現(xian)代信息(xi)技術(shu)的三(san)大基(ji)礎是(shi)信(xin)息(xi)采集(ji)(即傳感器(qi)技術)、信息(xi)傳(chuan)輸(shu)(通信(xin)技術(shu))和信(xin)息處理(計算機技術(shu))。傳感器屬(shu)于信(xin)息技(ji)術的前沿(yan)尖端(duan)産(chan)品(pin)，尤其(qi)是溫(wen)度傳感器(qi)被廣(guang)泛用(yong)于工(gong)農業生産(chan)、科學(xue)研究和生(sheng)活等(deng)領域(yu)，數量高居(ju)各種傳(chuan)感(gan)器之首。近(jin)百年(nian)來，溫(wen)度傳感器的發(fa)展大(da)緻(zhi)經曆了(le)以下三(san)個(ge)階段(duan)；(1)傳統的分立式(shi)溫度傳感(gan)器(含敏感(gan)元件)；(2)模拟(ni)集成溫度傳感(gan)器／控(kong)制(zhi)器；(3)智能(neng)溫度傳感器。目(mu)前，國際(ji)上新型(xing)溫度傳感(gan)器正(zheng)從模拟式(shi)向數(shu)字式、由(you)集(ji)成化(hua)向智(zhi)能(neng)化、網絡(luo)化的方向(xiang)發展(zhan)。

１集成溫度傳感(gan)器的産品(pin)分類(lei)
1.1模拟(ni)集成(cheng)溫度(du)傳感(gan)器
集(ji)成傳感器是(shi)采用矽(xi)半導體(ti)集(ji)成工(gong)藝而(er)制(zhi)成的，因(yin)此亦稱矽(xi)傳感器或(huo)單片集成(cheng)溫度傳感器。模(mo)拟集(ji)成(cheng)溫度傳(chuan)感器(qi)是在20世紀80年代問世的，它(ta)是将溫(wen)度(du)傳感(gan)器集成在一個(ge)芯片上、可(ke)完成(cheng)溫度(du)測量及模(mo)拟信(xin)号輸(shu)出功(gong)能的專用IC。模拟(ni)集成(cheng)溫(wen)度傳感(gan)器的(de)主(zhu)要特點(dian)是功(gong)能單一(僅(jin)測量(liang)溫度(du))、測溫(wen)誤差(cha)小、價格低、響應速度快、傳(chuan)輸距離遠、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(bu)需要進(jin)行非線(xian)性(xing)校準(zhun)，外圍電路(lu)簡單(dan)。它是目前在國(guo)内外(wai)應(ying)用最爲(wei)普遍的一(yi)種集成傳(chuan)感器，典型(xing)産品有(you)AD590、AD592、TMP17、LM135等(deng)。

1.2模拟(ni)集成(cheng)溫度控制(zhi)器
模拟集(ji)成溫(wen)度控制器主要(yao)包括溫控開關(guan)、可編(bian)程(cheng)溫(wen)度控(kong)制器，典型産品(pin)有LM56、AD22105和(he)MAX6509。某些增強(qiang)型集成(cheng)溫(wen)度控(kong)制器(qi)(例(li)如TC652/653)中還(hai)包含了A/D轉換器(qi)以及(ji)固化好的(de)程序，這(zhe)與(yu)智能(neng)溫度(du)傳感器有(you)某些(xie)相似之處(chu)。但它自成(cheng)系統(tong)，工作時并不受(shou)微處(chu)理(li)器的控(kong)制，這是(shi)二者的(de)主要(yao)區(qu)别。

1.3智能(neng)溫度傳感器
智能溫(wen)度傳感器(qi)(亦稱(cheng)數(shu)字溫度(du)傳感(gan)器)是在20世(shi)紀90年代中期問世的(de)。它是微電(dian)子技(ji)術、計(ji)算機技術(shu)和(he)自動測(ce)試技術(ATE)的結晶。目前(qian)，國際(ji)上已(yi)開發(fa)出多(duo)種智(zhi)能溫度(du)傳感器(qi)系列産(chan)品。智能(neng)溫度(du)傳感器内(nei)部都包含(han)溫度(du)傳感(gan)器、A/D轉換器(qi)、信号處理(li)器、存(cun)儲器(或(huo)寄存器(qi))和接(jie)口電(dian)路。有(you)的産品(pin)還帶多(duo)路選(xuan)擇器(qi)、中央(yang)控制(zhi)器(cpu)、随機存(cun)取存儲器(RAM)和隻(zhi)讀存儲器(qi)(ROM)。智能(neng)溫度(du)傳感(gan)器的特點是能輸出(chu)溫度數據(ju)及相關的(de)溫度(du)控制(zhi)量，适配各種微(wei)控制(zhi)器(qi)(MCU)；并且它(ta)是在硬件(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)，其智能化(hua)程度(du)也取(qu)決于(yu)軟件(jian)的(de)開發水(shui)平。

2智(zhi)能溫(wen)度傳(chuan)感器(qi)發展(zhan)的新(xin)趨勢
進(jin)入21世紀(ji)後，智能溫度傳(chuan)感器正朝(chao)着高精度(du)、多功(gong)能、總(zong)線标準化、高可靠性及(ji)安(an)全性(xing)、開發虛拟傳感(gan)器和(he)網絡傳感(gan)器、研制單(dan)片測溫系(xi)統等(deng)高科(ke)技的方(fang)向(xiang)迅速發展(zhan)。

2.1提(ti)高(gao)測溫(wen)精度和分(fen)辨力
在20世(shi)紀90年代中(zhong)期最早(zao)推出的智能(neng)溫(wen)度(du)傳感(gan)器，采(cai)用的(de)是8位A/D轉換器(qi)，其測溫(wen)精度較低(di)，分辨(bian)力隻(zhi)能達到1°C。目(mu)前，國外已(yi)相繼推出(chu)多種(zhong)高精(jing)度、高(gao)分辨(bian)力的智能(neng)溫度傳感(gan)器，所(suo)用(yong)的是9~12位(wei)A/D轉換(huan)器(qi)，分辨力(li)一般可達(da)0.5~0.0625°C。由美(mei)國DALLAS半(ban)導體公司(si)新研(yan)制的(de)DS1624型高(gao)分辨(bian)力(li)智能溫(wen)度傳感器(qi)，能輸(shu)出13位二進制數(shu)據，其分辨(bian)力高(gao)達0.03125°C，測(ce)溫(wen)精度爲(wei)±0.2°C。爲了提(ti)高多通(tong)道智(zhi)能溫度傳(chuan)感器(qi)的(de)轉(zhuan)換速(su)率，也有的芯片(pian)采用(yong)高速(su)逐次(ci)逼近(jin)式A/D轉(zhuan)換器(qi)。以AD7817型5通(tong)道(dao)智能(neng)溫度(du)傳(chuan)感器爲(wei)例，它(ta)對本(ben)地傳感器(qi)、每(mei)一路遠(yuan)程傳感器的轉(zhuan)換時(shi)間分(fen)别僅(jin)爲27us、9us。

2.2增加測(ce)試功能
新(xin)型智能溫(wen)度傳(chuan)感器(qi)的測(ce)試功(gong)能也在不(bu)斷增(zeng)強。例(li)如，DS1629型(xing)單線(xian)智(zhi)能溫度(du)傳感器增(zeng)加了(le)實時日曆時鍾(zhong)（RTC），使其功能(neng)更加(jia)完善(shan)。DS1624還增(zeng)加了(le)存儲功能(neng)，利用芯片(pian)内部256字節(jie)的E2PROM存儲(chu)器，可存(cun)儲用戶(hu)的(de)短信(xin)息。另外，智(zhi)能溫(wen)度傳感器正從(cong)單通(tong)道向(xiang)多通(tong)道的(de)方向發展(zhan)，這就爲研(yan)制和開發多路(lu)溫度(du)測控系(xi)統(tong)創造(zao)了良(liang)好條件。?br>

智(zhi)能溫度(du)傳(chuan)感器(qi)都具(ju)有多種工(gong)作模(mo)式(shi)可供選(xuan)擇，主(zhu)要包括單(dan)次轉換(huan)模(mo)式、連(lian)續轉(zhuan)換(huan)模式、待(dai)機模(mo)式，有(you)的還(hai)增加(jia)了低溫極(ji)限擴展(zhan)模(mo)式，操(cao)作非(fei)常簡便。對(dui)某些智能(neng)溫度(du)傳感(gan)器而言，主(zhu)機(外(wai)部(bu)微(wei)處理器或(huo)單片(pian)機)還(hai)可通過相應的(de)寄存(cun)器來設定(ding)其A/D轉換速(su)率(典(dian)型産(chan)品爲MAX6654)，分辨(bian)力及(ji)最(zui)大(da)轉換(huan)時間(jian)(典型産品(pin)爲DS1624)。

能溫度(du)控制(zhi)器是(shi)在智能溫(wen)度傳感(gan)器(qi)的基礎上(shang)發(fa)展而成(cheng)的。典型(xing)産(chan)品有(you)DS1620、DS1623、TCN75、LM76、MAX6625。智能(neng)溫度控制(zhi)器适配各種微控制器(qi)，構(gou)成智(zhi)能化溫控系統(tong)；它們還可以脫(tuo)離微控制(zhi)器單(dan)獨工(gong)作(zuo)，自(zi)行構(gou)成一個溫控儀。

2.3總線(xian)技(ji)術的标(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)技術也實現了(le)标準化(hua)、規範化(hua)，所采(cai)用的(de)總線(xian)主要有單(dan)線(1-Wire)總(zong)線、I2C總(zong)線、SMBus總線和(he)spI總線。溫度(du)傳感(gan)器作(zuo)爲從機可(ke)通過專用總線(xian)接口與主(zhu)機進(jin)行通(tong)信(xin)。

2.4可(ke)靠性及安全性(xing)設計(ji)
傳統的A/D轉(zhuan)換器(qi)大多(duo)采(cai)用積分(fen)式或逐(zhu)次(ci)比較(jiao)式轉(zhuan)換技術，其(qi)噪聲容(rong)限(xian)低，抑(yi)制混疊(die)噪(zao)聲及(ji)量化噪(zao)聲(sheng)的能力比(bi)較差。新型(xing)智能溫(wen)度傳感(gan)器(例(li)如TMP03/04、LM74、LM83)普遍采(cai)用了(le)高性(xing)能的(de)Σ－Δ式A／Ｄ轉換器，它能(neng)以很高的(de)采樣速率和很(hen)低的(de)采樣(yang)分辨(bian)力将(jiang)模拟信号(hao)轉換(huan)成數(shu)字(zi)信(xin)号，再(zai)利用(yong)過采(cai)樣、噪(zao)聲整(zheng)形和數字濾波(bo)技術，來提(ti)高有效(xiao)分(fen)辨力(li)。Σ－Δ式A／D轉換(huan)器不僅(jin)能濾(lü)除(chu)量(liang)化噪(zao)聲，而且對(dui)外圍(wei)元件的精(jing)度要(yao)求低；由于采用(yong)了數(shu)字反饋方式，因(yin)此比(bi)較器(qi)的失(shi)調(diao)電(dian)壓及零點漂移都不(bu)會影響溫(wen)度的(de)轉換(huan)精度。這種(zhong)智能(neng)溫度(du)傳感器兼(jian)有(you)抑(yi)制串(chuan)模幹擾能力強、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)在溫控系統受到噪聲幹(gan)擾時(shi)産生誤(wu)動(dong)作，在AD7416/7417/7817、LM75／76、MAX6625／6626等智能(neng)溫度傳(chuan)感器的(de)内(nei)部，都(dou)設置(zhi)了一個可(ke)編程(cheng)的“故(gu)障排(pai)隊(fAultqueue)”計(ji)數器，專用(yong)于設(she)定(ding)允(yun)許被(bei)測溫(wen)度值超過(guo)上、下限的(de)次數。僅當(dang)被測溫度(du)連續超(chao)過(guo)上限(xian)或低于下限的(de)次數達到(dao)或超過所設定的次(ci)數n(n=1~4)時(shi)，才能(neng)觸發(fa)中斷端。若故障(zhang)次數不(bu)滿足上述條(tiao)件或故障(zhang)不是連續發生的，故(gu)障計數器(qi)就複位(wei)而(er)不會(hui)觸發(fa)中(zhong)斷端。這(zhe)意味着(zhe)假(jia)定n=3時(shi)，那麽(me)偶然受到(dao)一次或(huo)兩(liang)次噪(zao)聲幹(gan)擾(rao)，都(dou)不會(hui)影響溫(wen)控系統(tong)的正常工作。

LM76型(xing)智能溫度(du)傳感器增加(jia)了溫度(du)窗口比較(jiao)器，非常适(shi)合(he)設計一(yi)個符合ACPI(AdvAnced ConfigurAtion And Power InterfAce，即(ji)“先進配置與(yu)電(dian)源接(jie)口”)規(gui)範(fan)的(de)溫控(kong)系統(tong)。這種系統(tong)具有完(wan)善(shan)的過(guo)熱保(bao)護功能，可(ke)用來監控筆記(ji)本電(dian)腦(nao)和服務(wu)器中CPU及主(zhu)電路的溫(wen)度。微處理(li)器最(zui)高(gao)可(ke)承受的工(gong)作溫度規(gui)定爲(wei)tH，台(tai)式(shi)計算機一(yi)般爲(wei)75°C，高檔(dang)筆記(ji)本電(dian)腦的專用(yong)CPU可(ke)達100°C。一旦(dan)CPU或主電(dian)路(lu)的溫度超出所(suo)設定(ding)的上、下(xia)限時， INT端(duan)立即(ji)使主機産(chan)生中斷，再(zai)通過電源控(kong)制器發(fa)出信号，迅(xun)速将主電源(yuan)關斷起(qi)到保護作(zuo)用。此(ci)外，當(dang)溫(wen)度超過(guo)CPU的極(ji)限(xian)溫度時，嚴重超溫報警(jing)輸出(chu)端(duan)(T_CRIT_A)也(ye)能直(zhi)接關(guan)斷主電源(yuan)，并且該端還可(ke)通過獨(du)立的硬(ying)件關斷電路來(lai)切斷(duan)主電(dian)源，以(yi)防主電(dian)源控制(zhi)失靈(ling)。上述三重(zhong)安全(quan)性保(bao)護措施已(yi)成爲國際(ji)上設(she)計(ji)溫(wen)控系(xi)統的新觀(guan)念。

爲(wei)防止(zhi)因(yin)人(ren)體靜電放(fang)電(ESD)而(er)損壞(huai)芯片(pian)。一些(xie)智能溫度(du)傳感(gan)器還(hai)增加了(le)ESD保護電(dian)路，一(yi)般(ban)可承受(shou)1000~4000V的靜(jing)電放(fang)電電(dian)壓。通常(chang)是(shi)将人(ren)體等(deng)效(xiao)于(yu)由100PF電容和1.2K歐姆電阻(zu)串聯而(er)成的電路模型，當人體(ti)放電時(shi)，TCN75型智能溫度(du)傳感器的(de)串行接口端、中斷／比(bi)較(jiao)器信号(hao)輸出端和地址(zhi)輸入(ru)端(duan)均可承(cheng)受1000V的(de)靜(jing)電放電電壓(ya)。LM83型(xing)智(zhi)能溫(wen)度傳感器則可(ke)承受(shou)4000V的(de)靜電放(fang)電電壓。

最(zui)新開發的(de)智(zhi)能溫度(du)傳感器(例如MAX6654、LM83)還(hai)增加(jia)了傳感器(qi)故障檢(jian)測功能(neng)，能自(zi)動檢測外(wai)部晶(jing)體管(guan)溫度(du)傳感器(亦稱遠(yuan)程傳感器(qi))的開(kai)路或短路(lu)故障(zhang)。MAX6654還具(ju)有選擇“寄(ji)生阻(zu)抗抵消”(PArAsitic ResistAnce CAncellAtion，英(ying)文縮寫(xie)爲(wei)prc)模式(shi)，能抵(di)消遠程傳(chuan)感器(qi)引線阻抗所引起的測溫(wen)誤差(cha)，即使(shi)引線(xian)阻抗(kang)達(da)到(dao)100歐姆(mu)，也不(bu)會(hui)影響測量精(jing)度(du)。遠(yuan)程傳(chuan)感器引(yin)線(xian)可采用普通(tong)雙絞線(xian)或者帶屏(ping)蔽層的雙絞(jiao)線。

2.5虛拟(ni)溫度傳感(gan)器和(he)網絡溫度傳感(gan)器
(1)虛拟(ni)傳(chuan)感器(qi)
虛拟傳(chuan)感器是(shi)基于傳感(gan)器硬(ying)件和(he)計算機平(ping)台、并(bing)通過(guo)軟件(jian)開發(fa)而成(cheng)的。利(li)用軟件可(ke)完成傳感(gan)器的标定(ding)及校準(zhun)，以(yi)實現(xian)最佳(jia)性(xing)能(neng)指标(biao)。最近，美(mei)國(guo)Ｂ＆Ｋ公司(si)已開發出(chu)一種(zhong)基于軟件設置(zhi)的TEDS型(xing)虛拟(ni)傳感(gan)器，其(qi)主要(yao)特點是每(mei)隻傳感器(qi)都有唯(wei)一(yi)的産品序(xu)列号(hao)并且(qie)附帶一(yi)張軟盤(pan)，軟盤上存儲着(zhe)對該傳(chuan)感(gan)器進行标(biao)定的有關(guan)數據(ju)。使用(yong)時，傳(chuan)感器(qi)通過(guo)數據(ju)采集器接(jie)至計(ji)算機，首先從計(ji)算機輸入(ru)該傳(chuan)感器(qi)的(de)産品序(xu)列号，再從(cong)軟盤(pan)上讀出有關數(shu)據，然後自(zi)動完(wan)成對傳感器的(de)檢查、傳感(gan)器參數的(de)讀取、傳感(gan)器設置和記錄工作(zuo)。

(2)網絡(luo)溫度(du)傳感(gan)器
網(wang)絡溫度傳感器(qi)是包(bao)含數字傳感器(qi)、網絡(luo)接口和處(chu)理單(dan)元的(de)新一代智(zhi)能傳感器(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)，再送給(gei)微控制(zhi)器作數據處理(li)。最後(hou)将測(ce)量結(jie)果傳輸給網絡，以便實(shi)現各傳(chuan)感器之(zhi)間(jian)、傳感(gan)器與(yu)執(zhi)行器之(zhi)間、傳感(gan)器與系(xi)統之(zhi)間的數據(ju)交換及(ji)資(zi)源共(gong)享，在(zai)更換傳感(gan)器時無須(xu)進行(hang)标定和校(xiao)準，可(ke)做到“即(ji)插(cha)即用(yong)(Plug&PlAy)”，這樣(yang)就(jiu)極(ji)大地(di)方便了用戶。

2.6單(dan)片測溫系統
單(dan)片系統(tong)(System On Chip)是21世紀一項(xiang)高(gao)新科技(ji)産品。它是在芯片上(shang)集(ji)成一個(ge)系統(tong)或子(zi)系統，其集(ji)成(cheng)度将高(gao)達108~109元件/片，這将給IC産(chan)業及(ji)IC應用(yong)帶來(lai)劃時(shi)代的進步。半導體工(gong)業協會(hui)(SIA)對(dui)單片系統(tong)集成(cheng)所作(zuo)的預測(ce)見(jian)表1。目(mu)前，國際上(shang)一些(xie)著名的(de)IC廠家已(yi)開始(shi)研制(zhi)單片(pian)測溫系統，相信(xin)在不(bu)久的将來(lai)即可(ke)面(mian)市。

表1單片系(xi)統集(ji)成電(dian)路的發(fa)展(zhan)預測(ce)
年 份 2001 2002 2007 2010
最(zui)小(xiao)線寬(kuan)/um 0.18 0.13 0.1 0.07
包含(han)晶體(ti)管數量/片(pian) 1.3X108 2.5X108 5X108 9X108
成本/(晶體(ti)管/毫美(mei)分(fen)) 0.2 0.1 0.05 0.02
芯片(pian)尺寸/mm2 750 900 1100 1400
電源電壓(ya)/V 1.8 1.5 1.2 0.9
新片I/O數 2000 2600 3600 4800