現代信(xin)息技術(shu)的三大(da)基礎是(shi)信息采(cai)集(即傳(chuan)感器技(ji)術)、信息(xi)傳輸(通(tong)信技術(shu))和信息(xi)處理(計(ji)算機技(ji)術)。傳感(gan)器屬于(yu)信息技(ji)術的前(qian)沿尖端(duan)産品，尤(you)其是溫(wen)度傳感(gan)器被廣(guang)泛用于(yu)工農業(ye)生産、科(ke)學研究(jiu)和生活(huo)等領域(yu)，數量高(gao)居各種(zhong)傳感器(qi)之首。近(jin)百年來(lai)，溫度傳(chuan)感器的(de)發展大(da)緻經曆(li)了以下(xia)三個階(jie)段；(1)傳統(tong)的分立(li)式溫度(du)傳感器(qi)(含敏感(gan)元件)；(2)模(mo)拟集成(cheng)溫度傳(chuan)感器／控(kong)制器；(3)智(zhi)能溫度(du)傳感器(qi)。目前，國(guo)際上新(xin)型溫度(du)傳感器(qi)正從模(mo)拟式向(xiang)數字式(shi)、由集成(cheng)化向智(zhi)能化、網(wang)絡化的(de)方向發(fa)展。

１集成(cheng)溫度傳(chuan)感器的(de)産品分(fen)類
1.1模拟(ni)集成溫(wen)度傳感(gan)器
集成(cheng)傳感器(qi)是采用(yong)矽半導(dao)體集成(cheng)工藝而(er)制成的(de)，因此亦(yi)稱矽傳(chuan)感器或(huo)單片集(ji)成溫度(du)傳感器(qi)。模拟集(ji)成溫度(du)傳感器(qi)是在20世(shi)紀80年代(dai)問世的(de)，它是将(jiang)溫度傳(chuan)感器集(ji)成在一(yi)個芯片(pian)上、可完(wan)成溫度(du)測量及(ji)模拟信(xin)号輸出(chu)功能的(de)專用IC。模(mo)拟集成(cheng)溫度傳(chuan)感器的(de)主要特(te)點是功(gong)能單一(yi)(僅測量(liang)溫度)、測(ce)溫誤差(cha)小、價格(ge)低、響應(ying)速度快(kuai)、傳輸距(ju)離遠、體(ti)積小、微(wei)功耗等(deng)，适合遠(yuan)距離測(ce)溫、控溫(wen)，不需要(yao)進行非(fei)線性校(xiao)準，外圍(wei)電路簡(jian)單。它是(shi)目前在(zai)國内外(wai)應用最(zui)爲普遍(bian)的一種(zhong)集成傳(chuan)感器，典(dian)型産品(pin)有AD590、AD592、TMP17、LM135等。

1.2模(mo)拟集成(cheng)溫度控(kong)制器
模(mo)拟集成(cheng)溫度控(kong)制器主(zhu)要包括(kuo)溫控開(kai)關、可編(bian)程溫度(du)控制器(qi)，典型産(chan)品有LM56、AD22105和(he)MAX6509。某些增(zeng)強型集(ji)成溫度(du)控制器(qi)(例如TC652/653)中(zhong)還包含(han)了A/D轉換(huan)器以及(ji)固化好(hao)的程序(xu)，這與智(zhi)能溫度(du)傳感器(qi)有某些(xie)相似之(zhi)處。但它(ta)自成系(xi)統，工作(zuo)時并不(bu)受微處(chu)理器的(de)控制，這(zhe)是二者(zhe)的主要(yao)區别。

1.3智(zhi)能溫度(du)傳感器(qi)
智能溫(wen)度傳感(gan)器(亦稱(cheng)數字溫(wen)度傳感(gan)器)是在(zai)20世紀90年(nian)代中期(qi)問世的(de)。它是微(wei)電子技(ji)術、計算(suan)機技術(shu)和自動(dong)測試技(ji)術(ATE)的結(jie)晶。目前(qian)，國際上(shang)已開發(fa)出多種(zhong)智能溫(wen)度傳感(gan)器系列(lie)産品。智(zhi)能溫度(du)傳感器(qi)内部都(dou)包含溫(wen)度傳感(gan)器、A/D轉換(huan)器、信号(hao)處理器(qi)、存儲器(qi)(或寄存(cun)器)和接(jie)口電路(lu)。有的産(chan)品還帶(dai)多路選(xuan)擇器、中(zhong)央控制(zhi)器(cpu)、随機(ji)存取存(cun)儲器(RAM)和(he)隻讀存(cun)儲器(ROM)。智(zhi)能溫度(du)傳感器(qi)的特點(dian)是能輸(shu)出溫度(du)數據及(ji)相關的(de)溫度控(kong)制量，适(shi)配各種(zhong)微控制(zhi)器(MCU)；并且(qie)它是在(zai)硬件的(de)基礎上(shang)通過軟(ruan)件來實(shi)現測試(shi)功能的(de)，其智能(neng)化程度(du)也取決(jue)于軟件(jian)的開發(fa)水平。

2智(zhi)能溫度(du)傳感器(qi)發展的(de)新趨勢(shi)
進入21世(shi)紀後，智(zhi)能溫度(du)傳感器(qi)正朝着(zhe)高精度(du)、多功能(neng)、總線标(biao)準化、高(gao)可靠性(xing)及安全(quan)性、開發(fa)虛拟傳(chuan)感器和(he)網絡傳(chuan)感器、研(yan)制單片(pian)測溫系(xi)統等高(gao)科技的(de)方向迅(xun)速發展(zhan)。

2.1提高測(ce)溫精度(du)和分辨(bian)力
在20世(shi)紀90年代(dai)中期最(zui)早推出(chu)的智能(neng)溫度傳(chuan)感器，采(cai)用的是(shi)8位A/D轉換(huan)器，其測(ce)溫精度(du)較低，分(fen)辨力隻(zhi)能達到(dao)1°C。目前，國(guo)外已相(xiang)繼推出(chu)多種高(gao)精度、高(gao)分辨力(li)的智能(neng)溫度傳(chuan)感器，所(suo)用的是(shi)9~12位A/D轉換(huan)器，分辨(bian)力一般(ban)可達0.5~0.0625°C。由(you)美國DALLAS半(ban)導體公(gong)司新研(yan)制的DS1624型(xing)高分辨(bian)力智能(neng)溫度傳(chuan)感器，能(neng)輸出13位(wei)二進制(zhi)數據，其(qi)分辨力(li)高達0.03125°C，測(ce)溫精度(du)爲±0.2°C。爲了(le)提高多(duo)通道智(zhi)能溫度(du)傳感器(qi)的轉換(huan)速率，也(ye)有的芯(xin)片采用(yong)高速逐(zhu)次逼近(jin)式A/D轉換(huan)器。以AD7817型(xing)5通道智(zhi)能溫度(du)傳感器(qi)爲例，它(ta)對本地(di)傳感器(qi)、每一路(lu)遠程傳(chuan)感器的(de)轉換時(shi)間分别(bie)僅爲27us、9us。

2.2增(zeng)加測試(shi)功能
新(xin)型智能(neng)溫度傳(chuan)感器的(de)測試功(gong)能也在(zai)不斷增(zeng)強。例如(ru)，DS1629型單線(xian)智能溫(wen)度傳感(gan)器增加(jia)了實時(shi)日曆時(shi)鍾（RTC），使其(qi)功能更(geng)加完善(shan)。DS1624還增加(jia)了存儲(chu)功能，利(li)用芯片(pian)内部256字(zi)節的E2PROM存(cun)儲器，可(ke)存儲用(yong)戶的短(duan)信息。另(ling)外，智能(neng)溫度傳(chuan)感器正(zheng)從單通(tong)道向多(duo)通道的(de)方向發(fa)展，這就(jiu)爲研制(zhi)和開發(fa)多路溫(wen)度測控(kong)系統創(chuang)造了良(liang)好條件(jian)。?br>

智能溫(wen)度傳感(gan)器都具(ju)有多種(zhong)工作模(mo)式可供(gong)選擇，主(zhu)要包括(kuo)單次轉(zhuan)換模式(shi)、連續轉(zhuan)換模式(shi)、待機模(mo)式，有的(de)還增加(jia)了低溫(wen)極限擴(kuo)展模式(shi)，操作非(fei)常簡便(bian)。對某些(xie)智能溫(wen)度傳感(gan)器而言(yan)，主機(外(wai)部微處(chu)理器或(huo)單片機(ji))還可通(tong)過相應(ying)的寄存(cun)器來設(she)定其A/D轉(zhuan)換速率(lü)(典型産(chan)品爲MAX6654)，分(fen)辨力及(ji)最大轉(zhuan)換時間(jian)(典型産(chan)品爲DS1624)。

能(neng)溫度控(kong)制器是(shi)在智能(neng)溫度傳(chuan)感器的(de)基礎上(shang)發展而(er)成的。典(dian)型産品(pin)有DS1620、DS1623、TCN75、LM76、MAX6625。智能(neng)溫度控(kong)制器适(shi)配各種(zhong)微控制(zhi)器，構成(cheng)智能化(hua)溫控系(xi)統；它們(men)還可以(yi)脫離微(wei)控制器(qi)單獨工(gong)作，自行(hang)構成一(yi)個溫控(kong)儀。

2.3總線(xian)技術的(de)标準化(hua)與規範(fan)化
目前(qian)，智能溫(wen)度傳感(gan)器的總(zong)線技術(shu)也實現(xian)了标準(zhun)化、規範(fan)化，所采(cai)用的總(zong)線主要(yao)有單線(xian)(1-Wire)總線、I2C總(zong)線、SMBus總線(xian)和spI總線(xian)。溫度傳(chuan)感器作(zuo)爲從機(ji)可通過(guo)專用總(zong)線接口(kou)與主機(ji)進行通(tong)信。

2.4可靠(kao)性及安(an)全性設(she)計
傳統(tong)的A/D轉換(huan)器大多(duo)采用積(ji)分式或(huo)逐次比(bi)較式轉(zhuan)換技術(shu)，其噪聲(sheng)容限低(di)，抑制混(hun)疊噪聲(sheng)及量化(hua)噪聲的(de)能力比(bi)較差。新(xin)型智能(neng)溫度傳(chuan)感器(例(li)如TMP11/26、LM74、LM83)普遍(bian)采用了(le)高性能(neng)的Σ－Δ式A／Ｄ轉(zhuan)換器，它(ta)能以很(hen)高的采(cai)樣速率(lü)和很低(di)的采樣(yang)分辨力(li)将模拟(ni)信号轉(zhuan)換成數(shu)字信号(hao)，再利用(yong)過采樣(yang)、噪聲整(zheng)形和數(shu)字濾波(bo)技術，來(lai)提高有(you)效分辨(bian)力。Σ－Δ式A／D轉(zhuan)換器不(bu)僅能濾(lü)除量化(hua)噪聲，而(er)且對外(wai)圍元件(jian)的精度(du)要求低(di)；由于采(cai)用了數(shu)字反饋(kui)方式，因(yin)此比較(jiao)器的失(shi)調電壓(ya)及零點(dian)漂移都(dou)不會影(ying)響溫度(du)的轉換(huan)精度。這(zhe)種智能(neng)溫度傳(chuan)感器兼(jian)有抑制(zhi)串模幹(gan)擾能力(li)強、分辨(bian)力高、線(xian)性度好(hao)、成本低(di)等優點(dian)。

爲了避(bi)免在溫(wen)控系統(tong)受到噪(zao)聲幹擾(rao)時産生(sheng)誤動作(zuo)，在AD7416/7417/7817、LM75／76、MAX6625／6626等智(zhi)能溫度(du)傳感器(qi)的内部(bu)，都設置(zhi)了一個(ge)可編程(cheng)的“故障(zhang)排隊(fAultqueue)”計(ji)數器，專(zhuan)用于設(she)定允許(xu)被測溫(wen)度值超(chao)過上、下(xia)限的次(ci)數。僅當(dang)被測溫(wen)度連續(xu)超過上(shang)限或低(di)于下限(xian)的次數(shu)達到或(huo)超過所(suo)設定的(de)次數n(n=1~4)時(shi)，才能觸(chu)發中斷(duan)端。若故(gu)障次數(shu)不滿足(zu)上述條(tiao)件或故(gu)障不是(shi)連續發(fa)生的，故(gu)障計數(shu)器就複(fu)位而不(bu)會觸發(fa)中斷端(duan)。這意味(wei)着假定(ding)n=3時，那麽(me)偶然受(shou)到一次(ci)或兩次(ci)噪聲幹(gan)擾，都不(bu)會影響(xiang)溫控系(xi)統的正(zheng)常工作(zuo)。

LM76型智能(neng)溫度傳(chuan)感器增(zeng)加了溫(wen)度窗口(kou)比較器(qi)，非常适(shi)合設計(ji)一個符(fu)合ACPI(AdvAnced ConfigurAtion And Power InterfAce，即“先(xian)進配置(zhi)與電源(yuan)接口”)規(gui)範的溫(wen)控系統(tong)。這種系(xi)統具有(you)完善的(de)過熱保(bao)護功能(neng)，可用來(lai)監控筆(bi)記本電(dian)腦和服(fu)務器中(zhong)CPU及主電(dian)路的溫(wen)度。微處(chu)理器最(zui)高可承(cheng)受的工(gong)作溫度(du)規定爲(wei)tH，台式計(ji)算機一(yi)般爲75°C，高(gao)檔筆記(ji)本電腦(nao)的專用(yong)CPU可達100°C。一(yi)旦CPU或主(zhu)電路的(de)溫度超(chao)出所設(she)定的上(shang)、下限時(shi)， INT端立即(ji)使主機(ji)産生中(zhong)斷，再通(tong)過電源(yuan)控制器(qi)發出信(xin)号，迅速(su)将主電(dian)源關斷(duan)起到保(bao)護作用(yong)。此外，當(dang)溫度超(chao)過CPU的極(ji)限溫度(du)時，嚴重(zhong)超溫報(bao)警輸出(chu)端(T_CRIT_A)也能(neng)直接關(guan)斷主電(dian)源，并且(qie)該端還(hai)可通過(guo)獨立的(de)硬件關(guan)斷電路(lu)來切斷(duan)主電源(yuan)，以防主(zhu)電源控(kong)制失靈(ling)。上述三(san)重安全(quan)性保護(hu)措施已(yi)成爲國(guo)際上設(she)計溫控(kong)系統的(de)新觀念(nian)。

爲防止(zhi)因人體(ti)靜電放(fang)電(ESD)而損(sun)壞芯片(pian)。一些智(zhi)能溫度(du)傳感器(qi)還增加(jia)了ESD保護(hu)電路，一(yi)般可承(cheng)受1000~4000V的靜(jing)電放電(dian)電壓。通(tong)常是将(jiang)人體等(deng)效于由(you)100PF電容和(he)1.2K歐姆電(dian)阻串聯(lian)而成的(de)電路模(mo)型，當人(ren)體放電(dian)時，TCN75型智(zhi)能溫度(du)傳感器(qi)的串行(hang)接口端(duan)、中斷／比(bi)較器信(xin)号輸出(chu)端和地(di)址輸入(ru)端均可(ke)承受1000V的(de)靜電放(fang)電電壓(ya)。LM83型智能(neng)溫度傳(chuan)感器則(ze)可承受(shou)4000V的靜電(dian)放電電(dian)壓。

最新(xin)開發的(de)智能溫(wen)度傳感(gan)器(例如(ru)MAX6654、LM83)還增加(jia)了傳感(gan)器故障(zhang)檢測功(gong)能，能自(zi)動檢測(ce)外部晶(jing)體管溫(wen)度傳感(gan)器(亦稱(cheng)遠程傳(chuan)感器)的(de)開路或(huo)短路故(gu)障。MAX6654還具(ju)有選擇(ze)“寄生阻(zu)抗抵消(xiao)”(PArAsitic ResistAnce CAncellAtion，英文縮(suo)寫爲prc)模(mo)式，能抵(di)消遠程(cheng)傳感器(qi)引線阻(zu)抗所引(yin)起的測(ce)溫誤差(cha)，即使引(yin)線阻抗(kang)達到100歐(ou)姆，也不(bu)會影響(xiang)測量精(jing)度。遠程(cheng)傳感器(qi)引線可(ke)采用普(pu)通雙絞(jiao)線或者(zhe)帶屏蔽(bi)層的雙(shuang)絞線。

2.5虛(xu)拟溫度(du)傳感器(qi)和網絡(luo)溫度傳(chuan)感器
(1)虛(xu)拟傳感(gan)器
虛拟(ni)傳感器(qi)是基于(yu)傳感器(qi)硬件和(he)計算機(ji)平台、并(bing)通過軟(ruan)件開發(fa)而成的(de)。利用軟(ruan)件可完(wan)成傳感(gan)器的标(biao)定及校(xiao)準，以實(shi)現最佳(jia)性能指(zhi)标。最近(jin)，美國Ｂ＆Ｋ公(gong)司已開(kai)發出一(yi)種基于(yu)軟件設(she)置的TEDS型(xing)虛拟傳(chuan)感器，其(qi)主要特(te)點是每(mei)隻傳感(gan)器都有(you)唯一的(de)産品序(xu)列号并(bing)且附帶(dai)一張軟(ruan)盤，軟盤(pan)上存儲(chu)着對該(gai)傳感器(qi)進行标(biao)定的有(you)關數據(ju)。使用時(shi)，傳感器(qi)通過數(shu)據采集(ji)器接至(zhi)計算機(ji)，首先從(cong)計算機(ji)輸入該(gai)傳感器(qi)的産品(pin)序列号(hao)，再從軟(ruan)盤上讀(du)出有關(guan)數據，然(ran)後自動(dong)完成對(dui)傳感器(qi)的檢查(cha)、傳感器(qi)參數的(de)讀取、傳(chuan)感器設(she)置和記(ji)錄工作(zuo)。

(2)網絡溫(wen)度傳感(gan)器
網絡(luo)溫度傳(chuan)感器是(shi)包含數(shu)字傳感(gan)器、網絡(luo)接口和(he)處理單(dan)元的新(xin)一代智(zhi)能傳感(gan)器。數字(zi)傳感器(qi)首先将(jiang)被測溫(wen)度轉換(huan)成數字(zi)量，再送(song)給微控(kong)制器作(zuo)數據處(chu)理。最後(hou)将測量(liang)結果傳(chuan)輸給網(wang)絡，以便(bian)實現各(ge)傳感器(qi)之間、傳(chuan)感器與(yu)執行器(qi)之間、傳(chuan)感器與(yu)系統之(zhi)間的數(shu)據交換(huan)及資源(yuan)共享，在(zai)更換傳(chuan)感器時(shi)無須進(jin)行标定(ding)和校準(zhun)，可做到(dao)“即插即(ji)用(Plug&PlAy)”，這樣(yang)就極大(da)地方便(bian)了用戶(hu)。

2.6單片測(ce)溫系統(tong)
單片系(xi)統(System On Chip)是21世(shi)紀一項(xiang)高新科(ke)技産品(pin)。它是在(zai)芯片上(shang)集成一(yi)個系統(tong)或子系(xi)統，其集(ji)成度将(jiang)高達108~109元(yuan)件/片，這(zhe)将給IC産(chan)業及IC應(ying)用帶來(lai)劃時代(dai)的進步(bu)。半導體(ti)工業協(xie)會(SIA)對單(dan)片系統(tong)集成所(suo)作的預(yu)測見表(biao)1。目前，國(guo)際上一(yi)些著名(ming)的IC廠家(jia)已開始(shi)研制單(dan)片測溫(wen)系統，相(xiang)信在不(bu)久的将(jiang)來即可(ke)面市。

表(biao)1單片系(xi)統集成(cheng)電路的(de)發展預(yu)測
年 份(fen) 2001 2002 2007 2010
最小線(xian)寬/um 0.18 0.13 0.1 0.07
包含(han)晶體管(guan)數量/片(pian) 1.3X108 2.5X108 5X108 9X108
成本/(晶(jing)體管/毫(hao)美分) 0.2 0.1 0.05 0.02
芯(xin)片尺寸(cun)/mm2 750 900 1100 1400
電源電(dian)壓/V 1.8 1.5 1.2 0.9
新片(pian)I/O數 2000 2600 3600 4800