現代信息技術(shu)的三(san)大基礎是(shi)信息(xi)采(cai)集(即傳(chuan)感器技(ji)術(shu))、信息(xi)傳輸(通(tong)信(xin)技術(shu))和信息處理(計(ji)算機(ji)技(ji)術(shu))。傳感(gan)器屬于(yu)信(xin)息技術的(de)前沿尖端(duan)産品，尤其(qi)是溫度傳(chuan)感(gan)器(qi)被廣(guang)泛用于工農業(ye)生産、科學研究(jiu)和生(sheng)活等(deng)領域(yu)，數量(liang)高(gao)居各種(zhong)傳感器之(zhi)首。近(jin)百年(nian)來，溫度傳(chuan)感器(qi)的發展大(da)緻經(jing)曆了以下(xia)三個階(jie)段(duan)；(1)傳統(tong)的分立(li)式溫度(du)傳感器(qi)(含(han)敏感元件(jian))；(2)模拟集成(cheng)溫度(du)傳(chuan)感器／控(kong)制器(qi)；(3)智(zhi)能(neng)溫度(du)傳感器。目前，國際上新(xin)型溫度(du)傳感器(qi)正從模(mo)拟式(shi)向數字式(shi)、由集成(cheng)化向智能化(hua)、網絡化的(de)方向發展(zhan)。

１集成(cheng)溫度(du)傳感(gan)器的(de)産品(pin)分類(lei)
1.1模拟集成溫度傳感(gan)器
集成(cheng)傳感器(qi)是采(cai)用(yong)矽半導(dao)體集成工藝而制成的(de)，因此亦(yi)稱矽(xi)傳感器或(huo)單片(pian)集(ji)成溫度(du)傳感(gan)器。模(mo)拟集(ji)成溫(wen)度(du)傳感器(qi)是在20世紀(ji)80年代(dai)問世(shi)的，它是将(jiang)溫度傳感(gan)器集成在一個(ge)芯片(pian)上、可(ke)完(wan)成(cheng)溫度測量(liang)及(ji)模拟信(xin)号輸(shu)出(chu)功能的(de)專用(yong)IC。模拟集成(cheng)溫度傳感(gan)器的(de)主要(yao)特點(dian)是功(gong)能單一(僅(jin)測量溫度)、測(ce)溫誤差(cha)小、價格低、響應(ying)速度快(kuai)、傳輸距(ju)離遠、體積(ji)小、微(wei)功耗(hao)等(deng)，适合遠(yuan)距離測(ce)溫(wen)、控溫(wen)，不需要進行非(fei)線性(xing)校(xiao)準，外圍(wei)電路(lu)簡單。它是(shi)目前在國(guo)内外(wai)應用(yong)爲普(pu)遍的(de)一種集成(cheng)傳感器，典型産品有(you)AD590、AD592、TMP17、LM135等。

1.2模拟集(ji)成溫(wen)度控(kong)制器(qi)
模拟(ni)集成(cheng)溫(wen)度控制(zhi)器主(zhu)要包括溫(wen)控開關(guan)、可編程(cheng)溫度(du)控(kong)制(zhi)器，典(dian)型産(chan)品有(you)LM56、AD22105和MAX6509。某(mou)些增(zeng)強型集成(cheng)溫度控制器(例如TC652/653)中還包含了(le)A/D轉換器以(yi)及固化好(hao)的(de)程(cheng)序，這(zhe)與智能溫度傳(chuan)感器(qi)有某些相(xiang)似之(zhi)處。但(dan)它自(zi)成系(xi)統(tong)，工作時(shi)并不受微處理(li)器的控制，這是(shi)二者的(de)主要區(qu)别。

1.3智(zhi)能(neng)溫(wen)度傳(chuan)感器
智能(neng)溫度傳感(gan)器(亦稱數(shu)字溫(wen)度傳(chuan)感器(qi))是在(zai)20世紀90年代(dai)中期問世(shi)的。它(ta)是微(wei)電子技術(shu)、計算(suan)機(ji)技術和自動(dong)測試技術(shu)(ATE)的結(jie)晶。目(mu)前，國際上已開(kai)發出(chu)多種智能溫度(du)傳感(gan)器系列産(chan)品。智(zhi)能溫(wen)度傳感器(qi)内部都包(bao)含溫度傳(chuan)感器(qi)、A/D轉換器、信号處(chu)理器、存(cun)儲(chu)器(或寄存(cun)器)和接口(kou)電路。有的(de)産品還帶多路選擇(ze)器、中央(yang)控(kong)制器(cpu)、随機存取存儲(chu)器(RAM)和隻讀(du)存儲(chu)器(ROM)。智(zhi)能溫度傳(chuan)感器(qi)的特(te)點是能輸(shu)出(chu)溫(wen)度數(shu)據及(ji)相關(guan)的溫度控(kong)制量，适配(pei)各種(zhong)微(wei)控制器(qi)(MCU)；并且它(ta)是(shi)在硬(ying)件的基礎(chu)上通過軟(ruan)件(jian)來實現(xian)測試(shi)功能(neng)的，其(qi)智能(neng)化程度也(ye)取決于軟件的(de)開發(fa)水平。

2智能(neng)溫度(du)傳感器發展的(de)新趨勢
進(jin)入21世紀(ji)後(hou)，智能(neng)溫度(du)傳感(gan)器正(zheng)朝着高精(jing)度、多功能(neng)、總(zong)線(xian)标準(zhun)化、高可靠性及(ji)安全(quan)性、開發虛(xu)拟傳感器(qi)和網(wang)絡傳(chuan)感(gan)器、研制(zhi)單片(pian)測溫系統(tong)等高(gao)科技的方(fang)向迅(xun)速發(fa)展。

2.1提(ti)高測(ce)溫(wen)精(jing)度和(he)分辨力
在(zai)20世紀90年代中期(qi)早推(tui)出的智(zhi)能溫度傳感(gan)器，采(cai)用的(de)是8位A/D轉換器，其(qi)測溫(wen)精(jing)度較低(di)，分辨力隻能達(da)到1°C。目(mu)前，國外已(yi)相繼推(tui)出多種高精度、高分辨(bian)力的(de)智能(neng)溫度(du)傳感器，所(suo)用的(de)是9~12位A/D轉(zhuan)換(huan)器，分辨力一般可達(da)0.5~0.0625°C。由美國DALLAS半(ban)導體(ti)公司(si)新研(yan)制的(de)DS1624型高分(fen)辨(bian)力智(zhi)能溫度傳(chuan)感器(qi)，能輸出13位二進制數據(ju)，其(qi)分辨(bian)力高(gao)達(da)0.03125°C，測(ce)溫精(jing)度爲(wei)±0.2°C。爲了提高(gao)多通(tong)道智能溫(wen)度傳(chuan)感(gan)器(qi)的轉(zhuan)換速率，也有的芯片(pian)采用高速(su)逐次(ci)逼近式A/D轉換器(qi)。以AD7817型(xing)5通道(dao)智能溫度(du)傳感篇例(li)，它對本地(di)傳感器、每(mei)一路遠程(cheng)傳(chuan)感器的(de)轉換(huan)時(shi)間(jian)分别僅爲27us、9us。

2.2增(zeng)加測試(shi)功能(neng)
新型(xing)智能(neng)溫度(du)傳感(gan)器的(de)測試功能(neng)也在(zai)不斷(duan)增強。例如(ru)，DS1629型單(dan)線(xian)智能溫(wen)度傳感器增加(jia)了實時日(ri)曆時鍾（RTC），使(shi)其功能更(geng)加完(wan)善(shan)。DS1624還增加了存(cun)儲功能，利(li)用芯片内(nei)部256字(zi)節的(de)E2PROM存儲器，可(ke)存儲用戶(hu)的短(duan)信息。另(ling)外(wai)，智能(neng)溫度傳感(gan)器正從單(dan)通道向多(duo)通道的方(fang)向發(fa)展，這(zhe)就(jiu)爲研制(zhi)和開(kai)發多(duo)路溫(wen)度測(ce)控(kong)系(xi)統創(chuang)造了良好條件(jian)。?br>

智能(neng)溫(wen)度傳感(gan)器都具有(you)多種(zhong)工作模式可供(gong)選擇，主要包括(kuo)單次(ci)轉(zhuan)換(huan)模式(shi)、連續(xu)轉換(huan)模式(shi)、待機(ji)模式(shi)，有的(de)還增(zeng)加了(le)低溫(wen)極限(xian)擴展模式(shi)，操作(zuo)非常(chang)簡便(bian)。對某些(xie)智能溫(wen)度傳(chuan)感(gan)器(qi)而言(yan)，主機(ji)(外部微處(chu)理器(qi)或(huo)單片機(ji))還可(ke)通過相應(ying)的寄存(cun)器(qi)來設定其A/D轉(zhuan)換速率(lü)(典型産品爲MAX6654)，分(fen)辨力(li)及大轉換(huan)時間(jian)(典(dian)型(xing)産品(pin)爲DS1624)。

能(neng)溫(wen)度(du)控制(zhi)器是(shi)在智(zhi)能溫度傳(chuan)感(gan)器的基(ji)礎上發展(zhan)而成(cheng)的。典型(xing)産品有(you)DS1620、DS1623、TCN75、LM76、MAX6625。智能(neng)溫度(du)控制(zhi)器适(shi)配各(ge)種微(wei)控制器(qi)，構成智(zhi)能化(hua)溫(wen)控系統(tong)；它們還(hai)可以脫(tuo)離微控制器單(dan)獨工作，自(zi)行構(gou)成一個溫控儀(yi)。

2.3總線技(ji)術(shu)的标(biao)準化(hua)與(yu)規範化(hua)
目前，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(hua)、規範化(hua)，所采用的總線(xian)主要有(you)單線(1-Wire)總(zong)線、I2C總線、SMBus總(zong)線和spI總線(xian)。溫度(du)傳感(gan)器轉從(cong)機可通(tong)過專(zhuan)用總線接(jie)口與(yu)主機(ji)進行(hang)通信。

2.4可靠性及(ji)安全(quan)性設計
傳(chuan)統的A/D轉換(huan)器大(da)多采用積(ji)分式(shi)或逐(zhu)次比較式(shi)轉換技(ji)術，其噪聲容限低(di)，抑制(zhi)混疊噪(zao)聲及量(liang)化噪(zao)聲的能力(li)比較(jiao)差(cha)。新(xin)型智(zhi)能溫度(du)傳感器(qi)(例如TMP03/04、LM74、LM83)普遍采用(yong)了高性能的Σ－Δ式(shi)A／Ｄ轉換(huan)器(qi)，它(ta)能以(yi)很高(gao)的采(cai)樣速(su)率和很低(di)的采(cai)樣分(fen)辨(bian)力(li)将模(mo)拟信号(hao)轉換成(cheng)數字(zi)信(xin)号(hao)，再利(li)用過采樣、噪聲(sheng)整形和數字濾(lü)波技術，來(lai)提高(gao)有效(xiao)分辨(bian)力。Σ－Δ式(shi)A／D轉換器(qi)不(bu)僅能濾除(chu)量化噪聲(sheng)，而且對外圍元(yuan)件的(de)精度要求(qiu)低；由(you)于采(cai)用了數字(zi)反饋方式(shi)，因此比較(jiao)器的失調(diao)電壓(ya)及零(ling)點漂(piao)移(yi)都(dou)不會影響(xiang)溫(wen)度的轉(zhuan)換精度。這(zhe)種智(zhi)能溫(wen)度(du)傳感器(qi)兼有抑制串模(mo)幹擾(rao)能(neng)力(li)強、分(fen)辨力(li)高、線(xian)性度好、成本(ben)低等優(you)點。

爲了避(bi)免在溫控系統受到(dao)噪聲幹擾(rao)時産(chan)生誤(wu)動作(zuo)，在AD7416/7417/7817、LM75／76、MAX6625／6626等(deng)智能溫(wen)度傳感(gan)器的内(nei)部，都設(she)置了一個可編程的“故障排隊(dui)(fAultqueue)”計數(shu)器，專用于設定(ding)允許被測(ce)溫度值超(chao)過上、下限的次數。僅(jin)當被測溫度連(lian)續超(chao)過(guo)上限或(huo)低于(yu)下限的次數達到(dao)或(huo)超過(guo)所設(she)定的次數(shu)n(n=1~4)時，才(cai)能觸(chu)發中(zhong)斷端(duan)。若故(gu)障次(ci)數不(bu)滿(man)足(zu)上述(shu)條件或(huo)故障不是連(lian)續發(fa)生的(de)，故障(zhang)計數(shu)器就(jiu)複位(wei)而(er)不(bu)會觸(chu)發中(zhong)斷端(duan)。這意(yi)味着(zhe)假(jia)定(ding)n=3時，那(na)麽偶(ou)然(ran)受(shou)到一次或(huo)兩次(ci)噪聲(sheng)幹擾(rao)，都不(bu)會影(ying)響溫控系(xi)統的(de)正常(chang)工作(zuo)。

LM76型智能溫(wen)度傳感器(qi)增加了(le)溫度窗口比(bi)較器，非常(chang)适合設計(ji)一個(ge)符合(he)ACPI(AdvAnced ConfigurAtion And Power InterfAce，即“先進配(pei)置與電(dian)源(yuan)接口(kou)”)規範的溫控系(xi)統。這種系(xi)統具(ju)有完(wan)善(shan)的過熱(re)保護(hu)功能(neng)，可用來監(jian)控筆記本(ben)電腦和(he)服(fu)務器(qi)中CPU及(ji)主(zhu)電(dian)路的(de)溫度。微處(chu)理器(qi)高可承受的工(gong)茁度規定(ding)爲tH，台式計算機一般(ban)爲75°C，高(gao)檔筆(bi)記本(ben)電腦(nao)的(de)專用CPU可(ke)達100°C。一旦CPU或(huo)主電路的溫(wen)度(du)超出(chu)所設定(ding)的(de)上、下(xia)限時(shi)， INT端立即使(shi)主機産生(sheng)中斷(duan)，再通(tong)過電源控(kong)制器發出(chu)信号(hao)，迅速将(jiang)主電源(yuan)關斷起到(dao)保護(hu)作用。此(ci)外，當溫(wen)度超過CPU的(de)極限(xian)溫度時(shi)，嚴(yan)重超(chao)溫報警輸(shu)出端(duan)(T_CRIT_A)也能(neng)直接關斷(duan)主電源(yuan)，并(bing)且該(gai)端還可通(tong)過獨(du)立的(de)硬(ying)件關斷(duan)電路來(lai)切斷主(zhu)電源，以防主電(dian)源控(kong)制(zhi)失靈。上(shang)述三重(zhong)安(an)全性(xing)保護措施已成(cheng)爲國際(ji)上(shang)設計(ji)溫控(kong)系統的新(xin)觀念。

爲(wei)防(fang)止因(yin)人體(ti)靜(jing)電放電(dian)(ESD)而損壞芯(xin)片。一(yi)些智能(neng)溫度傳(chuan)感器(qi)還增(zeng)加了ESD保護(hu)電路，一般(ban)可承(cheng)受(shou)1000~4000V的(de)靜電(dian)放電(dian)電壓。通常(chang)是将(jiang)人體(ti)等效于由100PF電容(rong)和1.2K歐(ou)姆電阻串(chuan)聯而(er)成的電路模型(xing)，當人體放(fang)電時，TCN75型智(zhi)能(neng)溫度傳(chuan)感器的串(chuan)行接口端(duan)、中斷／比較(jiao)器信号輸(shu)出端和地(di)址輸(shu)入端(duan)均可承受(shou)1000V的靜電放(fang)電電(dian)壓。LM83型(xing)智能溫度傳感器則(ze)可(ke)承(cheng)受4000V的(de)靜電放電電壓(ya)。

新開發的(de)智能(neng)溫度(du)傳(chuan)感器(例(li)如MAX6654、LM83)還增加了傳(chuan)感器故障檢測(ce)功能(neng)，能(neng)自動檢(jian)測外(wai)部晶體管(guan)溫度(du)傳感(gan)器(亦(yi)稱遠(yuan)程傳感器(qi))的開路或短路(lu)故障。MAX6654還具有選(xuan)擇“寄生阻抗抵(di)消”(PArAsitic ResistAnce CAncellAtion，英(ying)文縮(suo)寫爲prc)模式，能抵消遠(yuan)程傳感(gan)器(qi)引線阻抗(kang)所引起的(de)測溫(wen)誤(wu)差(cha)，即使引線阻抗達到(dao)100歐姆，也不(bu)會影(ying)響測(ce)量精度。遠(yuan)程傳(chuan)感器(qi)引線可采用普通雙(shuang)絞線(xian)或者(zhe)帶屏(ping)蔽層的雙絞線(xian)。

2.5虛拟(ni)溫度傳感器和網絡溫度(du)傳感(gan)器(qi)
(1)虛(xu)拟傳(chuan)感器(qi)
虛(xu)拟傳感(gan)器是(shi)基于(yu)傳感(gan)器硬(ying)件和計算(suan)機平台、并(bing)通過軟件(jian)開(kai)發而成(cheng)的。利用(yong)軟(ruan)件可完成(cheng)傳感器的(de)标定及(ji)校(xiao)準，以實現(xian)佳性能指(zhi)标。近，美(mei)國(guo)Ｂ＆Ｋ公司已開(kai)發(fa)出(chu)一種(zhong)基于軟件設置(zhi)的TEDS型(xing)虛拟傳感(gan)器，其主要特點(dian)是每隻傳感器(qi)都有唯一的産(chan)品序(xu)列号(hao)并且(qie)附帶一(yi)張軟盤，軟盤(pan)上(shang)存(cun)儲着(zhe)對該傳感器進行标定的有關(guan)數據(ju)。使(shi)用(yong)時，傳感器(qi)通(tong)過數據(ju)采集器接(jie)至計算機，首先(xian)從計(ji)算機輸入(ru)該傳感器(qi)的産(chan)品序(xu)列号，再從(cong)軟盤上讀(du)出有(you)關數(shu)據，然後自(zi)動完(wan)成對(dui)傳(chuan)感器的(de)檢查(cha)、傳感(gan)器參(can)數的(de)讀(du)取、傳感(gan)器設置和(he)記錄(lu)工作(zuo)。

(2)網絡溫度(du)傳感(gan)器(qi)
網(wang)絡溫(wen)度傳(chuan)感器是包(bao)含數字傳(chuan)感器(qi)、網絡(luo)接口和處(chu)理單元的(de)新一(yi)代智能(neng)傳(chuan)感器(qi)。數字(zi)傳感器首先将(jiang)被測(ce)溫度(du)轉換成數(shu)字量，再送給(gei)微控制(zhi)器作數據(ju)處理。後将測(ce)量結果(guo)傳輸給(gei)網絡，以便實(shi)現(xian)各傳感(gan)器之間(jian)、傳(chuan)感器(qi)與執(zhi)行(hang)器之間(jian)、傳感器(qi)與(yu)系統(tong)之間(jian)的數(shu)據交(jiao)換及(ji)資源共享(xiang)，在更(geng)換(huan)傳感器(qi)時無須(xu)進(jin)行标(biao)定和校準，可做(zuo)到“即插(cha)即(ji)用(Plug&PlAy)”，這樣就(jiu)極(ji)大地方(fang)便了用戶。

2.6單片(pian)測溫(wen)系統(tong)
單片(pian)系統(System On Chip)是21世紀一(yi)項高(gao)新科技産(chan)品。它是在(zai)芯片上集(ji)成(cheng)一(yi)個系(xi)統或子系(xi)統，其(qi)集成度(du)将高達(da)108~109元件/片，這(zhe)将給IC産業(ye)及IC應(ying)用帶(dai)來劃時代(dai)的進(jin)步。半(ban)導(dao)體(ti)工業(ye)協會(SIA)對單(dan)片系(xi)統集(ji)成所(suo)作的(de)預測見表(biao)1。目前(qian)，國際(ji)上(shang)一些著(zhe)名的IC廠家(jia)已開(kai)始研(yan)制單片測(ce)溫系統，相(xiang)信在(zai)不久的将來即(ji)可面(mian)市(shi)。

表(biao)1單片(pian)系統集(ji)成電路(lu)的發(fa)展預(yu)測
年 份 2001 2002 2007 2010
小線寬(kuan)/um 0.18 0.13 0.1 0.07
包含(han)晶體管數量/片(pian) 1.3X108 2.5X108 5X108 9X108
成本(ben)/(晶體管/毫(hao)美分) 0.2 0.1 0.05 0.02
芯片尺寸(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