現代信息技術(shu)的三大(da)基礎是(shi)信息(xi)采(cai)集(即傳(chuan)感器技術)、信息(xi)傳輸(通信技術(shu))和信(xin)息處理(計(ji)算機(ji)技術(shu))。傳感(gan)器屬于信(xin)息技(ji)術的(de)前(qian)沿尖端(duan)産品(pin)，尤(you)其(qi)是溫度傳(chuan)感器被廣(guang)泛用于工(gong)農業(ye)生産、科學研究(jiu)和生(sheng)活等(deng)領域，數量高居各種(zhong)傳感器之(zhi)首。近百年(nian)來，溫(wen)度傳(chuan)感器的發(fa)展大(da)緻經(jing)曆了(le)以下(xia)三個階段(duan)；(1)傳統(tong)的分(fen)立式溫度(du)傳感器(含(han)敏感(gan)元件(jian))；(2)模拟(ni)集成(cheng)溫度傳感(gan)器／控(kong)制器(qi)；(3)智(zhi)能溫度(du)傳感器。目(mu)前，國(guo)際上新型溫度(du)傳感器(qi)正從模(mo)拟式向數(shu)字式(shi)、由集成化向智(zhi)能化(hua)、網(wang)絡(luo)化的(de)方向(xiang)發展。

１集成(cheng)溫度(du)傳感(gan)器的(de)産品分類(lei)
1.1模拟(ni)集成(cheng)溫(wen)度傳感(gan)器
集(ji)成傳(chuan)感器(qi)是采(cai)用(yong)矽半導(dao)體集(ji)成(cheng)工(gong)藝而(er)制成(cheng)的，因(yin)此亦(yi)稱矽傳(chuan)感器或單片(pian)集成溫度(du)傳感器。模(mo)拟集成溫(wen)度(du)傳感器(qi)是在20世紀(ji)80年代(dai)問世的，它是将(jiang)溫度傳(chuan)感(gan)器集(ji)成在(zai)一(yi)個芯片(pian)上、可完成(cheng)溫度測量(liang)及模拟信(xin)号輸出功能的(de)專用(yong)IC。模拟(ni)集成(cheng)溫度傳感(gan)器的(de)主要(yao)特(te)點(dian)是功(gong)能單(dan)一(僅測量溫度)、測溫誤差(cha)小、價格低(di)、響應(ying)速度快、傳(chuan)輸距(ju)離遠、體(ti)積(ji)小、微(wei)功耗(hao)等(deng)，适合遠(yuan)距離測(ce)溫(wen)、控溫，不需要進(jin)行非(fei)線性校準，外圍(wei)電路(lu)簡單。它是(shi)目前在(zai)國(guo)内外(wai)應用(yong)最(zui)爲(wei)普遍(bian)的一種(zhong)集(ji)成傳(chuan)感器，典型産品(pin)有AD590、AD592、TMP17、LM135等。

1.2模(mo)拟集成溫度(du)控(kong)制(zhi)器
模(mo)拟集成溫度控(kong)制器(qi)主(zhu)要包括(kuo)溫控(kong)開關(guan)、可編(bian)程溫(wen)度(du)控(kong)制器(qi)，典型産(chan)品(pin)有LM56、AD22105和MAX6509。某些增(zeng)強(qiang)型集(ji)成溫度控(kong)制器(qi)(例如TC652/653)中還(hai)包含(han)了A/D轉換(huan)器(qi)以及(ji)固化(hua)好的程序(xu)，這與(yu)智(zhi)能溫度(du)傳感(gan)器有某些(xie)相似(si)之(zhi)處(chu)。但它自成系統(tong)，工作(zuo)時并不受(shou)微處(chu)理器(qi)的(de)控制，這(zhe)是二(er)者的(de)主要(yao)區别(bie)。

1.3智(zhi)能溫度(du)傳感(gan)器
智(zhi)能溫度傳感器(亦稱(cheng)數字溫度(du)傳感(gan)器)是(shi)在20世(shi)紀90年(nian)代中(zhong)期(qi)問(wen)世的(de)。它是(shi)微電子技(ji)術、計算機(ji)技術(shu)和自動測(ce)試技(ji)術(ATE)的結(jie)晶(jing)。目前(qian)，國際上(shang)已開發(fa)出多種智(zhi)能溫(wen)度傳(chuan)感器系列(lie)産品。智能(neng)溫度(du)傳感器内(nei)部都(dou)包含溫度(du)傳感(gan)器、A/D轉(zhuan)換器、信号(hao)處理(li)器、存儲器(qi)(或寄(ji)存器(qi))和接(jie)口電路。有(you)的産(chan)品還(hai)帶多路選(xuan)擇器(qi)、中(zhong)央(yang)控制(zhi)器(cpu)、随(sui)機(ji)存(cun)取存(cun)儲器(RAM)和隻(zhi)讀存(cun)儲器(qi)(ROM)。智(zhi)能(neng)溫度(du)傳感(gan)器的(de)特點(dian)是能(neng)輸(shu)出溫度(du)數據及相(xiang)關的溫度控制量，适(shi)配各種(zhong)微控制(zhi)器(MCU)；并且它是在(zai)硬件的(de)基(ji)礎上(shang)通過(guo)軟(ruan)件來實(shi)現測試功能的(de)，其智能化程度(du)也取決于(yu)軟件(jian)的開發水平。

2智(zhi)能溫度傳感器發展的新(xin)趨勢(shi)
進入21世紀(ji)後，智能溫度(du)傳感器(qi)正朝着高精度(du)、多功能(neng)、總線标(biao)準化、高可(ke)靠性及安(an)全(quan)性(xing)、開發(fa)虛拟(ni)傳(chuan)感(gan)器和(he)網絡(luo)傳感(gan)器、研(yan)制單(dan)片測溫系統等(deng)高科技的(de)方向迅(xun)速發展(zhan)。

2.1提高(gao)測溫精度(du)和分辨(bian)力(li)
在20世紀90年(nian)代(dai)中(zhong)期最(zui)早推出的(de)智能(neng)溫度傳感器，采(cai)用的(de)是8位(wei)A/D轉換器，其(qi)測溫(wen)精度(du)較低，分(fen)辨(bian)力隻(zhi)能達(da)到1°C。目前，國(guo)外已(yi)相(xiang)繼(ji)推出(chu)多種高精度、高(gao)分辨力的智能溫度(du)傳(chuan)感(gan)器，所(suo)用的(de)是9~12位(wei)A/D轉換(huan)器，分(fen)辨力一般(ban)可達0.5~0.0625°C。由(you)美(mei)國DALLAS半(ban)導體(ti)公(gong)司(si)新研(yan)制的(de)DS1624型高(gao)分辨(bian)力智(zhi)能溫度傳(chuan)感器，能(neng)輸出13位(wei)二進制數據，其(qi)分辨(bian)力(li)高(gao)達0.03125°C，測(ce)溫精(jing)度爲(wei)±0.2°C。爲了(le)提高(gao)多通道智能溫(wen)度傳(chuan)感器(qi)的轉(zhuan)換速(su)率，也(ye)有的芯片(pian)采用(yong)高速逐次(ci)逼近(jin)式A/D轉(zhuan)換(huan)器(qi)。以AD7817型(xing)5通道智能溫度傳感器爲(wei)例，它(ta)對本地(di)傳(chuan)感器(qi)、每一路遠(yuan)程傳(chuan)感器的轉換時(shi)間分别僅爲27us、9us。

2.2增(zeng)加測(ce)試功(gong)能
新(xin)型智(zhi)能溫度傳(chuan)感器的測(ce)試功(gong)能也(ye)在不斷增(zeng)強。例如，DS1629型單線(xian)智能溫度傳感(gan)器增加了(le)實時(shi)日曆(li)時鍾(zhong)（RTC），使其(qi)功能更加(jia)完善(shan)。DS1624還增加了(le)存儲(chu)功能，利用(yong)芯片内部(bu)256字(zi)節(jie)的E2PROM存(cun)儲器，可存儲用(yong)戶的短信(xin)息。另(ling)外，智(zhi)能溫度傳(chuan)感器(qi)正(zheng)從(cong)單通(tong)道向多通(tong)道的方向(xiang)發展，這就(jiu)爲研制和開發多路(lu)溫度測控(kong)系統創造(zao)了良(liang)好條件(jian)。?br>

智能溫(wen)度傳感器(qi)都具有多(duo)種(zhong)工作模(mo)式可(ke)供選擇，主(zhu)要包(bao)括單(dan)次轉(zhuan)換模式、連(lian)續轉(zhuan)換模(mo)式、待(dai)機模(mo)式，有的(de)還增加(jia)了低(di)溫極限擴(kuo)展模式，操(cao)作非(fei)常簡便(bian)。對(dui)某些(xie)智能溫度(du)傳感(gan)器而言，主機(外(wai)部微處理器或單片機(ji))還可通(tong)過相應(ying)的(de)寄存(cun)器來(lai)設定其A/D轉(zhuan)換速率(典型産(chan)品爲MAX6654)，分(fen)辨(bian)力及(ji)最大轉(zhuan)換(huan)時間(jian)(典型産品(pin)爲DS1624)。

能(neng)溫度控制(zhi)器是(shi)在智(zhi)能溫度傳(chuan)感器(qi)的(de)基礎上(shang)發展(zhan)而成(cheng)的。典(dian)型産(chan)品(pin)有(you)DS1620、DS1623、TCN75、LM76、MAX6625。智能(neng)溫度(du)控制(zhi)器适(shi)配各種(zhong)微(wei)控制(zhi)器，構(gou)成(cheng)智(zhi)能化(hua)溫控(kong)系統；它們(men)還可(ke)以脫離微(wei)控制器單(dan)獨工(gong)作，自行構成一(yi)個溫控儀(yi)。

2.3總線技術(shu)的标(biao)準化(hua)與規範化(hua)
目前(qian)，智能(neng)溫度傳感(gan)器的(de)總(zong)線(xian)技術(shu)也實(shi)現了标準(zhun)化、規範化，所采用的(de)總線主要(yao)有單線(xian)(1-Wire)總線、I2C總(zong)線、SMBus總線和(he)spI總線(xian)。溫度(du)傳感(gan)器作(zuo)爲從(cong)機可通過(guo)專用總線接口與主(zhu)機進行通(tong)信。

2.4可靠性(xing)及安(an)全性設計(ji)
傳統(tong)的A/D轉換(huan)器(qi)大多采用積分(fen)式或(huo)逐次比(bi)較(jiao)式轉換技術，其(qi)噪聲(sheng)容限低(di)，抑(yi)制混(hun)疊噪聲(sheng)及量化(hua)噪聲的能力比(bi)較差(cha)。新(xin)型(xing)智能(neng)溫度傳感(gan)器(例(li)如TMP03/04、LM74、LM83)普(pu)遍(bian)采用了(le)高性能的(de)Σ－Δ式A／Ｄ轉換器(qi)，它能(neng)以很(hen)高的采樣速率和很(hen)低(di)的采樣(yang)分辨力将模拟(ni)信号(hao)轉換(huan)成數(shu)字信号，再(zai)利用(yong)過采樣、噪(zao)聲整(zheng)形和(he)數字(zi)濾波(bo)技術，來(lai)提高有(you)效分(fen)辨力。Σ－Δ式A／D轉(zhuan)換器不僅能濾(lü)除量化噪聲，而(er)且對(dui)外圍(wei)元件(jian)的精度要(yao)求低；由于(yu)采用了數(shu)字反(fan)饋方(fang)式，因此比(bi)較器的失(shi)調電壓及(ji)零點(dian)漂移(yi)都不會影(ying)響溫(wen)度(du)的轉換(huan)精度(du)。這種(zhong)智能(neng)溫度傳感器兼(jian)有抑制(zhi)串模幹(gan)擾能力(li)強(qiang)、分辨(bian)力高(gao)、線(xian)性(xing)度好(hao)、成本低等(deng)優點(dian)。

爲了避免在溫(wen)控系(xi)統(tong)受到噪(zao)聲幹擾(rao)時産生(sheng)誤動(dong)作，在(zai)AD7416/7417/7817、LM75／76、MAX6625／6626等智(zhi)能溫(wen)度傳感器(qi)的内部(bu)，都(dou)設置(zhi)了一(yi)個可編程(cheng)的“故障排(pai)隊(fAultqueue)”計數器，專用(yong)于設(she)定允許(xu)被(bei)測溫(wen)度值(zhi)超過上、下(xia)限的次數。僅當被測(ce)溫(wen)度連續(xu)超過上(shang)限(xian)或低(di)于下(xia)限的(de)次數(shu)達到(dao)或超過所設定(ding)的(de)次數n(n=1~4)時(shi)，才能(neng)觸發(fa)中斷(duan)端。若故障(zhang)次數(shu)不滿足(zu)上(shang)述條件或(huo)故障不是(shi)連續發生(sheng)的，故(gu)障計數器就複(fu)位而不(bu)會(hui)觸發(fa)中斷端(duan)。這意味(wei)着假定n=3時(shi)，那麽(me)偶然(ran)受(shou)到一次(ci)或兩次噪(zao)聲幹(gan)擾，都(dou)不會影響(xiang)溫控系統(tong)的正(zheng)常工(gong)作。

LM76型智能(neng)溫度(du)傳(chuan)感(gan)器增(zeng)加了溫度窗口(kou)比較(jiao)器(qi)，非常适(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(yuan)接口”)規(gui)範的溫控(kong)系統(tong)。這種(zhong)系(xi)統具有(you)完善的(de)過(guo)熱保護功(gong)能，可(ke)用來(lai)監控筆記本電(dian)腦和(he)服務器中(zhong)CPU及主電路(lu)的溫度。微(wei)處理(li)器最(zui)高可承受(shou)的工(gong)作溫度(du)規(gui)定爲(wei)tH，台式計算(suan)機一般爲(wei)75°C，高檔(dang)筆記(ji)本電(dian)腦的專用(yong)CPU可達(da)100°C。一(yi)旦CPU或主(zhu)電路(lu)的溫(wen)度超(chao)出所(suo)設定的上(shang)、下限時(shi)， INT端(duan)立即(ji)使主(zhu)機産生中(zhong)斷，再通過電源(yuan)控制(zhi)器發出信(xin)号，迅(xun)速将(jiang)主電源關(guan)斷起到保(bao)護作(zuo)用。此(ci)外，當(dang)溫度(du)超過CPU的極(ji)限溫度時(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(dian)源，并且(qie)該端(duan)還(hai)可(ke)通過(guo)獨立的(de)硬件關(guan)斷電(dian)路來(lai)切斷(duan)主電(dian)源(yuan)，以防主(zhu)電源(yuan)控制(zhi)失靈(ling)。上述(shu)三重安全(quan)性保護(hu)措施已成爲(wei)國(guo)際上設(she)計溫控(kong)系(xi)統的(de)新觀(guan)念。

爲防止(zhi)因人體靜(jing)電放(fang)電(ESD)而(er)損(sun)壞(huai)芯片(pian)。一些(xie)智能(neng)溫度傳感(gan)器還增加(jia)了ESD保護電(dian)路，一(yi)般可(ke)承(cheng)受(shou)1000~4000V的靜(jing)電放(fang)電(dian)電(dian)壓。通(tong)常是(shi)将人體等(deng)效于(yu)由100PF電(dian)容和(he)1.2K歐姆(mu)電阻串聯(lian)而成的(de)電(dian)路模型，當(dang)人(ren)體放電(dian)時，TCN75型智(zhi)能(neng)溫度(du)傳感(gan)器的(de)串行(hang)接口端、中(zhong)斷／比較器信(xin)号(hao)輸出(chu)端和地址輸入(ru)端均(jun)可承(cheng)受1000V的(de)靜電(dian)放(fang)電(dian)電壓(ya)。LM83型智(zhi)能(neng)溫度傳(chuan)感器(qi)則(ze)可(ke)承受(shou)4000V的靜(jing)電(dian)放電電(dian)壓。

最新開發的(de)智能(neng)溫度(du)傳感(gan)器(例如(ru)MAX6654、LM83)還(hai)增加(jia)了傳(chuan)感器故障(zhang)檢測功能，能自(zi)動檢測(ce)外部晶(jing)體管溫(wen)度(du)傳感(gan)器(亦(yi)稱遠程傳(chuan)感器)的(de)開(kai)路或短路(lu)故障。MAX6654還具(ju)有選擇“寄生阻(zu)抗抵消”(PArAsitic ResistAnce CAncellAtion，英(ying)文縮(suo)寫爲(wei)prc)模式，能抵消遠(yuan)程(cheng)傳感器(qi)引線(xian)阻(zu)抗所引(yin)起的(de)測溫誤差(cha)，即使(shi)引(yin)線(xian)阻抗(kang)達到100歐姆，也不(bu)會影響(xiang)測(ce)量精(jing)度。遠(yuan)程(cheng)傳感器(qi)引線可(ke)采用普通雙(shuang)絞(jiao)線或者(zhe)帶屏蔽(bi)層的雙(shuang)絞線(xian)。

2.5虛拟溫度(du)傳感器和(he)網絡溫度傳感(gan)器
(1)虛(xu)拟傳感(gan)器(qi)
虛拟(ni)傳感(gan)器(qi)是(shi)基于(yu)傳感(gan)器硬(ying)件和(he)計算機(ji)平台、并(bing)通過軟件(jian)開發而成的。利用軟(ruan)件可完(wan)成(cheng)傳感(gan)器的(de)标定(ding)及校(xiao)準，以實現最佳(jia)性能(neng)指标。最近(jin)，美國(guo)Ｂ＆Ｋ公(gong)司(si)已開(kai)發出(chu)一種(zhong)基于(yu)軟件設置(zhi)的TEDS型虛拟(ni)傳感(gan)器，其(qi)主要特點(dian)是每隻傳(chuan)感器都有(you)唯一的(de)産(chan)品序(xu)列号(hao)并(bing)且(qie)附帶(dai)一張軟盤(pan)，軟盤(pan)上存(cun)儲着對該(gai)傳感器(qi)進(jin)行标定的(de)有關數據(ju)。使用時(shi)，傳(chuan)感器(qi)通過數據(ju)采集(ji)器接至計(ji)算機(ji)，首先(xian)從(cong)計(ji)算機(ji)輸入(ru)該傳(chuan)感器的産品(pin)序列号(hao)，再從軟盤(pan)上讀(du)出有(you)關數(shu)據，然(ran)後自動完(wan)成對(dui)傳感(gan)器(qi)的檢查(cha)、傳感器(qi)參數的讀取(qu)、傳(chuan)感器設(she)置和(he)記錄工作(zuo)。

(2)網絡溫度(du)傳感(gan)器
網(wang)絡溫(wen)度傳(chuan)感器是(shi)包含數(shu)字傳感(gan)器(qi)、網絡(luo)接口和(he)處(chu)理單(dan)元的新一(yi)代智(zhi)能傳(chuan)感器(qi)。數字(zi)傳感(gan)器(qi)首先将被測溫(wen)度(du)轉換(huan)成數字量，再送(song)給微(wei)控(kong)制(zhi)器作(zuo)數據處理。最後(hou)将測(ce)量(liang)結果傳(chuan)輸給(gei)網絡(luo)，以便實現各傳感器(qi)之間、傳感器與執行(hang)器之(zhi)間、傳(chuan)感器與系(xi)統之間的(de)數據(ju)交換(huan)及資(zi)源共享，在(zai)更換傳感器時(shi)無須(xu)進行(hang)标定(ding)和校(xiao)準，可做到(dao)“即插即(ji)用(yong)(Plug&PlAy)”，這樣(yang)就極(ji)大地方便(bian)了用戶。

2.6單片測(ce)溫系(xi)統(tong)
單(dan)片系(xi)統(System On Chip)是21世紀一項高新(xin)科技産品(pin)。它是在芯片上(shang)集成(cheng)一個(ge)系統(tong)或子(zi)系(xi)統(tong)，其集成度(du)将高(gao)達108~109元(yuan)件/片，這(zhe)将(jiang)給IC産(chan)業及(ji)IC應(ying)用(yong)帶來(lai)劃時代的(de)進步(bu)。半導(dao)體工業協(xie)會(SIA)對單片系統(tong)集成所作的預(yu)測見(jian)表1。目(mu)前，國(guo)際上(shang)一些著名(ming)的IC廠(chang)家已(yi)開始(shi)研制(zhi)單片測溫(wen)系統，相信(xin)在不久的(de)将(jiang)來(lai)即可(ke)面市。

表(biao)1單(dan)片系統集成(cheng)電路的(de)發展(zhan)預測(ce)
年 份 2001 2002 2007 2010
最小(xiao)線寬(kuan)/um 0.18 0.13 0.1 0.07
包含(han)晶體管數(shu)量/片(pian) 1.3X108 2.5X108 5X108 9X108
成本/(晶體(ti)管/毫(hao)美分) 0.2 0.1 0.05 0.02
芯(xin)片(pian)尺寸/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