現代信息(xi)技術(shu)的三大(da)基礎是(shi)信息采集(ji)(即傳(chuan)感器技(ji)術(shu))、信息(xi)傳輸(通信(xin)技術)和信(xin)息(xi)處(chu)理(計(ji)算機技術)。傳感(gan)器屬于(yu)信息技(ji)術的前沿尖端(duan)産品，尤其是溫(wen)度傳(chuan)感器被廣泛用(yong)于(yu)工農業(ye)生産、科學(xue)研究(jiu)和生(sheng)活等領域(yu)，數量(liang)高居(ju)各種傳感(gan)器(qi)之首。近(jin)百年來，溫(wen)度傳感器(qi)的發展大(da)緻經曆(li)了(le)以下(xia)三個(ge)階段(duan)；(1)傳統(tong)的分立式(shi)溫度(du)傳感(gan)器(含(han)敏感(gan)元件)；(2)模(mo)拟集成溫度傳感(gan)器／控(kong)制器；(3)智能(neng)溫度傳感(gan)器。目(mu)前，國(guo)際上新(xin)型(xing)溫度傳感器正(zheng)從模(mo)拟式向(xiang)數(shu)字式(shi)、由集成(cheng)化向智(zhi)能化(hua)、網絡(luo)化的(de)方向發(fa)展。

１集成(cheng)溫度(du)傳感器的(de)産品(pin)分(fen)類
1.1模拟(ni)集成(cheng)溫(wen)度(du)傳感(gan)器
集(ji)成(cheng)傳感器(qi)是采用矽(xi)半導體集成(cheng)工藝而(er)制成的，因(yin)此亦(yi)稱矽(xi)傳感(gan)器或(huo)單片(pian)集成溫度(du)傳感(gan)器(qi)。模(mo)拟集(ji)成溫(wen)度(du)傳感器(qi)是在(zai)20世(shi)紀80年代(dai)問世(shi)的(de)，它(ta)是将(jiang)溫度傳(chuan)感器集(ji)成在一個(ge)芯片上、可(ke)完成(cheng)溫度(du)測量(liang)及模(mo)拟信号輸(shu)出功(gong)能的(de)專用(yong)IC。模(mo)拟(ni)集成(cheng)溫度(du)傳感器的(de)主要特(te)點(dian)是功(gong)能單(dan)一(僅測量(liang)溫度)、測溫誤差小、價(jia)格低、響應(ying)速度快(kuai)、傳輸距離遠(yuan)、體(ti)積小、微(wei)功耗等(deng)，适(shi)合遠距離(li)測(ce)溫、控溫(wen)，不需要(yao)進行非(fei)線性(xing)校準，外圍(wei)電路(lu)簡單。它是(shi)目前在(zai)國(guo)内外(wai)應用最(zui)爲(wei)普遍(bian)的一(yi)種集成傳(chuan)感器，典型産品(pin)有AD590、AD592、TMP17、LM135等。

1.2模拟集成(cheng)溫度控制器
模(mo)拟集成溫(wen)度控(kong)制器主(zhu)要(yao)包括(kuo)溫控(kong)開關(guan)、可編(bian)程溫(wen)度控(kong)制器，典型産品(pin)有LM56、AD22105和(he)MAX6509。某些增強型集成溫(wen)度控(kong)制器(qi)(例如(ru)TC652/653)中還(hai)包含了A/D轉(zhuan)換器以及(ji)固化(hua)好(hao)的(de)程序(xu)，這與(yu)智能溫度(du)傳感器(qi)有某些(xie)相似(si)之處。但它(ta)自成系統(tong)，工作(zuo)時并(bing)不受微處(chu)理器的控(kong)制，這(zhe)是二(er)者的主要(yao)區别。

1.3智能(neng)溫度(du)傳感(gan)器(qi)
智能溫(wen)度傳感器(qi)(亦稱數字溫度(du)傳感(gan)器)是(shi)在20世紀90年(nian)代中(zhong)期(qi)問世的(de)。它是(shi)微(wei)電子技術、計(ji)算(suan)機(ji)技術(shu)和自動測(ce)試技(ji)術(ATE)的(de)結晶。目前(qian)，國際上(shang)已(yi)開發出多種智能溫(wen)度傳(chuan)感(gan)器(qi)系列(lie)産品(pin)。智(zhi)能溫度(du)傳感器内(nei)部都(dou)包含溫(wen)度(du)傳感(gan)器、A/D轉換器(qi)、信号(hao)處理器、存儲器(qi)(或寄(ji)存器(qi))和接(jie)口電(dian)路。有的産(chan)品還帶多(duo)路選(xuan)擇器、中(zhong)央控制(zhi)器(cpu)、随(sui)機(ji)存(cun)取存(cun)儲器(qi)(RAM)和隻讀存(cun)儲器(ROM)。智(zhi)能(neng)溫度(du)傳感(gan)器(qi)的(de)特點(dian)是能(neng)輸出溫度(du)數據(ju)及(ji)相關的(de)溫度(du)控制(zhi)量，适(shi)配各(ge)種(zhong)微控制(zhi)器(MCU)；并且(qie)它是在硬件(jian)的基(ji)礎上(shang)通過軟件來實(shi)現測試功能的(de)，其智能化(hua)程度(du)也取決(jue)于軟件(jian)的開發水(shui)平。

2智(zhi)能溫度傳感器(qi)發展(zhan)的(de)新(xin)趨勢(shi)
進入(ru)21世紀後，智(zhi)能溫度傳(chuan)感器(qi)正朝着高精度(du)、多功能、總線标(biao)準化(hua)、高可靠性(xing)及安(an)全(quan)性(xing)、開發(fa)虛拟(ni)傳感器和(he)網絡傳感(gan)器、研制單片測溫系(xi)統等高科技的方向(xiang)迅速(su)發展(zhan)。

2.1提高測溫精度和分(fen)辨力
在20世(shi)紀90年代(dai)中(zhong)期最早推(tui)出的智能(neng)溫度(du)傳(chuan)感(gan)器，采(cai)用的(de)是(shi)8位A/D轉換(huan)器，其測(ce)溫(wen)精度較低(di)，分辨力隻(zhi)能達到(dao)1°C。目(mu)前，國(guo)外已相(xiang)繼推出(chu)多種高(gao)精(jing)度、高(gao)分辨(bian)力的(de)智能(neng)溫度傳感器，所用的(de)是9~12位A/D轉換(huan)器，分辨力一般(ban)可達(da)0.5~0.0625°C。由美(mei)國DALLAS半(ban)導體(ti)公司新研制的(de)DS1624型高分辨(bian)力智(zhi)能(neng)溫(wen)度傳(chuan)感器，能(neng)輸出13位(wei)二進(jin)制(zhi)數(shu)據，其(qi)分辨(bian)力高(gao)達0.03125°C，測(ce)溫精度(du)爲±0.2°C。爲了提高(gao)多通道智(zhi)能溫(wen)度傳(chuan)感器(qi)的轉(zhuan)換速率，也(ye)有的(de)芯片(pian)采用高速(su)逐(zhu)次逼近(jin)式A/D轉換(huan)器。以AD7817型(xing)5通道(dao)智(zhi)能(neng)溫度(du)傳感器(qi)爲(wei)例，它(ta)對本(ben)地傳感器(qi)、每一路遠程傳感器的轉(zhuan)換時(shi)間分(fen)别僅(jin)爲27us、9us。

2.2增加測(ce)試功(gong)能
新(xin)型智能溫(wen)度傳感器的測(ce)試功(gong)能也在不(bu)斷增強。例(li)如(ru)，DS1629型單線(xian)智能(neng)溫(wen)度(du)傳感器增(zeng)加了實時(shi)日曆(li)時鍾(zhong)（RTC），使其(qi)功能(neng)更加完善(shan)。DS1624還增加了(le)存儲(chu)功能(neng)，利用(yong)芯片(pian)内部(bu)256字節(jie)的E2PROM存(cun)儲器(qi)，可存儲用(yong)戶的短信(xin)息。另(ling)外，智(zhi)能溫(wen)度傳(chuan)感器正從(cong)單通(tong)道向多通(tong)道的(de)方向發展，這就爲研(yan)制(zhi)和開發(fa)多路溫度測控(kong)系統(tong)創造(zao)了良(liang)好條(tiao)件。?br>

智(zhi)能溫度傳(chuan)感器都具(ju)有多(duo)種工(gong)作模(mo)式可(ke)供選(xuan)擇，主(zhu)要包括單次轉(zhuan)換模(mo)式、連(lian)續轉(zhuan)換模式、待(dai)機模式，有(you)的還(hai)增加(jia)了低溫極(ji)限擴(kuo)展模式，操作非(fei)常簡(jian)便。對(dui)某些智能溫度傳感(gan)器而言(yan)，主(zhu)機(外(wai)部微(wei)處(chu)理器或(huo)單片(pian)機(ji))還可通(tong)過相應的(de)寄存(cun)器來(lai)設定其A/D轉(zhuan)換速(su)率(lü)(典(dian)型産(chan)品爲(wei)MAX6654)，分辨力及(ji)最大(da)轉換(huan)時間(jian)(典型産(chan)品(pin)爲DS1624)。

能(neng)溫度控制器是(shi)在智能溫(wen)度傳(chuan)感器的基礎上(shang)發展而成的。典型産品有DS1620、DS1623、TCN75、LM76、MAX6625。智能(neng)溫度控(kong)制(zhi)器适(shi)配各(ge)種微(wei)控制(zhi)器，構(gou)成智能化(hua)溫控(kong)系統；它們(men)還可以脫離微控制(zhi)器單(dan)獨工(gong)作，自行構(gou)成一(yi)個溫(wen)控儀。

2.3總線(xian)技術的标(biao)準化與規(gui)範化
目前(qian)，智能溫度(du)傳感器的總線(xian)技術(shu)也實(shi)現了标準(zhun)化、規(gui)範化，所采(cai)用的總線(xian)主要(yao)有單線(xian)(1-Wire)總線、I2C總(zong)線、SMBus總(zong)線和(he)spI總線(xian)。溫度傳感器作(zuo)爲從機(ji)可通過(guo)專用(yong)總(zong)線接口(kou)與主機進行通(tong)信。

2.4可(ke)靠性(xing)及安(an)全性設(she)計(ji)
傳統(tong)的A/D轉換器大多(duo)采用積分(fen)式或(huo)逐次(ci)比較式轉(zhuan)換技(ji)術，其噪聲(sheng)容限(xian)低，抑制混(hun)疊噪(zao)聲(sheng)及量化噪聲(sheng)的(de)能力比(bi)較差。新型(xing)智能溫度傳(chuan)感器(例(li)如TMP03/04、LM74、LM83)普遍(bian)采用了(le)高性(xing)能的Σ－Δ式A／Ｄ轉(zhuan)換器，它能以很(hen)高的(de)采樣速率(lü)和很低(di)的(de)采樣分辨(bian)力(li)将模拟(ni)信号轉(zhuan)換(huan)成數(shu)字信(xin)号(hao)，再利用(yong)過采樣(yang)、噪聲整(zheng)形和(he)數字濾波(bo)技術(shu)，來(lai)提(ti)高有(you)效分(fen)辨力(li)。Σ－Δ式A／D轉(zhuan)換器不(bu)僅(jin)能濾除量(liang)化噪聲，而(er)且對外(wai)圍元件的精(jing)度要求低(di)；由于(yu)采用(yong)了數字反饋(kui)方式，因(yin)此比較器(qi)的失調電(dian)壓(ya)及(ji)零點(dian)漂移都不(bu)會影響溫度(du)的轉換(huan)精度。這(zhe)種(zhong)智能(neng)溫度(du)傳(chuan)感(gan)器兼(jian)有抑(yi)制串(chuan)模幹(gan)擾能(neng)力強、分辨(bian)力高(gao)、線性(xing)度好(hao)、成本低等(deng)優點(dian)。

爲了(le)避免(mian)在溫控系統(tong)受(shou)到噪(zao)聲幹擾(rao)時(shi)産生(sheng)誤動作(zuo)，在AD7416/7417/7817、LM75／76、MAX6625／6626等智(zhi)能溫度傳感器的内(nei)部，都(dou)設置(zhi)了一(yi)個可(ke)編程(cheng)的“故(gu)障排(pai)隊(fAultqueue)”計(ji)數器，專(zhuan)用于設(she)定允許(xu)被(bei)測溫(wen)度值超(chao)過(guo)上、下限的(de)次(ci)數。僅當(dang)被測溫度連續(xu)超過(guo)上(shang)限(xian)或低(di)于下限的(de)次數達到(dao)或超(chao)過所(suo)設定的(de)次數n(n=1~4)時，才能(neng)觸發(fa)中斷(duan)端。若(ruo)故障(zhang)次數不滿(man)足(zu)上述條(tiao)件或故障(zhang)不是(shi)連續(xu)發生的，故(gu)障計數器就複位而(er)不(bu)會觸發(fa)中斷端(duan)。這(zhe)意味(wei)着假(jia)定(ding)n=3時，那麽(me)偶然(ran)受到(dao)一次(ci)或兩(liang)次噪聲幹(gan)擾，都不(bu)會(hui)影響(xiang)溫控(kong)系統的正(zheng)常工(gong)作。

LM76型智能(neng)溫度(du)傳感(gan)器增(zeng)加了溫(wen)度(du)窗口比較(jiao)器，非(fei)常适(shi)合設計(ji)一(yi)個符(fu)合ACPI(AdvAnced ConfigurAtion And Power InterfAce，即“先進配置(zhi)與電源接(jie)口”)規(gui)範的溫(wen)控系統(tong)。這種系統(tong)具有(you)完善(shan)的過熱保(bao)護功(gong)能，可(ke)用來(lai)監控筆記本電(dian)腦和(he)服務器中CPU及主(zhu)電(dian)路的溫(wen)度。微處理器最高可(ke)承受的工(gong)作溫度(du)規(gui)定爲(wei)tH，台式(shi)計(ji)算機一(yi)般爲75°C，高(gao)檔筆記(ji)本電(dian)腦的(de)專用(yong)CPU可達100°C。一旦(dan)CPU或主電路(lu)的溫度超(chao)出所(suo)設(she)定的上、下限時(shi)， INT端(duan)立即(ji)使主機(ji)産生中(zhong)斷，再(zai)通過電源(yuan)控制器發(fa)出信(xin)号，迅(xun)速将(jiang)主電(dian)源關(guan)斷起到保(bao)護作用。此外，當(dang)溫度超(chao)過(guo)CPU的極限溫度時(shi)，嚴重(zhong)超溫(wen)報(bao)警(jing)輸出(chu)端(T_CRIT_A)也(ye)能直接關(guan)斷主(zhu)電源(yuan)，并且(qie)該端(duan)還可通過(guo)獨立的硬(ying)件關(guan)斷電(dian)路(lu)來切斷(duan)主電源，以防主(zhu)電源(yuan)控(kong)制失靈(ling)。上述三(san)重(zhong)安全(quan)性保(bao)護(hu)措施已(yi)成爲(wei)國際(ji)上設(she)計溫控系統的(de)新觀念(nian)。

爲(wei)防止(zhi)因人體靜電放(fang)電(ESD)而損壞(huai)芯片。一些(xie)智能溫度(du)傳感(gan)器(qi)還增加(jia)了ESD保(bao)護電(dian)路，一(yi)般可承受1000~4000V的靜(jing)電放(fang)電電壓。通(tong)常是(shi)将人(ren)體等(deng)效于(yu)由(you)100PF電容和(he)1.2K歐姆電阻串聯(lian)而成的電(dian)路模(mo)型，當(dang)人(ren)體放電(dian)時，TCN75型(xing)智(zhi)能溫度(du)傳感器(qi)的串行(hang)接口(kou)端、中斷／比(bi)較器信(xin)号(hao)輸出端和地址輸入(ru)端均可承(cheng)受1000V的靜電放(fang)電電壓(ya)。LM83型智(zhi)能(neng)溫(wen)度傳(chuan)感器(qi)則(ze)可承受(shou)4000V的靜(jing)電(dian)放(fang)電電(dian)壓。

最新開(kai)發的(de)智能溫(wen)度(du)傳感器(例如MAX6654、LM83)還增加(jia)了傳感器故障檢測(ce)功(gong)能(neng)，能自(zi)動檢(jian)測外(wai)部晶體管溫度傳感(gan)器(亦稱(cheng)遠程傳感器)的(de)開路或(huo)短路故障(zhang)。MAX6654還具(ju)有選擇“寄(ji)生阻(zu)抗抵(di)消”(PArAsitic ResistAnce CAncellAtion，英(ying)文縮(suo)寫爲(wei)prc)模式，能抵(di)消遠(yuan)程傳感器引線阻抗所引(yin)起的測溫(wen)誤差(cha)，即使(shi)引線阻抗(kang)達到(dao)100歐(ou)姆，也不會影(ying)響測(ce)量精(jing)度。遠程傳(chuan)感器(qi)引線(xian)可采用普(pu)通雙絞線(xian)或者帶屏蔽層的雙(shuang)絞線。

2.5虛拟(ni)溫度(du)傳感器和網絡(luo)溫度(du)傳感(gan)器
(1)虛(xu)拟傳(chuan)感器
虛拟(ni)傳感器(qi)是基于(yu)傳感器(qi)硬(ying)件和(he)計算機(ji)平(ping)台、并(bing)通過軟(ruan)件開發(fa)而成(cheng)的。利(li)用軟件可完成傳感(gan)器的标(biao)定及校(xiao)準，以(yi)實(shi)現(xian)最佳(jia)性能(neng)指标。最近(jin)，美國(guo)Ｂ＆Ｋ公(gong)司已開(kai)發出一種(zhong)基于(yu)軟件設置(zhi)的TEDS型(xing)虛拟傳感(gan)器，其(qi)主要(yao)特點(dian)是每(mei)隻傳(chuan)感器都有(you)唯一的(de)産品序(xu)列号(hao)并(bing)且(qie)附帶(dai)一張(zhang)軟盤，軟盤(pan)上存儲(chu)着(zhe)對該(gai)傳感(gan)器(qi)進行标(biao)定的有關(guan)數據。使用(yong)時，傳(chuan)感器(qi)通過數據(ju)采集器接(jie)至計算機(ji)，首先從(cong)計(ji)算機(ji)輸入該傳(chuan)感器(qi)的産(chan)品序(xu)列号(hao)，再從(cong)軟盤(pan)上讀(du)出有關數(shu)據，然(ran)後自(zi)動(dong)完成對(dui)傳感器(qi)的(de)檢查(cha)、傳感器參數的(de)讀取、傳感器設(she)置和記錄(lu)工作(zuo)。

(2)網絡(luo)溫度(du)傳感器
網(wang)絡溫度傳(chuan)感器是(shi)包(bao)含數(shu)字傳(chuan)感器、網絡(luo)接口(kou)和處(chu)理單元的(de)新一代智(zhi)能傳感(gan)器(qi)。數字傳感(gan)器首先将(jiang)被測溫度(du)轉換成數字量，再送(song)給微控制器作(zuo)數據(ju)處理。最後(hou)将測量結(jie)果傳(chuan)輸給網(wang)絡(luo)，以便(bian)實現各傳(chuan)感器(qi)之間(jian)、傳(chuan)感器與(yu)執行器之(zhi)間、傳(chuan)感器(qi)與系(xi)統之(zhi)間的(de)數據(ju)交換及資(zi)源共享，在(zai)更換傳感器時無須(xu)進行标定(ding)和校(xiao)準(zhun)，可(ke)做到“即插(cha)即(ji)用(yong)(Plug&PlAy)”，這樣(yang)就極大地(di)方便(bian)了用(yong)戶。

2.6單片測(ce)溫系(xi)統(tong)
單(dan)片系(xi)統(System On Chip)是(shi)21世紀(ji)一項(xiang)高新(xin)科技(ji)産品(pin)。它是在芯(xin)片上(shang)集成一(yi)個系統(tong)或子(zi)系統(tong)，其集(ji)成度(du)将(jiang)高(gao)達108~109元(yuan)件/片(pian)，這(zhe)将(jiang)給IC産(chan)業及(ji)IC應用(yong)帶來(lai)劃時代的進步(bu)。半導體工(gong)業協(xie)會(SIA)對(dui)單片系統(tong)集成(cheng)所(suo)作(zuo)的預(yu)測見(jian)表(biao)1。目(mu)前，國(guo)際上一(yi)些著名的IC廠(chang)家已(yi)開始(shi)研制單片測溫系統(tong)，相信在不(bu)久的将(jiang)來即可面市(shi)。

表1單(dan)片系(xi)統集(ji)成(cheng)電(dian)路的發展(zhan)預(yu)測
年 份(fen) 2001 2002 2007 2010
最小線(xian)寬(kuan)/um 0.18 0.13 0.1 0.07
包含(han)晶體(ti)管(guan)數量/片(pian) 1.3X108 2.5X108 5X108 9X108
成本/(晶體管/毫(hao)美分(fen)) 0.2 0.1 0.05 0.02
芯片(pian)尺寸(cun)/mm2 750 900 1100 1400
電源(yuan)電壓/V 1.8 1.5 1.2 0.9
新片I/O數 2000 2600 3600 4800