有的還(hái)增加了(le)低溫極(jí)限擴展(zhǎn)模式，操(cao)作非常(chang)簡便。對(duì)某些智(zhi)能溫度(du)傳感器(qi)而言，主(zhǔ)機(外部(bu)微處理(lǐ)器或單(dān)片機)還(hai)可通過(guo)相應的(de)寄存器(qi)來設定(dìng)其A/D轉換(huan)速率(典(dian)型産品(pin)爲MAX6654)，分辨(bian)力及最(zuì)大轉換(huan)時間(典(diǎn)型産品(pin)爲DS1624)。

能溫(wēn)度控制(zhì)器是在(zai)智能溫(wen)度傳感(gǎn)器的基(ji)礎上發(fā)展而成(cheng)的。典型(xing)産品有(you)DS1620、DS1623、TCN75、LM76、MAX6625。智能溫(wēn)度控制(zhi)器适配(pei)各種微(wēi)控制器(qì)，構成智(zhì)能化溫(wen)控系統(tǒng)；它們還(hai)可以脫(tuo)離微控(kòng)制器單(dān)獨工作(zuò)，自行構(gou)成一個(gè)溫控儀(yi)。

2.3總線技(jì)術的标(biao)準化與(yǔ)規範化(hua)
目前，智(zhì)能溫度(du)傳感器(qi)的總線(xiàn)技術也(yě)實現了(le)标準化(huà)、規範化(huà)，所采用(yòng)的總線(xian)主要有(you)單線(1-Wire)總(zǒng)線、I2C總線(xiàn)、SMBus總線和(hé)spI總線。溫(wen)度傳感(gan)器作爲(wèi)從機可(ke)通過專(zhuān)用總線(xiàn)接口與(yu)主機進(jin)行通信(xìn)。

2.4可靠性(xing)及安全(quan)性設計(jì)
傳統的(de)A/D轉換器(qì)大多采(cǎi)用積分(fèn)式或逐(zhú)次比較(jiào)式轉換(huàn)技術，其(qi)噪聲容(róng)限低，抑(yi)制混疊(dié)噪聲及(ji)量化噪(zao)聲的能(néng)力比較(jiao)差。新型(xíng)智能溫(wēn)度傳感(gan)器(例如(ru)TMP12/17、LM74、LM83)普遍采(cǎi)用了高(gao)性能的(de)Σ－Δ式A／Ｄ轉換(huan)器，它能(neng)以很高(gao)的采樣(yàng)速率和(he)很低的(de)采樣分(fèn)辨力将(jiang)模拟信(xin)号轉換(huan)成數字(zì)信号，再(zai)利用過(guo)采樣、噪(zao)聲整形(xing)和數字(zì)濾波技(jì)術，來提(tí)高有效(xiào)分辨力(li)。Σ－Δ式A／D轉換(huàn)器不僅(jin)能濾除(chú)量化噪(zào)聲，而且(qie)對外圍(wei)元件的(de)精度要(yào)求低；由(yóu)于采用(yong)了數字(zì)反饋方(fāng)式，因此(ci)比較器(qi)的失調(diao)電壓及(jí)零點漂(piao)移都不(bu)會影響(xiang)溫度的(de)轉換精(jīng)度。這種(zhong)智能溫(wēn)度傳感(gan)器兼有(yǒu)抑制串(chuàn)模幹擾(rǎo)能力強(qiáng)、分辨力(lì)高、線性(xìng)度好、成(chéng)本低等(deng)優點。

爲(wèi)了避免(mian)在溫控(kòng)系統受(shòu)到噪聲(shēng)幹擾時(shí)産生誤(wu)動作，在(zai)AD7416/7417/7817、LM75／76、MAX6625／6626等智能(neng)溫度傳(chuán)感器的(de)内部，都(dou)設置了(le)一個可(kě)編程的(de)“故障排(pái)隊(fAultqueue)”計數(shu)器，專用(yong)于設定(dìng)允許被(bèi)測溫度(du)值超過(guò)上、下限(xiàn)的次數(shu)。僅當被(bei)測溫度(du)連續超(chāo)過上限(xiàn)或低于(yu)下限的(de)次數達(da)到或超(chao)過所設(shè)定的次(cì)數n(n=1~4)時，才(cái)能觸發(fā)中斷端(duān)。若故障(zhang)次數不(bú)滿足上(shàng)述條件(jiàn)或故障(zhang)不是連(lian)續發生(shēng)的，故障(zhàng)計數器(qì)就複位(wèi)而不會(hui)觸發中(zhong)斷端。這(zhe)意味着(zhe)假定n=3時(shí)，那麽偶(ou)然受到(dào)一次或(huo)兩次噪(zao)聲幹擾(rǎo)，都不會(huì)影響溫(wēn)控系統(tong)的正常(cháng)工作。

LM76型(xíng)智能溫(wen)度傳感(gǎn)器增加(jiā)了溫度(dù)窗口比(bǐ)較器，非(fei)常适合(he)設計一(yī)個符合(he)ACPI(AdvAnced ConfigurAtion And Power InterfAce，即“先進(jin)配置與(yǔ)電源接(jiē)口”)規範(fan)的溫控(kòng)系統。這(zhe)種系統(tǒng)具有完(wán)善的過(guo)熱保護(hù)功能，可(ke)用來監(jian)控筆記(jì)本電腦(nao)和服務(wù)器中CPU及(jí)主電路(lu)的溫度(dù)。微處理(li)器最高(gao)可承受(shòu)的工作(zuo)溫度規(guī)定爲tH，台(tái)式計算(suàn)機一般(bān)爲75°C，高檔(dang)筆記本(ben)電腦的(de)專用CPU可(kě)達100°C。一旦(dàn)CPU或主電(diàn)路的溫(wēn)度超出(chu)所設定(ding)的上、下(xia)限時， INT端(duān)立即使(shi)主機産(chan)生中斷(duàn)，再通過(guò)電源控(kòng)制器發(fa)出信号(hào)，迅速将(jiang)主電源(yuan)關斷起(qi)到保護(hù)作用。此(cǐ)外，當溫(wēn)度超過(guo)CPU的極限(xiàn)溫度時(shí)，嚴重超(chao)溫報警(jing)輸出端(duan)(T_CRIT_A)也能直(zhi)接關斷(duan)主電源(yuán)，并且該(gāi)端還可(ke)通過獨(du)立的硬(ying)件關斷(duàn)電路來(lái)切斷主(zhǔ)電源，以(yi)防主電(dian)源控制(zhi)失靈。上(shàng)述三重(zhong)安全性(xing)保護措(cuò)施已成(chéng)爲國際(ji)上設計(jì)溫控系(xi)統的新(xīn)觀念。

爲(wèi)防止因(yin)人體靜(jìng)電放電(dian)(ESD)而損壞(huai)芯片。一(yī)些智能(neng)溫度傳(chuán)感器還(hái)增加了(le)ESD保護電(dian)路，一般(bān)可承受(shòu)1000~4000V的靜電(dian)放電電(dian)壓。通常(chang)是将人(ren)體等效(xiào)于由100PF電(diàn)容和1.2K歐(ōu)姆電阻(zu)串聯而(ér)成的電(diàn)路模型(xíng)，當人體(tǐ)放電時(shi)，TCN75型智能(néng)溫度傳(chuan)感器的(de)串行接(jie)口端、中(zhōng)斷／比較(jiao)器信号(hào)輸出端(duan)和地址(zhi)輸入端(duan)均可承(cheng)受1000V的靜(jìng)電放電(dian)電壓。LM83型(xíng)智能溫(wen)度傳感(gǎn)器則可(ke)承受4000V的(de)靜電放(fang)電電壓(yā)。

最新開(kai)發的智(zhì)能溫度(du)傳感器(qì)(例如MAX6654、LM83)還(hái)增加了(le)傳感器(qi)故障檢(jiǎn)測功能(neng)，能自動(dòng)檢測外(wài)部晶體(tǐ)管溫度(dù)傳感器(qi)(亦稱遠(yuan)程傳感(gǎn)器)的開(kai)路或短(duan)路故障(zhàng)。MAX6654還具有(you)選擇“寄(jì)生阻抗(kang)抵消”(PArAsitic ResistAnce CAncellAtion，英(yīng)文縮寫(xiě)爲prc)模式(shì)，能抵消(xiāo)遠程傳(chuan)感器引(yin)線阻抗(kang)所引起(qǐ)的測溫(wēn)誤差，即(jí)使引線(xiàn)阻抗達(da)到100歐姆(mǔ)，也不會(hui)影響測(ce)量精度(dù)。遠程傳(chuan)感器引(yin)線可采(cǎi)用普通(tong)雙絞線(xiàn)或者帶(dài)屏蔽層(céng)的雙絞(jiǎo)線。

2.5虛拟(nǐ)溫度傳(chuán)感器和(he)網絡溫(wēn)度傳感(gǎn)器
(1)虛拟(ni)傳感器(qi)
虛拟傳(chuán)感器是(shi)基于傳(chuan)感器硬(yìng)件和計(jì)算機平(ping)台、并通(tong)過軟件(jian)開發而(ér)成的。利(lì)用軟件(jiàn)可完成(cheng)傳感器(qi)的标定(dìng)及校準(zhun)，以實現(xian)最佳性(xìng)能指标(biāo)。最近，美(mei)國Ｂ＆Ｋ公司(si)已開發(fa)出一種(zhǒng)基于軟(ruan)件設置(zhi)的TEDS型虛(xū)拟傳感(gǎn)器，其主(zhǔ)要特點(dian)是每隻(zhī)傳感器(qi)都有唯(wei)一的産(chan)品序列(liè)号并且(qie)附帶一(yi)張軟盤(pán)，軟盤上(shàng)存儲着(zhe)對該傳(chuán)感器進(jin)行标定(dìng)的有關(guan)數據。使(shǐ)用時，傳(chuan)感器通(tong)過數據(jù)采集器(qi)接至計(jì)算機，首(shou)先從計(ji)算機輸(shu)入該傳(chuan)感器的(de)産品序(xù)列号，再(zài)從軟盤(pán)上讀出(chu)有關數(shu)據，然後(hòu)自動完(wán)成對傳(chuan)感器的(de)檢查、傳(chuán)感器參(cān)數的讀(du)取、傳感(gan)器設置(zhì)和記錄(lù)工作。

(2)網(wang)絡溫度(dù)傳感器(qi)
網絡溫(wēn)度傳感(gǎn)器是包(bāo)含數字(zi)傳感器(qì)、網絡接(jiē)口和處(chu)理單元(yuan)的新一(yi)代智能(néng)傳感器(qi)。數字傳(chuán)感器首(shǒu)先将被(bèi)測溫度(du)轉換成(chéng)數字量(liàng)，再送給(gei)微控制(zhi)器作數(shu)據處理(li)。最後将(jiang)測量結(jié)果傳輸(shū)給網絡(luo)，以便實(shí)現各傳(chuan)感器之(zhī)間、傳感(gan)器與執(zhí)行器之(zhī)間、傳感(gan)器與系(xi)統之間(jian)的數據(ju)交換及(ji)資源共(gòng)享，在更(geng)換傳感(gan)器時無(wú)須進行(hang)标定和(he)校準，可(ke)做到“即(ji)插即用(yòng)(Plug&PlAy)”，這樣就(jiù)極大地(di)方便了(le)用戶。

2.6單(dān)片測溫(wēn)系統
單(dān)片系統(tong)(System On Chip)是21世紀(ji)一項高(gāo)新科技(jì)産品。它(tā)是在芯(xin)片上集(ji)成一個(ge)系統或(huo)子系統(tong)，其集成(chéng)度将高(gao)達108~109元件(jiàn)/片，這将(jiang)給IC産業(yè)及IC應用(yong)帶來劃(huà)時代的(de)進步。半(bàn)導體工(gōng)業協會(hui)(SIA)對單片(piàn)系統集(jí)成所作(zuò)的預測(cè)見表1。目(mu)前，國際(ji)上一些(xie)著名的(de)IC廠家已(yi)開始研(yan)制單片(piàn)測溫系(xi)統，相信(xìn)在不久(jiǔ)的将來(lái)即可面(miàn)市。

表1單(dān)片系統(tong)集成電(dian)路的發(fā)展預測(cè)
年 份 2001 2002 2007 2010
最(zuì)小線寬(kuan)/um 0.18 0.13 0.1 0.07
包含晶(jīng)體管數(shù)量/片 1.3X108 2.5X108 5X108 9X108
成(cheng)本/(晶體(ti)管/毫美(měi)分) 0.2 0.1 0.05 0.02
芯片(piàn)尺寸/mm2 750 900 1100 1400
電(diàn)源電壓(yā)/V 1.8 1.5 1.2 0.9
新片I/O數(shu) 2000 2600 3600 4800