現代(dai)信息(xi)技術(shu)的三(san)大基(ji)礎是(shi)信息(xi)采集(ji)(即傳(chuan)感器(qi)技術(shu))、信息(xi)傳輸(shu)(通信(xin)技術(shu))和信(xin)息處(chu)理(計(ji)算機(ji)技術(shu))。傳感(gan)器屬(shu)于信(xin)息技(ji)術的(de)前沿(yan)尖端(duan)産品(pin)，尤其(qi)是溫(wen)度傳(chuan)感器(qi)被廣(guang)泛用(yong)于工(gong)農業(ye)生産(chan)、科學(xue)研究(jiu)和生(sheng)活等(deng)領域(yu)，數量(liang)高居(ju)各種(zhong)傳感(gan)器之(zhi)首。近(jin)百年(nian)來，溫(wen)度傳(chuan)感器(qi)的發(fa)展大(da)緻經(jing)曆了(le)以下(xia)三個(ge)階段(duan)；(1)傳統(tong)的分(fen)立式(shi)溫度(du)傳感(gan)器(含(han)敏感(gan)元件(jian))；(2)模拟(ni)集成(cheng)溫度(du)傳感(gan)器／控(kong)制器(qi)；(3)智能(neng)溫度(du)傳感(gan)器。目(mu)前，國(guo)際上(shang)新型(xing)溫度(du)傳感(gan)器正(zheng)從模(mo)拟式(shi)向數(shu)字式(shi)、由集(ji)成化(hua)向智(zhi)能化(hua)、網絡(luo)化的(de)方向(xiang)發展(zhan)。

１集成(cheng)溫度(du)傳感(gan)器的(de)産品(pin)分類(lei)
1.1模拟(ni)集成(cheng)溫度(du)傳感(gan)器
集(ji)成傳(chuan)感器(qi)是采(cai)用矽(xi)半導(dao)體集(ji)成工(gong)藝而(er)制成(cheng)的，因(yin)此亦(yi)稱矽(xi)傳感(gan)器或(huo)單片(pian)集成(cheng)溫度(du)傳感(gan)器。模(mo)拟集(ji)成溫(wen)度傳(chuan)感器(qi)是在(zai)20世紀(ji)80年代(dai)問世(shi)的，它(ta)是将(jiang)溫度(du)傳感(gan)器集(ji)成在(zai)一個(ge)芯片(pian)上、可(ke)完成(cheng)溫度(du)測量(liang)及模(mo)拟信(xin)号輸(shu)出功(gong)能的(de)專用(yong)IC。模拟(ni)集成(cheng)溫度(du)傳感(gan)器的(de)主要(yao)特點(dian)是功(gong)能單(dan)一(僅(jin)測量(liang)溫度(du))、測溫(wen)誤差(cha)小、價(jia)格低(di)、響應(ying)速度(du)快、傳(chuan)輸距(ju)離遠(yuan)、體積(ji)小、微(wei)功耗(hao)等，适(shi)合遠(yuan)距離(li)測溫(wen)、控溫(wen)，不需(xu)要進(jin)行非(fei)線性(xing)校準(zhun)，外圍(wei)電路(lu)簡單(dan)。它是(shi)目前(qian)在國(guo)内外(wai)應用(yong)最爲(wei)普遍(bian)的一(yi)種集(ji)成傳(chuan)感器(qi)，典型(xing)産品(pin)有AD590、AD592、TMP17、LM135等(deng)。

1.2模拟(ni)集成(cheng)溫度(du)控制(zhi)器
模(mo)拟集(ji)成溫(wen)度控(kong)制器(qi)主要(yao)包括(kuo)溫控(kong)開關(guan)、可編(bian)程溫(wen)度控(kong)制器(qi)，典型(xing)産品(pin)有LM56、AD22105和(he)MAX6509。某些(xie)增強(qiang)型集(ji)成溫(wen)度控(kong)制器(qi)(例如(ru)TC652/653)中還(hai)包含(han)了A/D轉(zhuan)換器(qi)以及(ji)固化(hua)好的(de)程序(xu)，這與(yu)智能(neng)溫度(du)傳感(gan)器有(you)某些(xie)相似(si)之處(chu)。但它(ta)自成(cheng)系統(tong)，工作(zuo)時并(bing)不受(shou)微處(chu)理器(qi)的控(kong)制，這(zhe)是二(er)者的(de)主要(yao)區别(bie)。

1.3智能(neng)溫度(du)傳感(gan)器
智(zhi)能溫(wen)度傳(chuan)感器(qi)(亦稱(cheng)數字(zi)溫度(du)傳感(gan)器)是(shi)在20世(shi)紀90年(nian)代中(zhong)期問(wen)世的(de)。它是(shi)微電(dian)子技(ji)術、計(ji)算機(ji)技術(shu)和自(zi)動測(ce)試技(ji)術(ATE)的(de)結晶(jing)。目前(qian)，國際(ji)上已(yi)開發(fa)出多(duo)種智(zhi)能溫(wen)度傳(chuan)感器(qi)系列(lie)産品(pin)。智能(neng)溫度(du)傳感(gan)器内(nei)部都(dou)包含(han)溫度(du)傳感(gan)器、A/D轉(zhuan)換器(qi)、信号(hao)處理(li)器、存(cun)儲器(qi)(或寄(ji)存器(qi))和接(jie)口電(dian)路。有(you)的産(chan)品還(hai)帶多(duo)路選(xuan)擇器(qi)、中央(yang)控制(zhi)器(cpu)、随(sui)機存(cun)取存(cun)儲器(qi)(RAM)和隻(zhi)讀存(cun)儲器(qi)(ROM)。智能(neng)溫度(du)傳感(gan)器的(de)特點(dian)是能(neng)輸出(chu)溫度(du)數據(ju)及相(xiang)關的(de)溫度(du)控制(zhi)量，适(shi)配各(ge)種微(wei)控制(zhi)器(MCU)；并(bing)且它(ta)是在(zai)硬件(jian)的基(ji)礎上(shang)通過(guo)軟件(jian)來實(shi)現測(ce)試功(gong)能的(de)，其智(zhi)能化(hua)程度(du)也取(qu)決于(yu)軟件(jian)的開(kai)發水(shui)平。

2智(zhi)能溫(wen)度傳(chuan)感器(qi)發展(zhan)的新(xin)趨勢(shi)
進入(ru)21世紀(ji)後，智(zhi)能溫(wen)度傳(chuan)感器(qi)正朝(chao)着高(gao)精度(du)、多功(gong)能、總(zong)線标(biao)準化(hua)、高可(ke)靠性(xing)及安(an)全性(xing)、開發(fa)虛拟(ni)傳感(gan)器和(he)網絡(luo)傳感(gan)器、研(yan)制單(dan)片測(ce)溫系(xi)統等(deng)高科(ke)技的(de)方向(xiang)迅速(su)發展(zhan)。

2.1提高(gao)測溫(wen)精度(du)和分(fen)辨力(li)
在20世(shi)紀90年(nian)代中(zhong)期最(zui)早推(tui)出的(de)智能(neng)溫度(du)傳感(gan)器，采(cai)用的(de)是8位(wei)A/D轉換(huan)器，其(qi)測溫(wen)精度(du)較低(di)，分辨(bian)力隻(zhi)能達(da)到1°C。目(mu)前，國(guo)外已(yi)相繼(ji)推出(chu)多種(zhong)高精(jing)度、高(gao)分辨(bian)力的(de)智能(neng)溫度(du)傳感(gan)器，所(suo)用的(de)是9~12位(wei)A/D轉換(huan)器，分(fen)辨力(li)一般(ban)可達(da)0.5~0.0625°C。由美(mei)國DALLAS半(ban)導體(ti)公司(si)新研(yan)制的(de)DS1624型高(gao)分辨(bian)力智(zhi)能溫(wen)度傳(chuan)感器(qi)，能輸(shu)出13位(wei)二進(jin)制數(shu)據，其(qi)分辨(bian)力高(gao)達0.03125°C，測(ce)溫精(jing)度爲(wei)±0.2°C。爲了(le)提高(gao)多通(tong)道智(zhi)能溫(wen)度傳(chuan)感器(qi)的轉(zhuan)換速(su)率，也(ye)有的(de)芯片(pian)采用(yong)高速(su)逐次(ci)逼近(jin)式A/D轉(zhuan)換器(qi)。以AD7817型(xing)5通道(dao)智能(neng)溫度(du)傳感(gan)器爲(wei)例，它(ta)對本(ben)地傳(chuan)感器(qi)、每一(yi)路遠(yuan)程傳(chuan)感器(qi)的轉(zhuan)換時(shi)間分(fen)别僅(jin)爲27us、9us。

2.2增(zeng)加測(ce)試功(gong)能
新(xin)型智(zhi)能溫(wen)度傳(chuan)感器(qi)的測(ce)試功(gong)能也(ye)在不(bu)斷增(zeng)強。例(li)如，DS1629型(xing)單線(xian)智能(neng)溫度(du)傳感(gan)器增(zeng)加了(le)實時(shi)日曆(li)時鍾(zhong)（RTC），使其(qi)功能(neng)更加(jia)完善(shan)。DS1624還增(zeng)加了(le)存儲(chu)功能(neng)，利用(yong)芯片(pian)内部(bu)256字節(jie)的E2PROM存(cun)儲器(qi)，可存(cun)儲用(yong)戶的(de)短信(xin)息。另(ling)外，智(zhi)能溫(wen)度傳(chuan)感器(qi)正從(cong)單通(tong)道向(xiang)多通(tong)道的(de)方向(xiang)發展(zhan)，這就(jiu)爲研(yan)制和(he)開發(fa)多路(lu)溫度(du)測控(kong)系統(tong)創造(zao)了良(liang)好條(tiao)件。?br>

智(zhi)能溫(wen)度傳(chuan)感器(qi)都具(ju)有多(duo)種工(gong)作模(mo)式可(ke)供選(xuan)擇，主(zhu)要包(bao)括單(dan)次轉(zhuan)換模(mo)式、連(lian)續轉(zhuan)換模(mo)式、待(dai)機模(mo)式，有(you)的還(hai)增加(jia)了低(di)溫極(ji)限擴(kuo)展模(mo)式，操(cao)作非(fei)常簡(jian)便。對(dui)某些(xie)智能(neng)溫度(du)傳感(gan)器而(er)言，主(zhu)機(外(wai)部微(wei)處理(li)器或(huo)單片(pian)機)還(hai)可通(tong)過相(xiang)應的(de)寄存(cun)器來(lai)設定(ding)其A/D轉(zhuan)換速(su)率(典(dian)型産(chan)品爲(wei)MAX6654)，分辨(bian)力及(ji)最大(da)轉換(huan)時間(jian)(典型(xing)産品(pin)爲DS1624)。

能(neng)溫度(du)控制(zhi)器是(shi)在智(zhi)能溫(wen)度傳(chuan)感器(qi)的基(ji)礎上(shang)發展(zhan)而成(cheng)的。典(dian)型産(chan)品有(you)DS1620、DS1623、TCN75、LM76、MAX6625。智能(neng)溫度(du)控制(zhi)器适(shi)配各(ge)種微(wei)控制(zhi)器，構(gou)成智(zhi)能化(hua)溫控(kong)系統(tong)；它們(men)還可(ke)以脫(tuo)離微(wei)控制(zhi)器單(dan)獨工(gong)作，自(zi)行構(gou)成一(yi)個溫(wen)控儀(yi)。

2.3總線(xian)技術(shu)的标(biao)準化(hua)與規(gui)範化(hua)
目前(qian)，智能(neng)溫度(du)傳感(gan)器的(de)總線(xian)技術(shu)也實(shi)現了(le)标準(zhun)化、規(gui)範化(hua)，所采(cai)用的(de)總線(xian)主要(yao)有單(dan)線(1-Wire)總(zong)線、I2C總(zong)線、SMBus總(zong)線和(he)spI總線(xian)。溫度(du)傳感(gan)器作(zuo)爲從(cong)機可(ke)通過(guo)專用(yong)總線(xian)接口(kou)與主(zhu)機進(jin)行通(tong)信。

2.4可(ke)靠性(xing)及安(an)全性(xing)設計(ji)
傳統(tong)的A/D轉(zhuan)換器(qi)大多(duo)采用(yong)積分(fen)式或(huo)逐次(ci)比較(jiao)式轉(zhuan)換技(ji)術，其(qi)噪聲(sheng)容限(xian)低，抑(yi)制混(hun)疊噪(zao)聲及(ji)量化(hua)噪聲(sheng)的能(neng)力比(bi)較差(cha)。新型(xing)智能(neng)溫度(du)傳感(gan)器(例(li)如TMP11/26、LM74、LM83)普(pu)遍采(cai)用了(le)高性(xing)能的(de)Σ－Δ式A／Ｄ轉(zhuan)換器(qi)，它能(neng)以很(hen)高的(de)采樣(yang)速率(lü)和很(hen)低的(de)采樣(yang)分辨(bian)力将(jiang)模拟(ni)信号(hao)轉換(huan)成數(shu)字信(xin)号，再(zai)利用(yong)過采(cai)樣、噪(zao)聲整(zheng)形和(he)數字(zi)濾波(bo)技術(shu)，來提(ti)高有(you)效分(fen)辨力(li)。Σ－Δ式A／D轉(zhuan)換器(qi)不僅(jin)能濾(lü)除量(liang)化噪(zao)聲，而(er)且對(dui)外圍(wei)元件(jian)的精(jing)度要(yao)求低(di)；由于(yu)采用(yong)了數(shu)字反(fan)饋方(fang)式，因(yin)此比(bi)較器(qi)的失(shi)調電(dian)壓及(ji)零點(dian)漂移(yi)都不(bu)會影(ying)響溫(wen)度的(de)轉換(huan)精度(du)。這種(zhong)智能(neng)溫度(du)傳感(gan)器兼(jian)有抑(yi)制串(chuan)模幹(gan)擾能(neng)力強(qiang)、分辨(bian)力高(gao)、線性(xing)度好(hao)、成本(ben)低等(deng)優點(dian)。

爲了(le)避免(mian)在溫(wen)控系(xi)統受(shou)到噪(zao)聲幹(gan)擾時(shi)産生(sheng)誤動(dong)作，在(zai)AD7416/7417/7817、LM75／76、MAX6625／6626等智(zhi)能溫(wen)度傳(chuan)感器(qi)的内(nei)部，都(dou)設置(zhi)了一(yi)個可(ke)編程(cheng)的“故(gu)障排(pai)隊(fAultqueue)”計(ji)數器(qi)，專用(yong)于設(she)定允(yun)許被(bei)測溫(wen)度值(zhi)超過(guo)上、下(xia)限的(de)次數(shu)。僅當(dang)被測(ce)溫度(du)連續(xu)超過(guo)上限(xian)或低(di)于下(xia)限的(de)次數(shu)達到(dao)或超(chao)過所(suo)設定(ding)的次(ci)數n(n=1~4)時(shi)，才能(neng)觸發(fa)中斷(duan)端。若(ruo)故障(zhang)次數(shu)不滿(man)足上(shang)述條(tiao)件或(huo)故障(zhang)不是(shi)連續(xu)發生(sheng)的，故(gu)障計(ji)數器(qi)就複(fu)位而(er)不會(hui)觸發(fa)中斷(duan)端。這(zhe)意味(wei)着假(jia)定n=3時(shi)，那麽(me)偶然(ran)受到(dao)一次(ci)或兩(liang)次噪(zao)聲幹(gan)擾，都(dou)不會(hui)影響(xiang)溫控(kong)系統(tong)的正(zheng)常工(gong)作。

LM76型(xing)智能(neng)溫度(du)傳感(gan)器增(zeng)加了(le)溫度(du)窗口(kou)比較(jiao)器，非(fei)常适(shi)合設(she)計一(yi)個符(fu)合ACPI(AdvAnced ConfigurAtion And Power InterfAce，即(ji)“先進(jin)配置(zhi)與電(dian)源接(jie)口”)規(gui)範的(de)溫控(kong)系統(tong)。這種(zhong)系統(tong)具有(you)完善(shan)的過(guo)熱保(bao)護功(gong)能，可(ke)用來(lai)監控(kong)筆記(ji)本電(dian)腦和(he)服務(wu)器中(zhong)CPU及主(zhu)電路(lu)的溫(wen)度。微(wei)處理(li)器最(zui)高可(ke)承受(shou)的工(gong)作溫(wen)度規(gui)定爲(wei)tH，台式(shi)計算(suan)機一(yi)般爲(wei)75°C，高檔(dang)筆記(ji)本電(dian)腦的(de)專用(yong)CPU可達(da)100°C。一旦(dan)CPU或主(zhu)電路(lu)的溫(wen)度超(chao)出所(suo)設定(ding)的上(shang)、下限(xian)時， INT端(duan)立即(ji)使主(zhu)機産(chan)生中(zhong)斷，再(zai)通過(guo)電源(yuan)控制(zhi)器發(fa)出信(xin)号，迅(xun)速将(jiang)主電(dian)源關(guan)斷起(qi)到保(bao)護作(zuo)用。此(ci)外，當(dang)溫度(du)超過(guo)CPU的極(ji)限溫(wen)度時(shi)，嚴重(zhong)超溫(wen)報警(jing)輸出(chu)端(T_CRIT_A)也(ye)能直(zhi)接關(guan)斷主(zhu)電源(yuan)，并且(qie)該端(duan)還可(ke)通過(guo)獨立(li)的硬(ying)件關(guan)斷電(dian)路來(lai)切斷(duan)主電(dian)源，以(yi)防主(zhu)電源(yuan)控制(zhi)失靈(ling)。上述(shu)三重(zhong)安全(quan)性保(bao)護措(cuo)施已(yi)成爲(wei)國際(ji)上設(she)計溫(wen)控系(xi)統的(de)新觀(guan)念。

爲(wei)防止(zhi)因人(ren)體靜(jing)電放(fang)電(ESD)而(er)損壞(huai)芯片(pian)。一些(xie)智能(neng)溫度(du)傳感(gan)器還(hai)增加(jia)了ESD保(bao)護電(dian)路，一(yi)般可(ke)承受(shou)1000~4000V的靜(jing)電放(fang)電電(dian)壓。通(tong)常是(shi)将人(ren)體等(deng)效于(yu)由100PF電(dian)容和(he)1.2K歐姆(mu)電阻(zu)串聯(lian)而成(cheng)的電(dian)路模(mo)型，當(dang)人體(ti)放電(dian)時，TCN75型(xing)智能(neng)溫度(du)傳感(gan)器的(de)串行(hang)接口(kou)端、中(zhong)斷／比(bi)較器(qi)信号(hao)輸出(chu)端和(he)地址(zhi)輸入(ru)端均(jun)可承(cheng)受1000V的(de)靜電(dian)放電(dian)電壓(ya)。LM83型智(zhi)能溫(wen)度傳(chuan)感器(qi)則可(ke)承受(shou)4000V的靜(jing)電放(fang)電電(dian)壓。

最(zui)新開(kai)發的(de)智能(neng)溫度(du)傳感(gan)器(例(li)如MAX6654、LM83)還(hai)增加(jia)了傳(chuan)感器(qi)故障(zhang)檢測(ce)功能(neng)，能自(zi)動檢(jian)測外(wai)部晶(jing)體管(guan)溫度(du)傳感(gan)器(亦(yi)稱遠(yuan)程傳(chuan)感器(qi))的開(kai)路或(huo)短路(lu)故障(zhang)。MAX6654還具(ju)有選(xuan)擇“寄(ji)生阻(zu)抗抵(di)消”(PArAsitic ResistAnce CAncellAtion，英(ying)文縮(suo)寫爲(wei)prc)模式(shi)，能抵(di)消遠(yuan)程傳(chuan)感器(qi)引線(xian)阻抗(kang)所引(yin)起的(de)測溫(wen)誤差(cha)，即使(shi)引線(xian)阻抗(kang)達到(dao)100歐姆(mu)，也不(bu)會影(ying)響測(ce)量精(jing)度。遠(yuan)程傳(chuan)感器(qi)引線(xian)可采(cai)用普(pu)通雙(shuang)絞線(xian)或者(zhe)帶屏(ping)蔽層(ceng)的雙(shuang)絞線(xian)。

2.5虛拟(ni)溫度(du)傳感(gan)器和(he)網絡(luo)溫度(du)傳感(gan)器
(1)虛(xu)拟傳(chuan)感器(qi)
虛拟(ni)傳感(gan)器是(shi)基于(yu)傳感(gan)器硬(ying)件和(he)計算(suan)機平(ping)台、并(bing)通過(guo)軟件(jian)開發(fa)而成(cheng)的。利(li)用軟(ruan)件可(ke)完成(cheng)傳感(gan)器的(de)标定(ding)及校(xiao)準，以(yi)實現(xian)最佳(jia)性能(neng)指标(biao)。最近(jin)，美國(guo)Ｂ＆Ｋ公司(si)已開(kai)發出(chu)一種(zhong)基于(yu)軟件(jian)設置(zhi)的TEDS型(xing)虛拟(ni)傳感(gan)器，其(qi)主要(yao)特點(dian)是每(mei)隻傳(chuan)感器(qi)都有(you)唯一(yi)的産(chan)品序(xu)列号(hao)并且(qie)附帶(dai)一張(zhang)軟盤(pan)，軟盤(pan)上存(cun)儲着(zhe)對該(gai)傳感(gan)器進(jin)行标(biao)定的(de)有關(guan)數據(ju)。使用(yong)時，傳(chuan)感器(qi)通過(guo)數據(ju)采集(ji)器接(jie)至計(ji)算機(ji)，首先(xian)從計(ji)算機(ji)輸入(ru)該傳(chuan)感器(qi)的産(chan)品序(xu)列号(hao)，再從(cong)軟盤(pan)上讀(du)出有(you)關數(shu)據，然(ran)後自(zi)動完(wan)成對(dui)傳感(gan)器的(de)檢查(cha)、傳感(gan)器參(can)數的(de)讀取(qu)、傳感(gan)器設(she)置和(he)記錄(lu)工作(zuo)。

(2)網絡(luo)溫度(du)傳感(gan)器
網(wang)絡溫(wen)度傳(chuan)感器(qi)是包(bao)含數(shu)字傳(chuan)感器(qi)、網絡(luo)接口(kou)和處(chu)理單(dan)元的(de)新一(yi)代智(zhi)能傳(chuan)感器(qi)。數字(zi)傳感(gan)器首(shou)先将(jiang)被測(ce)溫度(du)轉換(huan)成數(shu)字量(liang)，再送(song)給微(wei)控制(zhi)器作(zuo)數據(ju)處理(li)。最後(hou)将測(ce)量結(jie)果傳(chuan)輸給(gei)網絡(luo)，以便(bian)實現(xian)各傳(chuan)感器(qi)之間(jian)、傳感(gan)器與(yu)執行(hang)器之(zhi)間、傳(chuan)感器(qi)與系(xi)統之(zhi)間的(de)數據(ju)交換(huan)及資(zi)源共(gong)享，在(zai)更換(huan)傳感(gan)器時(shi)無須(xu)進行(hang)标定(ding)和校(xiao)準，可(ke)做到(dao)“即插(cha)即用(yong)(Plug&PlAy)”，這樣(yang)就極(ji)大地(di)方便(bian)了用(yong)戶。

2.6單(dan)片測(ce)溫系(xi)統
單(dan)片系(xi)統(System On Chip)是(shi)21世紀(ji)一項(xiang)高新(xin)科技(ji)産品(pin)。它是(shi)在芯(xin)片上(shang)集成(cheng)一個(ge)系統(tong)或子(zi)系統(tong)，其集(ji)成度(du)将高(gao)達108~109元(yuan)件/片(pian)，這将(jiang)給IC産(chan)業及(ji)IC應用(yong)帶來(lai)劃時(shi)代的(de)進步(bu)。半導(dao)體工(gong)業協(xie)會(SIA)對(dui)單片(pian)系統(tong)集成(cheng)所作(zuo)的預(yu)測見(jian)表1。目(mu)前，國(guo)際上(shang)一些(xie)著名(ming)的IC廠(chang)家已(yi)開始(shi)研制(zhi)單片(pian)測溫(wen)系統(tong)，相信(xin)在不(bu)久的(de)将來(lai)即可(ke)面市(shi)。

表1單(dan)片系(xi)統集(ji)成電(dian)路的(de)發展(zhan)預測(ce)
年 份(fen) 2001 2002 2007 2010
最小(xiao)線寬(kuan)/um 0.18 0.13 0.1 0.07
包含(han)晶體(ti)管數(shu)量/片(pian) 1.3X108 2.5X108 5X108 9X108
成本(ben)/(晶體(ti)管/毫(hao)美分(fen)) 0.2 0.1 0.05 0.02
芯片(pian)尺寸(cun)/mm2 750 900 1100 1400
電源(yuan)電壓(ya)/V 1.8 1.5 1.2 0.9
新片(pian)I/O數 2000 2600 3600 4800