現代(dai)信息技(ji)術的三(san)大基礎(chu)是信息(xi)采集(即(ji)傳感器(qi)技術)、信(xin)息傳輸(shu)(通信技(ji)術)和信(xin)息處理(li)(計算機(ji)技術)。傳(chuan)感器屬(shu)于信息(xi)技術的(de)前沿尖(jian)端産品(pin)，尤其是(shi)溫度傳(chuan)感器被(bei)廣泛用(yong)于工農(nong)業生産(chan)、科學研(yan)究和生(sheng)活等領(ling)域，數量(liang)高居各(ge)種傳感(gan)器之首(shou)。近百年(nian)來，溫度(du)傳感器(qi)的發展(zhan)大緻經(jing)曆了以(yi)下三個(ge)階段；(1)傳(chuan)統的分(fen)立式溫(wen)度傳感(gan)器(含敏(min)感元件(jian))；(2)模拟集(ji)成溫度(du)傳感器(qi)／控制器(qi)；(3)智能溫(wen)度傳感(gan)器。目前(qian)，國際上(shang)新型溫(wen)度傳感(gan)器正從(cong)模拟式(shi)向數字(zi)式、由集(ji)成化向(xiang)智能化(hua)、網絡化(hua)的方向(xiang)發展。

１集(ji)成溫度(du)傳感器(qi)的産品(pin)分類
1.1模(mo)拟集成(cheng)溫度傳(chuan)感器
集(ji)成傳感(gan)器是采(cai)用矽半(ban)導體集(ji)成工藝(yi)而制成(cheng)的，因此(ci)亦稱矽(xi)傳感器(qi)或單片(pian)集成溫(wen)度傳感(gan)器。模拟(ni)集成溫(wen)度傳感(gan)器是在(zai)20世紀80年(nian)代問世(shi)的，它是(shi)将溫度(du)傳感器(qi)集成在(zai)一個芯(xin)片上、可(ke)完成溫(wen)度測量(liang)及模拟(ni)信号輸(shu)出功能(neng)的專用(yong)IC。模拟集(ji)成溫度(du)傳感器(qi)的主要(yao)特點是(shi)功能單(dan)一(僅測(ce)量溫度(du))、測溫誤(wu)差小、價(jia)格低、響(xiang)應速度(du)快、傳輸(shu)距離遠(yuan)、體積小(xiao)、微功耗(hao)等，适合(he)遠距離(li)測溫、控(kong)溫，不需(xu)要進行(hang)非線性(xing)校準，外(wai)圍電路(lu)簡單。它(ta)是目前(qian)在國内(nei)外應用(yong)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)中期早(zao)推出的(de)智能溫(wen)度傳感(gan)器，采用(yong)的是8位(wei)A/D轉換器(qi)，其測溫(wen)精度較(jiao)低，分辨(bian)力隻能(neng)達到1°C。目(mu)前，國外(wai)已相繼(ji)推出多(duo)種高精(jing)度、高分(fen)辨力的(de)智能溫(wen)度傳感(gan)器，所用(yong)的是9~12位(wei)A/D轉換器(qi)，分辨力(li)一般可(ke)達0.5~0.0625°C。由美(mei)國DALLAS半導(dao)體公司(si)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(er)進制數(shu)據，其分(fen)辨力高(gao)達0.03125°C，測溫(wen)精度爲(wei)±0.2°C。爲了提(ti)高多通(tong)道智能(neng)溫度傳(chuan)感器的(de)轉換速(su)率，也有(you)的芯片(pian)采用高(gao)速逐次(ci)逼近式(shi)A/D轉換器(qi)。以AD7817型5通(tong)道智能(neng)溫度傳(chuan)感篇例(li)，它對本(ben)地傳感(gan)器、每一(yi)路遠程(cheng)傳感器(qi)的轉換(huan)時間分(fen)别僅爲(wei)27us、9us。

2.2增加測(ce)試功能(neng)
新型智(zhi)能溫度(du)傳感器(qi)的測試(shi)功能也(ye)在不斷(duan)增強。例(li)如，DS1629型單(dan)線智能(neng)溫度傳(chuan)感器增(zeng)加了實(shi)時日曆(li)時鍾（RTC），使(shi)其功能(neng)更加完(wan)善。DS1624還增(zeng)加了存(cun)儲功能(neng)，利用芯(xin)片内部(bu)256字節的(de)E2PROM存儲器(qi)，可存儲(chu)用戶的(de)短信息(xi)。另外，智(zhi)能溫度(du)傳感器(qi)正從單(dan)通道向(xiang)多通道(dao)的方向(xiang)發展，這(zhe)就爲研(yan)制和開(kai)發多路(lu)溫度測(ce)控系統(tong)創造了(le)良好條(tiao)件。?br>

智能(neng)溫度傳(chuan)感器都(dou)具有多(duo)種工作(zuo)模式可(ke)供選擇(ze)，主要包(bao)括單次(ci)轉換模(mo)式、連續(xu)轉換模(mo)式、待機(ji)模式，有(you)的還增(zeng)加了低(di)溫極限(xian)擴展模(mo)式，操作(zuo)非常簡(jian)便。對某(mou)些智能(neng)溫度傳(chuan)感器而(er)言，主機(ji)(外部微(wei)處理器(qi)或單片(pian)機)還可(ke)通過相(xiang)應的寄(ji)存器來(lai)設定其(qi)A/D轉換速(su)率(典型(xing)産品爲(wei)MAX6654)，分辨力(li)及大轉(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)感器轉(zhuan)從機可(ke)通過專(zhuan)用總線(xian)接口與(yu)主機進(jin)行通信(xin)。

2.4可靠性(xing)及安全(quan)性設計(ji)
傳統的(de)A/D轉換器(qi)大多采(cai)用積分(fen)式或逐(zhu)次比較(jiao)式轉換(huan)技術，其(qi)噪聲容(rong)限低，抑(yi)制混疊(die)噪聲及(ji)量化噪(zao)聲的能(neng)力比較(jiao)差。新型(xing)智能溫(wen)度傳感(gan)器(例如(ru)TMP11/26、LM74、LM83)普遍采(cai)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(yang)速率和(he)很低的(de)采樣分(fen)辨力将(jiang)模拟信(xin)号轉換(huan)成數字(zi)信号，再(zai)利用過(guo)采樣、噪(zao)聲整形(xing)和數字(zi)濾波技(ji)術，來提(ti)高有效(xiao)分辨力(li)。Σ－Δ式A／D轉換(huan)器不僅(jin)能濾除(chu)量化噪(zao)聲，而且(qie)對外圍(wei)元件的(de)精度要(yao)求低；由(you)于采用(yong)了數字(zi)反饋方(fang)式，因此(ci)比較器(qi)的失調(diao)電壓及(ji)零點漂(piao)移都不(bu)會影響(xiang)溫度的(de)轉換精(jing)度。這種(zhong)智能溫(wen)度傳感(gan)器兼有(you)抑制串(chuan)模幹擾(rao)能力強(qiang)、分辨力(li)高、線性(xing)度好、成(cheng)本低等(deng)優點。

爲(wei)了避免(mian)在溫控(kong)系統受(shou)到噪聲(sheng)幹擾時(shi)産生誤(wu)動作，在(zai)AD7416/7417/7817、LM75／76、MAX6625／6626等智能(neng)溫度傳(chuan)感器的(de)内部，都(dou)設置了(le)一個可(ke)編程的(de)“故障排(pai)隊(fAultqueue)”計數(shu)器，專用(yong)于設定(ding)允許被(bei)測溫度(du)值超過(guo)上、下限(xian)的次數(shu)。僅當被(bei)測溫度(du)連續超(chao)過上限(xian)或低于(yu)下限的(de)次數達(da)到或超(chao)過所設(she)定的次(ci)數n(n=1~4)時，才(cai)能觸發(fa)中斷端(duan)。若故障(zhang)次數不(bu)滿足上(shang)述條件(jian)或故障(zhang)不是連(lian)續發生(sheng)的，故障(zhang)計數器(qi)就複位(wei)而不會(hui)觸發中(zhong)斷端。這(zhe)意味着(zhe)假定n=3時(shi)，那麽偶(ou)然受到(dao)一次或(huo)兩次噪(zao)聲幹擾(rao)，都不會(hui)影響溫(wen)控系統(tong)的正常(chang)工作。

LM76型(xing)智能溫(wen)度傳感(gan)器增加(jia)了溫度(du)窗口比(bi)較器，非(fei)常适合(he)設計一(yi)個符合(he)ACPI(AdvAnced ConfigurAtion And Power InterfAce，即“先進(jin)配置與(yu)電源接(jie)口”)規範(fan)的溫控(kong)系統。這(zhe)種系統(tong)具有完(wan)善的過(guo)熱保護(hu)功能，可(ke)用來監(jian)控筆記(ji)本電腦(nao)和服務(wu)器中CPU及(ji)主電路(lu)的溫度(du)。微處理(li)器高可(ke)承受的(de)工茁度(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。

新開(kai)發的智(zhi)能溫度(du)傳感器(qi)(例如MAX6654、LM83)還(hai)增加了(le)傳感器(qi)故障檢(jian)測功能(neng)，能自動(dong)檢測外(wai)部晶體(ti)管溫度(du)傳感器(qi)(亦稱遠(yuan)程傳感(gan)器)的開(kai)路或短(duan)路故障(zhang)。MAX6654還具有(you)選擇“寄(ji)生阻抗(kang)抵消”(PArAsitic ResistAnce CAncellAtion，英(ying)文縮寫(xie)爲prc)模式(shi)，能抵消(xiao)遠程傳(chuan)感器引(yin)線阻抗(kang)所引起(qi)的測溫(wen)誤差，即(ji)使引線(xian)阻抗達(da)到100歐姆(mu)，也不會(hui)影響測(ce)量精度(du)。遠程傳(chuan)感器引(yin)線可采(cai)用普通(tong)雙絞線(xian)或者帶(dai)屏蔽層(ceng)的雙絞(jiao)線。

2.5虛拟(ni)溫度傳(chuan)感器和(he)網絡溫(wen)度傳感(gan)器
(1)虛拟(ni)傳感器(qi)
虛拟傳(chuan)感器是(shi)基于傳(chuan)感器硬(ying)件和計(ji)算機平(ping)台、并通(tong)過軟件(jian)開發而(er)成的。利(li)用軟件(jian)可完成(cheng)傳感器(qi)的标定(ding)及校準(zhun)，以實現(xian)佳性能(neng)指标。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。後将(jiang)測量結(jie)果傳輸(shu)給網絡(luo)，以便實(shi)現各傳(chuan)感器之(zhi)間、傳感(gan)器與執(zhi)行器之(zhi)間、傳感(gan)器與系(xi)統之間(jian)的數據(ju)交換及(ji)資源共(gong)享，在更(geng)換傳感(gan)器時無(wu)須進行(hang)标定和(he)校準，可(ke)做到“即(ji)插即用(yong)(Plug&PlAy)”，這樣就(jiu)極大地(di)方便了(le)用戶。

2.6單(dan)片測溫(wen)系統
單(dan)片系統(tong)(System On Chip)是21世紀(ji)一項高(gao)新科技(ji)産品。它(ta)是在芯(xin)片上集(ji)成一個(ge)系統或(huo)子系統(tong)，其集成(cheng)度将高(gao)達108~109元件(jian)/片，這将(jiang)給IC産業(ye)及IC應用(yong)帶來劃(hua)時代的(de)進步。半(ban)導體工(gong)業協會(hui)(SIA)對單片(pian)系統集(ji)成所作(zuo)的預測(ce)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(pian)測溫系(xi)統，相信(xin)在不久(jiu)的将來(lai)即可面(mian)市。

表1單(dan)片系統(tong)集成電(dian)路的發(fa)展預測(ce)
年 份 2001 2002 2007 2010
小(xiao)線寬/um 0.18 0.13 0.1 0.07
包(bao)含晶體(ti)管數量(liang)/片 1.3X108 2.5X108 5X108 9X108
成本(ben)/(晶體管(guan)/毫美分(fen)) 0.2 0.1 0.05 0.02
芯片尺(chi)寸/mm2 750 900 1100 1400
電源(yuan)電壓/V 1.8 1.5 1.2 0.9
新(xin)片I/O數 2000 2600 3600 4800