現代信息(xī)技術的三(san)大基礎是(shi)信息采集(jí)(即傳感器(qì)技術)、信息(xi)傳輸(通信(xin)技術)和信(xìn)息處理(計(jì)算機技術(shu))。傳感器屬(shu)于信息技(ji)術的前沿(yán)尖端産品(pǐn)，尤其是溫(wēn)度傳感器(qi)被廣泛用(yong)于工農業(yè)生産、科學(xué)研究和生(sheng)活等領域(yù)，數量高居(ju)各種傳感(gan)器之首。近(jìn)百年來，溫(wen)度傳感器(qì)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(shì)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(kòng)制器；(3)智能(néng)溫度傳感(gǎn)器。目前，國(guo)際上新型(xíng)溫度傳感(gǎn)器正從模(mo)拟式向數(shu)字式、由集(jí)成化向智(zhì)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(pǐn)分類
1.1模拟(ni)集成溫度(dù)傳感器
集(jí)成傳感器(qi)是采用矽(xi)半導體集(jí)成工藝而(ér)制成的，因(yin)此亦稱矽(xi)傳感器或(huò)單片集成(chéng)溫度傳感(gǎn)器。模拟集(ji)成溫度傳(chuán)感器是在(zai)20世紀80年代(dài)問世的，它(ta)是将溫度(dù)傳感器集(ji)成在一個(gè)芯片上、可(ke)完成溫度(dù)測量及模(mó)拟信号輸(shū)出功能的(de)專用IC。模拟(ni)集成溫度(dù)傳感器的(de)主要特點(diǎn)是功能單(dan)一(僅測量(liàng)溫度)、測溫(wēn)誤差小、價(jià)格低、響應(yīng)速度快、傳(chuan)輸距離遠(yuǎn)、體積小、微(wei)功耗等，适(shì)合遠距離(lí)測溫、控溫(wēn)，不需要進(jin)行非線性(xing)校準，外圍(wéi)電路簡單(dān)。它是目前(qian)在國内外(wai)應用爲普(pǔ)遍的一種(zhong)集成傳感(gǎn)器，典型産(chan)品有AD590、AD592、TMP17、LM135等。

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

1.3智能溫(wen)度傳感器(qì)
智能溫度(du)傳感器(亦(yì)稱數字溫(wen)度傳感器(qì))是在20世紀(jì)90年代中期(qī)問世的。它(ta)是微電子(zǐ)技術、計算(suàn)機技術和(hé)自動測試(shì)技術(ATE)的結(jié)晶。目前，國(guó)際上已開(kāi)發出多種(zhong)智能溫度(du)傳感器系(xì)列産品。智(zhi)能溫度傳(chuán)感器内部(bù)都包含溫(wēn)度傳感器(qì)、A/D轉換器、信(xin)号處理器(qi)、存儲器(或(huo)寄存器)和(hé)接口電路(lù)。有的産品(pin)還帶多路(lù)選擇器、中(zhong)央控制器(qì)(cpu)、随機存取(qu)存儲器(RAM)和(hé)隻讀存儲(chu)器(ROM)。智能溫(wen)度傳感器(qì)的特點是(shì)能輸出溫(wen)度數據及(ji)相關的溫(wen)度控制量(liàng)，适配各種(zhǒng)微控制器(qì)(MCU)；并且它是(shì)在硬件的(de)基礎上通(tong)過軟件來(lái)實現測試(shì)功能的，其(qi)智能化程(chéng)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(fā)展的新趨(qu)勢
進入21世(shi)紀後，智能(néng)溫度傳感(gan)器正朝着(zhe)高精度、多(duō)功能、總線(xiàn)标準化、高(gao)可靠性及(jí)安全性、開(kāi)發虛拟傳(chuan)感器和網(wang)絡傳感器(qi)、研制單片(piàn)測溫系統(tong)等高科技(ji)的方向迅(xun)速發展。

2.1提(tí)高測溫精(jing)度和分辨(biàn)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(cǎi)用的是8位(wèi)A/D轉換器，其(qí)測溫精度(du)較低，分辨(biàn)力隻能達(dá)到1°C。目前，國(guo)外已相繼(jì)推出多種(zhǒng)高精度、高(gāo)分辨力的(de)智能溫度(dù)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(tǐ)公司新研(yan)制的DS1624型高(gao)分辨力智(zhi)能溫度傳(chuán)感器，能輸(shu)出13位二進(jìn)制數據，其(qi)分辨力高(gāo)達0.03125°C，測溫精(jīng)度爲±0.2°C。爲了(le)提高多通(tong)道智能溫(wēn)度傳感器(qi)的轉換速(sù)率，也有的(de)芯片采用(yòng)高速逐次(cì)逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。以AD7817型(xíng)5通道智能(neng)溫度傳感(gan)篇例，它對(dui)本地傳感(gǎn)器、每一路(lu)遠程傳感(gǎn)器的轉換(huan)時間分别(bie)僅爲27us、9us。

2.2增加(jiā)測試功能(néng)
新型智能(neng)溫度傳感(gan)器的測試(shì)功能也在(zài)不斷增強(qiáng)。例如，DS1629型單(dan)線智能溫(wen)度傳感器(qì)增加了實(shí)時日曆時(shi)鍾（RTC），使其功(gong)能更加完(wán)善。DS1624還增加(jiā)了存儲功(gong)能，利用芯(xīn)片内部256字(zi)節的E2PROM存儲(chu)器，可存儲(chǔ)用戶的短(duǎn)信息。另外(wai)，智能溫度(dù)傳感器正(zheng)從單通道(dào)向多通道(dao)的方向發(fa)展，這就爲(wei)研制和開(kāi)發多路溫(wēn)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(shì)可供選擇(zé)，主要包括(kuo)單次轉換(huàn)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(zhǎn)模式，操作(zuò)非常簡便(biàn)。對某些智(zhì)能溫度傳(chuan)感器而言(yan)，主機(外部(bu)微處理器(qì)或單片機(ji))還可通過(guo)相應的寄(ji)存器來設(shè)定其A/D轉換(huàn)速率(典型(xing)産品爲MAX6654)，分(fen)辨力及大(dà)轉換時間(jian)(典型産品(pin)爲DS1624)。

能溫度(dù)控制器是(shi)在智能溫(wēn)度傳感器(qi)的基礎上(shàng)發展而成(cheng)的。典型産(chan)品有DS1620、DS1623、TCN75、LM76、MAX6625。智能(néng)溫度控制(zhi)器适配各(ge)種微控制(zhì)器，構成智(zhì)能化溫控(kòng)系統；它們(men)還可以脫(tuō)離微控制(zhì)器單獨工(gong)作，自行構(gòu)成一個溫(wen)控儀。

2.3總線(xiàn)技術的标(biāo)準化與規(guī)範化
目前(qián)，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(cǎi)用的總線(xiàn)主要有單(dan)線(1-Wire)總線、I2C總(zong)線、SMBus總線和(hé)spI總線。溫度(du)傳感器轉(zhuǎn)從機可通(tong)過專用總(zǒng)線接口與(yǔ)主機進行(háng)通信。

2.4可靠(kao)性及安全(quán)性設計
傳(chuan)統的A/D轉換(huan)器大多采(cǎi)用積分式(shi)或逐次比(bǐ)較式轉換(huàn)技術，其噪(zào)聲容限低(dī)，抑制混疊(dié)噪聲及量(liang)化噪聲的(de)能力比較(jiao)差。新型智(zhì)能溫度傳(chuan)感器(例如(ru)TMP12/16、LM74、LM83)普遍采用(yòng)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(hé)很低的采(cai)樣分辨力(li)将模拟信(xìn)号轉換成(cheng)數字信号(hao)，再利用過(guo)采樣、噪聲(shēng)整形和數(shù)字濾波技(ji)術，來提高(gao)有效分辨(biàn)力。Σ－Δ式A／D轉換(huan)器不僅能(neng)濾除量化(huà)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(kuì)方式，因此(cǐ)比較器的(de)失調電壓(yā)及零點漂(piao)移都不會(hui)影響溫度(du)的轉換精(jīng)度。這種智(zhi)能溫度傳(chuan)感器兼有(yǒu)抑制串模(mo)幹擾能力(lì)強、分辨力(li)高、線性度(dù)好、成本低(dī)等優點。

爲(wèi)了避免在(zai)溫控系統(tong)受到噪聲(sheng)幹擾時産(chǎn)生誤動作(zuò)，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(shù)器，專用于(yú)設定允許(xǔ)被測溫度(du)值超過上(shang)、下限的次(cì)數。僅當被(bèi)測溫度連(lián)續超過上(shang)限或低于(yu)下限的次(ci)數達到或(huò)超過所設(she)定的次數(shù)n(n=1~4)時，才能觸(chu)發中斷端(duān)。若故障次(cì)數不滿足(zú)上述條件(jian)或故障不(bú)是連續發(fā)生的，故障(zhàng)計數器就(jiu)複位而不(bu)會觸發中(zhong)斷端。這意(yi)味着假定(dìng)n=3時，那麽偶(ǒu)然受到一(yi)次或兩次(cì)噪聲幹擾(rǎo)，都不會影(ying)響溫控系(xì)統的正常(chang)工作。

LM76型智(zhì)能溫度傳(chuan)感器增加(jia)了溫度窗(chuang)口比較器(qì)，非常适合(he)設計一個(gè)符合ACPI(AdvAnced ConfigurAtion And Power InterfAce，即“先(xian)進配置與(yǔ)電源接口(kǒu)”)規範的溫(wēn)控系統。這(zhè)種系統具(jù)有完善的(de)過熱保護(hu)功能，可用(yong)來監控筆(bi)記本電腦(nǎo)和服務器(qì)中CPU及主電(dian)路的溫度(dù)。微處理器(qì)高可承受(shòu)的工茁度(du)規定爲tH，台(tái)式計算機(jī)一般爲75°C，高(gāo)檔筆記本(běn)電腦的專(zhuan)用CPU可達100°C。一(yi)旦CPU或主電(diàn)路的溫度(du)超出所設(shè)定的上、下(xià)限時， INT端立(li)即使主機(jī)産生中斷(duan)，再通過電(diàn)源控制器(qi)發出信号(hào)，迅速将主(zhu)電源關斷(duan)起到保護(hù)作用。此外(wài)，當溫度超(chāo)過CPU的極限(xiàn)溫度時，嚴(yan)重超溫報(bào)警輸出端(duan)(T_CRIT_A)也能直接(jie)關斷主電(diàn)源，并且該(gāi)端還可通(tōng)過獨立的(de)硬件關斷(duan)電路來切(qiē)斷主電源(yuán)，以防主電(diàn)源控制失(shī)靈。上述三(sān)重安全性(xìng)保護措施(shī)已成爲國(guo)際上設計(jì)溫控系統(tong)的新觀念(niàn)。

爲防止因(yīn)人體靜電(diàn)放電(ESD)而損(sǔn)壞芯片。一(yī)些智能溫(wen)度傳感器(qì)還增加了(le)ESD保護電路(lu)，一般可承(cheng)受1000~4000V的靜電(diàn)放電電壓(yā)。通常是将(jiang)人體等效(xiào)于由100PF電容(róng)和1.2K歐姆電(diàn)阻串聯而(er)成的電路(lu)模型，當人(rén)體放電時(shi)，TCN75型智能溫(wen)度傳感器(qì)的串行接(jie)口端、中斷(duan)／比較器信(xin)号輸出端(duan)和地址輸(shū)入端均可(ke)承受1000V的靜(jìng)電放電電(diàn)壓。LM83型智能(néng)溫度傳感(gǎn)器則可承(cheng)受4000V的靜電(diàn)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(jiā)了傳感器(qì)故障檢測(ce)功能，能自(zì)動檢測外(wai)部晶體管(guǎn)溫度傳感(gǎn)器(亦稱遠(yuan)程傳感器(qì))的開路或(huò)短路故障(zhang)。MAX6654還具有選(xuan)擇“寄生阻(zu)抗抵消”(PArAsitic ResistAnce CAncellAtion，英(yīng)文縮寫爲(wèi)prc)模式，能抵(di)消遠程傳(chuan)感器引線(xian)阻抗所引(yǐn)起的測溫(wēn)誤差，即使(shi)引線阻抗(kàng)達到100歐姆(mǔ)，也不會影(yǐng)響測量精(jīng)度。遠程傳(chuan)感器引線(xiàn)可采用普(pu)通雙絞線(xiàn)或者帶屏(píng)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(nǐ)傳感器是(shì)基于傳感(gan)器硬件和(he)計算機平(píng)台、并通過(guò)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(xìng)能指标。近(jìn)，美國Ｂ＆Ｋ公司(sī)已開發出(chu)一種基于(yu)軟件設置(zhi)的TEDS型虛拟(nǐ)傳感器，其(qi)主要特點(dian)是每隻傳(chuan)感器都有(yǒu)唯一的産(chan)品序列号(hào)并且附帶(dai)一張軟盤(pan)，軟盤上存(cun)儲着對該(gāi)傳感器進(jìn)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(jì)算機，首先(xian)從計算機(ji)輸入該傳(chuan)感器的産(chǎn)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(chá)、傳感器參(cān)數的讀取(qǔ)、傳感器設(shè)置和記錄(lu)工作。

(2)網絡(luò)溫度傳感(gǎn)器
網絡溫(wen)度傳感器(qi)是包含數(shù)字傳感器(qì)、網絡接口(kou)和處理單(dan)元的新一(yi)代智能傳(chuán)感器。數字(zì)傳感器首(shǒu)先将被測(ce)溫度轉換(huan)成數字量(liàng)，再送給微(wēi)控制器作(zuo)數據處理(lǐ)。後将測量(liang)結果傳輸(shū)給網絡，以(yǐ)便實現各(gè)傳感器之(zhī)間、傳感器(qì)與執行器(qì)之間、傳感(gan)器與系統(tong)之間的數(shu)據交換及(jí)資源共享(xiǎng)，在更換傳(chuan)感器時無(wú)須進行标(biāo)定和校準(zhǔn)，可做到“即(jí)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(tǒng)
單片系統(tong)(System On Chip)是21世紀一(yī)項高新科(ke)技産品。它(tā)是在芯片(piàn)上集成一(yī)個系統或(huo)子系統，其(qi)集成度将(jiāng)高達108~109元件(jiàn)/片，這将給(gei)IC産業及IC應(ying)用帶來劃(hua)時代的進(jìn)步。半導體(tǐ)工業協會(huì)(SIA)對單片系(xì)統集成所(suǒ)作的預測(cè)見表1。目前(qian)，國際上一(yi)些著名的(de)IC廠家已開(kāi)始研制單(dān)片測溫系(xì)統，相信在(zài)不久的将(jiāng)來即可面(miàn)市。

表1單片(pian)系統集成(chéng)電路的發(fā)展預測
年(nián) 份 2001 2002 2007 2010
小線寬(kuān)/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(tǐ)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(yā)/V 1.8 1.5 1.2 0.9
新片I/O數 2000 2600 3600 4800