現代信(xin)息技術(shù)的三大(da)基礎是(shi)信息采(cǎi)集(即傳(chuán)感器技(ji)術)、信息(xi)傳輸(通(tong)信技術(shu))和信息(xī)處理(計(ji)算機技(ji)術)。傳感(gǎn)器屬于(yú)信息技(ji)術的前(qian)沿尖端(duan)産品，尤(yóu)其是溫(wēn)度傳感(gan)器被廣(guang)泛用于(yú)工農業(yè)生産、科(ke)學研究(jiu)和生活(huó)等領域(yù)，數量高(gao)居各種(zhǒng)傳感器(qi)之首。近(jìn)百年來(lai)，溫度傳(chuan)感器的(de)發展大(da)緻經曆(lì)了以下(xia)三個階(jiē)段；(1)傳統(tǒng)的分立(lì)式溫度(du)傳感器(qi)(含敏感(gan)元件)；(2)模(mo)拟集成(cheng)溫度傳(chuan)感器／控(kòng)制器；(3)智(zhi)能溫度(dù)傳感器(qì)。目前，國(guo)際上新(xīn)型溫度(du)傳感器(qi)正從模(mo)拟式向(xiàng)數字式(shì)、由集成(chéng)化向智(zhì)能化、網(wang)絡化的(de)方向發(fa)展。

１集成(cheng)溫度傳(chuan)感器的(de)産品分(fen)類
1.1模拟(nǐ)集成溫(wen)度傳感(gan)器
集成(cheng)傳感器(qì)是采用(yong)矽半導(dǎo)體集成(cheng)工藝而(ér)制成的(de)，因此亦(yi)稱矽傳(chuán)感器或(huò)單片集(jí)成溫度(du)傳感器(qi)。模拟集(ji)成溫度(dù)傳感器(qi)是在20世(shi)紀80年代(dài)問世的(de)，它是将(jiang)溫度傳(chuán)感器集(jí)成在一(yi)個芯片(piàn)上、可完(wan)成溫度(dù)測量及(jí)模拟信(xin)号輸出(chū)功能的(de)專用IC。模(mo)拟集成(cheng)溫度傳(chuan)感器的(de)主要特(tè)點是功(gong)能單一(yi)(僅測量(liang)溫度)、測(ce)溫誤差(cha)小、價格(gé)低、響應(ying)速度快(kuài)、傳輸距(jù)離遠、體(ti)積小、微(wēi)功耗等(deng)，适合遠(yuan)距離測(cè)溫、控溫(wēn)，不需要(yào)進行非(fēi)線性校(xiào)準，外圍(wei)電路簡(jian)單。它是(shi)目前在(zai)國内外(wài)應用最(zuì)爲普遍(biàn)的一種(zhong)集成傳(chuán)感器，典(diǎn)型産品(pin)有AD590、AD592、TMP17、LM135等。

1.2模(mó)拟集成(cheng)溫度控(kong)制器
模(mo)拟集成(chéng)溫度控(kong)制器主(zhǔ)要包括(kuò)溫控開(kai)關、可編(bian)程溫度(dù)控制器(qì)，典型産(chan)品有LM56、AD22105和(hé)MAX6509。某些增(zeng)強型集(jí)成溫度(du)控制器(qì)(例如TC652/653)中(zhong)還包含(hán)了A/D轉換(huan)器以及(jí)固化好(hǎo)的程序(xu)，這與智(zhì)能溫度(dù)傳感器(qì)有某些(xiē)相似之(zhī)處。但它(tā)自成系(xì)統，工作(zuo)時并不(bú)受微處(chù)理器的(de)控制，這(zhè)是二者(zhe)的主要(yao)區别。

1.3智(zhì)能溫度(dù)傳感器(qi)
智能溫(wen)度傳感(gan)器(亦稱(chēng)數字溫(wen)度傳感(gǎn)器)是在(zài)20世紀90年(nian)代中期(qi)問世的(de)。它是微(wēi)電子技(jì)術、計算(suan)機技術(shu)和自動(dong)測試技(ji)術(ATE)的結(jie)晶。目前(qian)，國際上(shàng)已開發(fa)出多種(zhǒng)智能溫(wen)度傳感(gan)器系列(liè)産品。智(zhì)能溫度(du)傳感器(qì)内部都(dōu)包含溫(wēn)度傳感(gǎn)器、A/D轉換(huan)器、信号(hào)處理器(qì)、存儲器(qì)(或寄存(cún)器)和接(jie)口電路(lù)。有的産(chan)品還帶(dài)多路選(xuan)擇器、中(zhōng)央控制(zhì)器(cpu)、随機(jī)存取存(cún)儲器(RAM)和(he)隻讀存(cun)儲器(ROM)。智(zhì)能溫度(du)傳感器(qì)的特點(dian)是能輸(shu)出溫度(du)數據及(ji)相關的(de)溫度控(kong)制量，适(shì)配各種(zhong)微控制(zhi)器(MCU)；并且(qiě)它是在(zai)硬件的(de)基礎上(shang)通過軟(ruan)件來實(shi)現測試(shì)功能的(de)，其智能(néng)化程度(dù)也取決(jue)于軟件(jiàn)的開發(fā)水平。

2智(zhi)能溫度(dù)傳感器(qì)發展的(de)新趨勢(shi)
進入21世(shi)紀後，智(zhì)能溫度(du)傳感器(qì)正朝着(zhe)高精度(dù)、多功能(néng)、總線标(biao)準化、高(gao)可靠性(xing)及安全(quan)性、開發(fā)虛拟傳(chuan)感器和(he)網絡傳(chuan)感器、研(yan)制單片(pian)測溫系(xì)統等高(gao)科技的(de)方向迅(xùn)速發展(zhan)。

2.1提高測(cè)溫精度(du)和分辨(biàn)力
在20世(shi)紀90年代(dai)中期最(zuì)早推出(chū)的智能(neng)溫度傳(chuan)感器，采(cai)用的是(shì)8位A/D轉換(huàn)器，其測(cè)溫精度(du)較低，分(fèn)辨力隻(zhī)能達到(dào)1°C。目前，國(guo)外已相(xiang)繼推出(chu)多種高(gao)精度、高(gāo)分辨力(li)的智能(neng)溫度傳(chuan)感器，所(suo)用的是(shì)9~12位A/D轉換(huàn)器，分辨(biàn)力一般(ban)可達0.5~0.0625°C。由(yóu)美國DALLAS半(ban)導體公(gōng)司新研(yan)制的DS1624型(xíng)高分辨(bian)力智能(neng)溫度傳(chuan)感器，能(neng)輸出13位(wei)二進制(zhì)數據，其(qí)分辨力(lì)高達0.03125°C，測(ce)溫精度(dù)爲±0.2°C。爲了(le)提高多(duo)通道智(zhì)能溫度(dù)傳感器(qì)的轉換(huan)速率，也(ye)有的芯(xin)片采用(yong)高速逐(zhu)次逼近(jin)式A/D轉換(huàn)器。以AD7817型(xing)5通道智(zhì)能溫度(dù)傳感器(qi)爲例，它(ta)對本地(di)傳感器(qi)、每一路(lù)遠程傳(chuan)感器的(de)轉換時(shi)間分别(bié)僅爲27us、9us。

2.2增(zeng)加測試(shì)功能
新(xin)型智能(néng)溫度傳(chuán)感器的(de)測試功(gōng)能也在(zai)不斷增(zēng)強。例如(ru)，DS1629型單線(xiàn)智能溫(wēn)度傳感(gan)器增加(jia)了實時(shi)日曆時(shi)鍾（RTC），使其(qi)功能更(geng)加完善(shàn)。DS1624還增加(jia)了存儲(chǔ)功能，利(li)用芯片(piàn)内部256字(zì)節的E2PROM存(cún)儲器，可(kě)存儲用(yong)戶的短(duan)信息。另(ling)外，智能(néng)溫度傳(chuán)感器正(zhèng)從單通(tōng)道向多(duo)通道的(de)方向發(fa)展，這就(jiu)爲研制(zhì)和開發(fa)多路溫(wēn)度測控(kong)系統創(chuang)造了良(liáng)好條件(jian)。?br>

智能溫(wen)度傳感(gan)器都具(ju)有多種(zhong)工作模(mo)式可供(gong)選擇，主(zhu)要包括(kuò)單次轉(zhuǎn)換模式(shi)、連續轉(zhuǎn)換模式(shi)、待機模(mo)式，有的(de)還增加(jia)了低溫(wēn)極限擴(kuò)展模式(shì)，操作非(fēi)常簡便(biàn)。對某些(xiē)智能溫(wēn)度傳感(gan)器而言(yan)，主機(外(wài)部微處(chu)理器或(huo)單片機(jī))還可通(tōng)過相應(ying)的寄存(cun)器來設(she)定其A/D轉(zhuǎn)換速率(lǜ)(典型産(chan)品爲MAX6654)，分(fen)辨力及(ji)最大轉(zhuǎn)換時間(jian)(典型産(chǎn)品爲DS1624)。

能(néng)溫度控(kong)制器是(shì)在智能(néng)溫度傳(chuán)感器的(de)基礎上(shàng)發展而(ér)成的。典(dian)型産品(pǐn)有DS1620、DS1623、TCN75、LM76、MAX6625。智能(neng)溫度控(kòng)制器适(shi)配各種(zhǒng)微控制(zhì)器，構成(cheng)智能化(hua)溫控系(xi)統；它們(men)還可以(yi)脫離微(wei)控制器(qi)單獨工(gōng)作，自行(háng)構成一(yī)個溫控(kong)儀。

2.3總線(xian)技術的(de)标準化(hua)與規範(fàn)化
目前(qián)，智能溫(wen)度傳感(gan)器的總(zǒng)線技術(shù)也實現(xian)了标準(zhǔn)化、規範(fan)化，所采(cǎi)用的總(zong)線主要(yao)有單線(xiàn)(1-Wire)總線、I2C總(zong)線、SMBus總線(xian)和spI總線(xiàn)。溫度傳(chuán)感器作(zuo)爲從機(jī)可通過(guò)專用總(zǒng)線接口(kǒu)與主機(jī)進行通(tōng)信。

2.4可靠(kao)性及安(ān)全性設(shè)計
傳統(tong)的A/D轉換(huàn)器大多(duo)采用積(jī)分式或(huo)逐次比(bǐ)較式轉(zhuǎn)換技術(shù)，其噪聲(shēng)容限低(dī)，抑制混(hùn)疊噪聲(sheng)及量化(hua)噪聲的(de)能力比(bi)較差。新(xin)型智能(néng)溫度傳(chuán)感器(例(li)如TMP12/15、LM74、LM83)普遍(bian)采用了(le)高性能(neng)的Σ－Δ式A／Ｄ轉(zhuǎn)換器，它(tā)能以很(hen)高的采(cǎi)樣速率(lü)和很低(dī)的采樣(yàng)分辨力(lì)将模拟(nǐ)信号轉(zhuǎn)換成數(shù)字信号(hao)，再利用(yòng)過采樣(yàng)、噪聲整(zhěng)形和數(shu)字濾波(bo)技術，來(lai)提高有(yǒu)效分辨(biàn)力。Σ－Δ式A／D轉(zhuǎn)換器不(bú)僅能濾(lü)除量化(huà)噪聲，而(er)且對外(wài)圍元件(jian)的精度(dù)要求低(dī)；由于采(cǎi)用了數(shù)字反饋(kuì)方式，因(yin)此比較(jiao)器的失(shī)調電壓(yā)及零點(diǎn)漂移都(dou)不會影(yǐng)響溫度(du)的轉換(huan)精度。這(zhè)種智能(néng)溫度傳(chuán)感器兼(jian)有抑制(zhi)串模幹(gan)擾能力(lì)強、分辨(bian)力高、線(xian)性度好(hǎo)、成本低(di)等優點(diǎn)。

爲了避(bì)免在溫(wen)控系統(tong)受到噪(zào)聲幹擾(rao)時産生(shēng)誤動作(zuo)，在AD7416/7417/7817、LM75／76、MAX6625／6626等智(zhì)能溫度(du)傳感器(qì)的内部(bu)，都設置(zhì)了一個(gè)可編程(chéng)的“故障(zhang)排隊(fAultqueue)”計(jì)數器，專(zhuān)用于設(shè)定允許(xǔ)被測溫(wen)度值超(chao)過上、下(xià)限的次(ci)數。僅當(dang)被測溫(wēn)度連續(xù)超過上(shàng)限或低(di)于下限(xiàn)的次數(shu)達到或(huò)超過所(suo)設定的(de)次數n(n=1~4)時(shi)，才能觸(chù)發中斷(duàn)端。若故(gu)障次數(shù)不滿足(zú)上述條(tiao)件或故(gu)障不是(shi)連續發(fā)生的，故(gù)障計數(shu)器就複(fú)位而不(bú)會觸發(fā)中斷端(duan)。這意味(wei)着假定(dìng)n=3時，那麽(me)偶然受(shou)到一次(cì)或兩次(ci)噪聲幹(gan)擾，都不(bú)會影響(xiang)溫控系(xi)統的正(zhèng)常工作(zuò)。

LM76型智能(neng)溫度傳(chuán)感器增(zēng)加了溫(wēn)度窗口(kǒu)比較器(qì)，非常适(shì)合設計(jì)一個符(fú)合ACPI(AdvAnced ConfigurAtion And Power InterfAce，即“先(xiān)進配置(zhì)與電源(yuán)接口”)規(guī)範的溫(wen)控系統(tǒng)。這種系(xì)統具有(yǒu)完善的(de)過熱保(bǎo)護功能(neng)，可用來(lai)監控筆(bi)記本電(diàn)腦和服(fu)務器中(zhong)CPU及主電(dian)路的溫(wēn)度。微處(chu)理器最(zui)高可承(cheng)受的工(gōng)作溫度(dù)規定爲(wèi)tH，台式計(jì)算機一(yi)般爲75°C，高(gāo)檔筆記(ji)本電腦(nao)的專用(yòng)CPU可達100°C。一(yi)旦CPU或主(zhu)電路的(de)溫度超(chāo)出所設(shè)定的上(shang)、下限時(shí)， INT端立即(jí)使主機(jī)産生中(zhōng)斷，再通(tong)過電源(yuan)控制器(qi)發出信(xìn)号，迅速(sù)将主電(diàn)源關斷(duan)起到保(bao)護作用(yòng)。此外，當(dāng)溫度超(chāo)過CPU的極(ji)限溫度(dù)時，嚴重(zhòng)超溫報(bào)警輸出(chū)端(T_CRIT_A)也能(néng)直接關(guan)斷主電(diàn)源，并且(qiě)該端還(hái)可通過(guo)獨立的(de)硬件關(guān)斷電路(lù)來切斷(duàn)主電源(yuan)，以防主(zhu)電源控(kòng)制失靈(ling)。上述三(san)重安全(quan)性保護(hù)措施已(yǐ)成爲國(guo)際上設(she)計溫控(kòng)系統的(de)新觀念(nian)。

爲防止(zhǐ)因人體(tǐ)靜電放(fàng)電(ESD)而損(sǔn)壞芯片(piàn)。一些智(zhi)能溫度(dù)傳感器(qì)還增加(jiā)了ESD保護(hù)電路，一(yi)般可承(cheng)受1000~4000V的靜(jìng)電放電(dian)電壓。通(tōng)常是将(jiang)人體等(deng)效于由(you)100PF電容和(he)1.2K歐姆電(diàn)阻串聯(lián)而成的(de)電路模(mo)型，當人(ren)體放電(dian)時，TCN75型智(zhì)能溫度(dù)傳感器(qì)的串行(hang)接口端(duan)、中斷／比(bi)較器信(xin)号輸出(chū)端和地(dì)址輸入(ru)端均可(ke)承受1000V的(de)靜電放(fàng)電電壓(ya)。LM83型智能(néng)溫度傳(chuan)感器則(zé)可承受(shòu)4000V的靜電(diàn)放電電(dian)壓。

最新(xīn)開發的(de)智能溫(wen)度傳感(gǎn)器(例如(ru)MAX6654、LM83)還增加(jiā)了傳感(gǎn)器故障(zhàng)檢測功(gong)能，能自(zi)動檢測(ce)外部晶(jīng)體管溫(wēn)度傳感(gan)器(亦稱(chēng)遠程傳(chuan)感器)的(de)開路或(huò)短路故(gù)障。MAX6654還具(ju)有選擇(zé)“寄生阻(zu)抗抵消(xiao)”(PArAsitic ResistAnce CAncellAtion，英文縮(suo)寫爲prc)模(mo)式，能抵(dǐ)消遠程(chéng)傳感器(qi)引線阻(zu)抗所引(yin)起的測(ce)溫誤差(chà)，即使引(yin)線阻抗(kang)達到100歐(ou)姆，也不(bu)會影響(xiang)測量精(jing)度。遠程(cheng)傳感器(qi)引線可(kě)采用普(pu)通雙絞(jiǎo)線或者(zhe)帶屏蔽(bi)層的雙(shuang)絞線。

2.5虛(xū)拟溫度(du)傳感器(qi)和網絡(luo)溫度傳(chuan)感器
(1)虛(xu)拟傳感(gǎn)器
虛拟(ni)傳感器(qì)是基于(yú)傳感器(qì)硬件和(he)計算機(jī)平台、并(bing)通過軟(ruǎn)件開發(fa)而成的(de)。利用軟(ruan)件可完(wan)成傳感(gan)器的标(biao)定及校(xiào)準，以實(shí)現最佳(jiā)性能指(zhi)标。最近(jin)，美國Ｂ＆Ｋ公(gong)司已開(kai)發出一(yī)種基于(yu)軟件設(she)置的TEDS型(xíng)虛拟傳(chuan)感器，其(qí)主要特(te)點是每(mei)隻傳感(gan)器都有(you)唯一的(de)産品序(xù)列号并(bìng)且附帶(dài)一張軟(ruǎn)盤，軟盤(pan)上存儲(chǔ)着對該(gāi)傳感器(qì)進行标(biao)定的有(you)關數據(ju)。使用時(shí)，傳感器(qi)通過數(shu)據采集(jí)器接至(zhì)計算機(ji)，首先從(cong)計算機(jī)輸入該(gāi)傳感器(qi)的産品(pǐn)序列号(hào)，再從軟(ruǎn)盤上讀(du)出有關(guan)數據，然(rán)後自動(dong)完成對(duì)傳感器(qì)的檢查(chá)、傳感器(qi)參數的(de)讀取、傳(chuán)感器設(she)置和記(jì)錄工作(zuò)。

(2)網絡溫(wēn)度傳感(gan)器
網絡(luò)溫度傳(chuán)感器是(shi)包含數(shù)字傳感(gǎn)器、網絡(luo)接口和(he)處理單(dān)元的新(xin)一代智(zhì)能傳感(gan)器。數字(zi)傳感器(qi)首先将(jiāng)被測溫(wēn)度轉換(huan)成數字(zì)量，再送(song)給微控(kòng)制器作(zuò)數據處(chù)理。最後(hòu)将測量(liang)結果傳(chuan)輸給網(wǎng)絡，以便(biàn)實現各(gè)傳感器(qì)之間、傳(chuan)感器與(yu)執行器(qì)之間、傳(chuán)感器與(yǔ)系統之(zhi)間的數(shu)據交換(huàn)及資源(yuán)共享，在(zai)更換傳(chuan)感器時(shi)無須進(jin)行标定(dìng)和校準(zhun)，可做到(dao)“即插即(jí)用(Plug&PlAy)”，這樣(yang)就極大(dà)地方便(biàn)了用戶(hu)。

2.6單片測(cè)溫系統(tǒng)
單片系(xi)統(System On Chip)是21世(shi)紀一項(xiàng)高新科(ke)技産品(pin)。它是在(zài)芯片上(shang)集成一(yī)個系統(tǒng)或子系(xì)統，其集(ji)成度将(jiāng)高達108~109元(yuan)件/片，這(zhè)将給IC産(chan)業及IC應(ying)用帶來(lái)劃時代(dai)的進步(bu)。半導體(tǐ)工業協(xié)會(SIA)對單(dan)片系統(tǒng)集成所(suo)作的預(yù)測見表(biǎo)1。目前，國(guó)際上一(yi)些著名(ming)的IC廠家(jiā)已開始(shi)研制單(dān)片測溫(wēn)系統，相(xiang)信在不(bu)久的将(jiang)來即可(ke)面市。

表(biao)1單片系(xi)統集成(cheng)電路的(de)發展預(yù)測
年 份(fèn) 2001 2002 2007 2010
最小線(xiàn)寬/um 0.18 0.13 0.1 0.07
包含(han)晶體管(guǎn)數量/片(piàn) 1.3X108 2.5X108 5X108 9X108
成本/(晶(jīng)體管/毫(hao)美分) 0.2 0.1 0.05 0.02
芯(xīn)片尺寸(cun)/mm2 750 900 1100 1400
電源電(dian)壓/V 1.8 1.5 1.2 0.9
新片(pian)I/O數 2000 2600 3600 4800