現代信息(xi)技術的三(san)大基礎是(shi)信息采集(ji)(即傳感器(qi)技術)、信息(xi)傳輸(通信(xin)技術)和信(xin)息處理(計(ji)算機技術(shu))。傳感器屬(shu)于信息技(ji)術的前沿(yan)尖端産品(pin)，尤其是溫(wen)度傳感器(qi)被廣泛用(yong)于工農業(ye)生産、科學(xue)研究和生(sheng)活等領域(yu)，數量高居(ju)各種傳感(gan)器之首。近(jin)百年來，溫(wen)度傳感器(qi)的發展大(da)緻經曆了(le)以下三個(ge)階段；(1)傳統(tong)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(du)傳感器／控(kong)制器；(3)智能(neng)溫度傳感(gan)器。目前，國(guo)際上新型(xing)溫度傳感(gan)器正從模(mo)拟式向數(shu)字式、由集(ji)成化向智(zhi)能化、網絡(luo)化的方向(xiang)發展。

１集成(cheng)溫度傳感(gan)器的産品(pin)分類
1.1模拟(ni)集成溫度(du)傳感器
集(ji)成傳感器(qi)是采用矽(xi)半導體集(ji)成工藝而(er)制成的，因(yin)此亦稱矽(xi)傳感器或(huo)單片集成(cheng)溫度傳感(gan)器。模拟集(ji)成溫度傳(chuan)感器是在(zai)20世紀80年代(dai)問世的，它(ta)是将溫度(du)傳感器集(ji)成在一個(ge)芯片上、可(ke)完成溫度(du)測量及模(mo)拟信号輸(shu)出功能的(de)專用IC。模拟(ni)集成溫度(du)傳感器的(de)主要特點(dian)是功能單(dan)一(僅測量(liang)溫度)、測溫(wen)誤差小、價(jia)格低、響應(ying)速度快、傳(chuan)輸距離遠(yuan)、體積小、微(wei)功耗等，适(shi)合遠距離(li)測溫、控溫(wen)，不需要進(jin)行非線性(xing)校準，外圍(wei)電路簡單(dan)。它是目前(qian)在國内外(wai)應用爲普(pu)遍的一種(zhong)集成傳感(gan)器，典型産(chan)品有AD590、AD592、TMP17、LM135等。

1.2模(mo)拟集成溫(wen)度控制器(qi)
模拟集成(cheng)溫度控制(zhi)器主要包(bao)括溫控開(kai)關、可編程(cheng)溫度控制(zhi)器，典型産(chan)品有LM56、AD22105和MAX6509。某(mou)些增強型(xing)集成溫度(du)控制器(例(li)如TC652/653)中還包(bao)含了A/D轉換(huan)器以及固(gu)化好的程(cheng)序，這與智(zhi)能溫度傳(chuan)感器有某(mou)些相似之(zhi)處。但它自(zi)成系統，工(gong)作時并不(bu)受微處理(li)器的控制(zhi)，這是二者(zhe)的主要區(qu)别。

1.3智能溫(wen)度傳感器(qi)
智能溫度(du)傳感器(亦(yi)稱數字溫(wen)度傳感器(qi))是在20世紀(ji)90年代中期(qi)問世的。它(ta)是微電子(zi)技術、計算(suan)機技術和(he)自動測試(shi)技術(ATE)的結(jie)晶。目前，國(guo)際上已開(kai)發出多種(zhong)智能溫度(du)傳感器系(xi)列産品。智(zhi)能溫度傳(chuan)感器内部(bu)都包含溫(wen)度傳感器(qi)、A/D轉換器、信(xin)号處理器(qi)、存儲器(或(huo)寄存器)和(he)接口電路(lu)。有的産品(pin)還帶多路(lu)選擇器、中(zhong)央控制器(qi)(cpu)、随機存取(qu)存儲器(RAM)和(he)隻讀存儲(chu)器(ROM)。智能溫(wen)度傳感器(qi)的特點是(shi)能輸出溫(wen)度數據及(ji)相關的溫(wen)度控制量(liang)，适配各種(zhong)微控制器(qi)(MCU)；并且它是(shi)在硬件的(de)基礎上通(tong)過軟件來(lai)實現測試(shi)功能的，其(qi)智能化程(cheng)度也取決(jue)于軟件的(de)開發水平(ping)。

2智能溫度(du)傳感器發(fa)展的新趨(qu)勢
進入21世(shi)紀後，智能(neng)溫度傳感(gan)器正朝着(zhe)高精度、多(duo)功能、總線(xian)标準化、高(gao)可靠性及(ji)安全性、開(kai)發虛拟傳(chuan)感器和網(wang)絡傳感器(qi)、研制單片(pian)測溫系統(tong)等高科技(ji)的方向迅(xun)速發展。

2.1提(ti)高測溫精(jing)度和分辨(bian)力
在20世紀(ji)90年代中期(qi)早推出的(de)智能溫度(du)傳感器，采(cai)用的是8位(wei)A/D轉換器，其(qi)測溫精度(du)較低，分辨(bian)力隻能達(da)到1°C。目前，國(guo)外已相繼(ji)推出多種(zhong)高精度、高(gao)分辨力的(de)智能溫度(du)傳感器，所(suo)用的是9~12位(wei)A/D轉換器，分(fen)辨力一般(ban)可達0.5~0.0625°C。由美(mei)國DALLAS半導體(ti)公司新研(yan)制的DS1624型高(gao)分辨力智(zhi)能溫度傳(chuan)感器，能輸(shu)出13位二進(jin)制數據，其(qi)分辨力高(gao)達0.03125°C，測溫精(jing)度爲±0.2°C。爲了(le)提高多通(tong)道智能溫(wen)度傳感器(qi)的轉換速(su)率，也有的(de)芯片采用(yong)高速逐次(ci)逼近式A/D轉(zhuan)換器。以AD7817型(xing)5通道智能(neng)溫度傳感(gan)篇例，它對(dui)本地傳感(gan)器、每一路(lu)遠程傳感(gan)器的轉換(huan)時間分别(bie)僅爲27us、9us。

2.2增加(jia)測試功能(neng)
新型智能(neng)溫度傳感(gan)器的測試(shi)功能也在(zai)不斷增強(qiang)。例如，DS1629型單(dan)線智能溫(wen)度傳感器(qi)增加了實(shi)時日曆時(shi)鍾（RTC），使其功(gong)能更加完(wan)善。DS1624還增加(jia)了存儲功(gong)能，利用芯(xin)片内部256字(zi)節的E2PROM存儲(chu)器，可存儲(chu)用戶的短(duan)信息。另外(wai)，智能溫度(du)傳感器正(zheng)從單通道(dao)向多通道(dao)的方向發(fa)展，這就爲(wei)研制和開(kai)發多路溫(wen)度測控系(xi)統創造了(le)良好條件(jian)。?br>

智能溫度(du)傳感器都(dou)具有多種(zhong)工作模式(shi)可供選擇(ze)，主要包括(kuo)單次轉換(huan)模式、連續(xu)轉換模式(shi)、待機模式(shi)，有的還增(zeng)加了低溫(wen)極限擴展(zhan)模式，操作(zuo)非常簡便(bian)。對某些智(zhi)能溫度傳(chuan)感器而言(yan)，主機(外部(bu)微處理器(qi)或單片機(ji))還可通過(guo)相應的寄(ji)存器來設(she)定其A/D轉換(huan)速率(典型(xing)産品爲MAX6654)，分(fen)辨力及大(da)轉換時間(jian)(典型産品(pin)爲DS1624)。

能溫度(du)控制器是(shi)在智能溫(wen)度傳感器(qi)的基礎上(shang)發展而成(cheng)的。典型産(chan)品有DS1620、DS1623、TCN75、LM76、MAX6625。智能(neng)溫度控制(zhi)器适配各(ge)種微控制(zhi)器，構成智(zhi)能化溫控(kong)系統；它們(men)還可以脫(tuo)離微控制(zhi)器單獨工(gong)作，自行構(gou)成一個溫(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(de)總線技術(shu)也實現了(le)标準化、規(gui)範化，所采(cai)用的總線(xian)主要有單(dan)線(1-Wire)總線、I2C總(zong)線、SMBus總線和(he)spI總線。溫度(du)傳感器轉(zhuan)從機可通(tong)過專用總(zong)線接口與(yu)主機進行(hang)通信。

2.4可靠(kao)性及安全(quan)性設計
傳(chuan)統的A/D轉換(huan)器大多采(cai)用積分式(shi)或逐次比(bi)較式轉換(huan)技術，其噪(zao)聲容限低(di)，抑制混疊(die)噪聲及量(liang)化噪聲的(de)能力比較(jiao)差。新型智(zhi)能溫度傳(chuan)感器(例如(ru)TMP11/27、LM74、LM83)普遍采用(yong)了高性能(neng)的Σ－Δ式A／Ｄ轉換(huan)器，它能以(yi)很高的采(cai)樣速率和(he)很低的采(cai)樣分辨力(li)将模拟信(xin)号轉換成(cheng)數字信号(hao)，再利用過(guo)采樣、噪聲(sheng)整形和數(shu)字濾波技(ji)術，來提高(gao)有效分辨(bian)力。Σ－Δ式A／D轉換(huan)器不僅能(neng)濾除量化(hua)噪聲，而且(qie)對外圍元(yuan)件的精度(du)要求低；由(you)于采用了(le)數字反饋(kui)方式，因此(ci)比較器的(de)失調電壓(ya)及零點漂(piao)移都不會(hui)影響溫度(du)的轉換精(jing)度。這種智(zhi)能溫度傳(chuan)感器兼有(you)抑制串模(mo)幹擾能力(li)強、分辨力(li)高、線性度(du)好、成本低(di)等優點。

爲(wei)了避免在(zai)溫控系統(tong)受到噪聲(sheng)幹擾時産(chan)生誤動作(zuo)，在AD7416/7417/7817、LM75／76、MAX6625／6626等智能(neng)溫度傳感(gan)器的内部(bu)，都設置了(le)一個可編(bian)程的“故障(zhang)排隊(fAultqueue)”計數(shu)器，專用于(yu)設定允許(xu)被測溫度(du)值超過上(shang)、下限的次(ci)數。僅當被(bei)測溫度連(lian)續超過上(shang)限或低于(yu)下限的次(ci)數達到或(huo)超過所設(she)定的次數(shu)n(n=1~4)時，才能觸(chu)發中斷端(duan)。若故障次(ci)數不滿足(zu)上述條件(jian)或故障不(bu)是連續發(fa)生的，故障(zhang)計數器就(jiu)複位而不(bu)會觸發中(zhong)斷端。這意(yi)味着假定(ding)n=3時，那麽偶(ou)然受到一(yi)次或兩次(ci)噪聲幹擾(rao)，都不會影(ying)響溫控系(xi)統的正常(chang)工作。

LM76型智(zhi)能溫度傳(chuan)感器增加(jia)了溫度窗(chuang)口比較器(qi)，非常适合(he)設計一個(ge)符合ACPI(AdvAnced ConfigurAtion And Power InterfAce，即“先(xian)進配置與(yu)電源接口(kou)”)規範的溫(wen)控系統。這(zhe)種系統具(ju)有完善的(de)過熱保護(hu)功能，可用(yong)來監控筆(bi)記本電腦(nao)和服務器(qi)中CPU及主電(dian)路的溫度(du)。微處理器(qi)高可承受(shou)的工茁度(du)規定爲tH，台(tai)式計算機(ji)一般爲75°C，高(gao)檔筆記本(ben)電腦的專(zhuan)用CPU可達100°C。一(yi)旦CPU或主電(dian)路的溫度(du)超出所設(she)定的上、下(xia)限時， INT端立(li)即使主機(ji)産生中斷(duan)，再通過電(dian)源控制器(qi)發出信号(hao)，迅速将主(zhu)電源關斷(duan)起到保護(hu)作用。此外(wai)，當溫度超(chao)過CPU的極限(xian)溫度時，嚴(yan)重超溫報(bao)警輸出端(duan)(T_CRIT_A)也能直接(jie)關斷主電(dian)源，并且該(gai)端還可通(tong)過獨立的(de)硬件關斷(duan)電路來切(qie)斷主電源(yuan)，以防主電(dian)源控制失(shi)靈。上述三(san)重安全性(xing)保護措施(shi)已成爲國(guo)際上設計(ji)溫控系統(tong)的新觀念(nian)。

爲防止因(yin)人體靜電(dian)放電(ESD)而損(sun)壞芯片。一(yi)些智能溫(wen)度傳感器(qi)還增加了(le)ESD保護電路(lu)，一般可承(cheng)受1000~4000V的靜電(dian)放電電壓(ya)。通常是将(jiang)人體等效(xiao)于由100PF電容(rong)和1.2K歐姆電(dian)阻串聯而(er)成的電路(lu)模型，當人(ren)體放電時(shi)，TCN75型智能溫(wen)度傳感器(qi)的串行接(jie)口端、中斷(duan)／比較器信(xin)号輸出端(duan)和地址輸(shu)入端均可(ke)承受1000V的靜(jing)電放電電(dian)壓。LM83型智能(neng)溫度傳感(gan)器則可承(cheng)受4000V的靜電(dian)放電電壓(ya)。

新開發的(de)智能溫度(du)傳感器(例(li)如MAX6654、LM83)還增加(jia)了傳感器(qi)故障檢測(ce)功能，能自(zi)動檢測外(wai)部晶體管(guan)溫度傳感(gan)器(亦稱遠(yuan)程傳感器(qi))的開路或(huo)短路故障(zhang)。MAX6654還具有選(xuan)擇“寄生阻(zu)抗抵消”(PArAsitic ResistAnce CAncellAtion，英(ying)文縮寫爲(wei)prc)模式，能抵(di)消遠程傳(chuan)感器引線(xian)阻抗所引(yin)起的測溫(wen)誤差，即使(shi)引線阻抗(kang)達到100歐姆(mu)，也不會影(ying)響測量精(jing)度。遠程傳(chuan)感器引線(xian)可采用普(pu)通雙絞線(xian)或者帶屏(ping)蔽層的雙(shuang)絞線。

2.5虛拟(ni)溫度傳感(gan)器和網絡(luo)溫度傳感(gan)器
(1)虛拟傳(chuan)感器
虛拟(ni)傳感器是(shi)基于傳感(gan)器硬件和(he)計算機平(ping)台、并通過(guo)軟件開發(fa)而成的。利(li)用軟件可(ke)完成傳感(gan)器的标定(ding)及校準，以(yi)實現佳性(xing)能指标。近(jin)，美國Ｂ＆Ｋ公司(si)已開發出(chu)一種基于(yu)軟件設置(zhi)的TEDS型虛拟(ni)傳感器，其(qi)主要特點(dian)是每隻傳(chuan)感器都有(you)唯一的産(chan)品序列号(hao)并且附帶(dai)一張軟盤(pan)，軟盤上存(cun)儲着對該(gai)傳感器進(jin)行标定的(de)有關數據(ju)。使用時，傳(chuan)感器通過(guo)數據采集(ji)器接至計(ji)算機，首先(xian)從計算機(ji)輸入該傳(chuan)感器的産(chan)品序列号(hao)，再從軟盤(pan)上讀出有(you)關數據，然(ran)後自動完(wan)成對傳感(gan)器的檢查(cha)、傳感器參(can)數的讀取(qu)、傳感器設(she)置和記錄(lu)工作。

(2)網絡(luo)溫度傳感(gan)器
網絡溫(wen)度傳感器(qi)是包含數(shu)字傳感器(qi)、網絡接口(kou)和處理單(dan)元的新一(yi)代智能傳(chuan)感器。數字(zi)傳感器首(shou)先将被測(ce)溫度轉換(huan)成數字量(liang)，再送給微(wei)控制器作(zuo)數據處理(li)。後将測量(liang)結果傳輸(shu)給網絡，以(yi)便實現各(ge)傳感器之(zhi)間、傳感器(qi)與執行器(qi)之間、傳感(gan)器與系統(tong)之間的數(shu)據交換及(ji)資源共享(xiang)，在更換傳(chuan)感器時無(wu)須進行标(biao)定和校準(zhun)，可做到“即(ji)插即用(Plug&PlAy)”，這(zhe)樣就極大(da)地方便了(le)用戶。

2.6單片(pian)測溫系統(tong)
單片系統(tong)(System On Chip)是21世紀一(yi)項高新科(ke)技産品。它(ta)是在芯片(pian)上集成一(yi)個系統或(huo)子系統，其(qi)集成度将(jiang)高達108~109元件(jian)/片，這将給(gei)IC産業及IC應(ying)用帶來劃(hua)時代的進(jin)步。半導體(ti)工業協會(hui)(SIA)對單片系(xi)統集成所(suo)作的預測(ce)見表1。目前(qian)，國際上一(yi)些著名的(de)IC廠家已開(kai)始研制單(dan)片測溫系(xi)統，相信在(zai)不久的将(jiang)來即可面(mian)市。

表1單片(pian)系統集成(cheng)電路的發(fa)展預測
年(nian) 份 2001 2002 2007 2010
小線寬(kuan)/um 0.18 0.13 0.1 0.07
包含晶體(ti)管數量/片(pian) 1.3X108 2.5X108 5X108 9X108
成本/(晶體(ti)管/毫美分(fen)) 0.2 0.1 0.05 0.02
芯片尺寸(cun)/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