現代信(xìn)息技術的三大(dà)基礎是信息采(cǎi)集(即傳感器技(ji)術)、信息傳輸(通(tong)信技術)和信息(xi)處理(計算機技(jì)術)。傳感器屬于(yu)信息技術的前(qián)沿尖端産品，尤(you)其是溫度傳感(gǎn)器被廣泛用于(yú)工農業生産、科(kē)學研究和生活(huó)等領域，數量高(gao)居各種傳感器(qì)之首。近百年來(lái)，溫度傳感器的(de)發展大緻經曆(lì)了以下三個階(jiē)段；(1)傳統的分立(lì)式溫度傳感器(qì)(含敏感元件)；(2)模(mó)拟集成溫度傳(chuán)感器／控制器；(3)智(zhì)能溫度傳感器(qì)。目前，國際上新(xin)型溫度傳感器(qi)正從模拟式向(xiàng)數字式、由集成(cheng)化向智能化、網(wang)絡化的方向發(fa)展。

１集成溫度傳(chuán)感器的産品分(fen)類
1.1模拟集成溫(wēn)度傳感器
集成(chéng)傳感器是采用(yong)矽半導體集成(cheng)工藝而制成的(de)，因此亦稱矽傳(chuán)感器或單片集(jí)成溫度傳感器(qi)。模拟集成溫度(dù)傳感器是在20世(shi)紀80年代問世的(de)，它是将溫度傳(chuán)感器集成在一(yi)個芯片上、可完(wán)成溫度測量及(jí)模拟信号輸出(chū)功能的專用IC。模(mó)拟集成溫度傳(chuán)感器的主要特(tè)點是功能單一(yi)(僅測量溫度)、測(ce)溫誤差小、價格(gé)低、響應速度快(kuài)、傳輸距離遠、體(ti)積小、微功耗等(děng)，适合遠距離測(cè)溫、控溫，不需要(yao)進行非線性校(xiao)準，外圍電路簡(jiǎn)單。它是目前在(zai)國内外應用最(zui)爲普遍的一種(zhǒng)集成傳感器，典(dian)型産品有AD590、AD592、TMP17、LM135等。

1.2模(mó)拟集成溫度控(kòng)制器
模拟集成(cheng)溫度控制器主(zhu)要包括溫控開(kai)關、可編程溫度(dù)控制器，典型産(chan)品有LM56、AD22105和MAX6509。某些增(zēng)強型集成溫度(du)控制器(例如TC652/653)中(zhōng)還包含了A/D轉換(huan)器以及固化好(hao)的程序，這與智(zhì)能溫度傳感器(qì)有某些相似之(zhī)處。但它自成系(xì)統，工作時并不(bú)受微處理器的(de)控制，這是二者(zhě)的主要區别。

1.3智(zhì)能溫度傳感器(qi)
智能溫度傳感(gan)器(亦稱數字溫(wen)度傳感器)是在(zài)20世紀90年代中期(qi)問世的。它是微(wei)電子技術、計算(suàn)機技術和自動(dong)測試技術(ATE)的結(jie)晶。目前，國際上(shàng)已開發出多種(zhong)智能溫度傳感(gan)器系列産品。智(zhì)能溫度傳感器(qi)内部都包含溫(wen)度傳感器、A/D轉換(huan)器、信号處理器(qi)、存儲器(或寄存(cún)器)和接口電路(lu)。有的産品還帶(dai)多路選擇器、中(zhong)央控制器(cpu)、随機(jī)存取存儲器(RAM)和(hé)隻讀存儲器(ROM)。智(zhì)能溫度傳感器(qì)的特點是能輸(shu)出溫度數據及(jí)相關的溫度控(kong)制量，适配各種(zhǒng)微控制器(MCU)；并且(qie)它是在硬件的(de)基礎上通過軟(ruan)件來實現測試(shì)功能的，其智能(néng)化程度也取決(jué)于軟件的開發(fā)水平。

2智能溫度(du)傳感器發展的(de)新趨勢
進入21世(shi)紀後，智能溫度(du)傳感器正朝着(zhe)高精度、多功能(néng)、總線标準化、高(gāo)可靠性及安全(quán)性、開發虛拟傳(chuan)感器和網絡傳(chuan)感器、研制單片(piàn)測溫系統等高(gao)科技的方向迅(xùn)速發展。

2.1提高測(cè)溫精度和分辨(biàn)力
在20世紀90年代(dai)中期最早推出(chu)的智能溫度傳(chuán)感器，采用的是(shì)8位A/D轉換器，其測(cè)溫精度較低，分(fèn)辨力隻能達到(dao)1°C。目前，國外已相(xiang)繼推出多種高(gao)精度、高分辨力(lì)的智能溫度傳(chuán)感器，所用的是(shi)9~12位A/D轉換器，分辨(biàn)力一般可達0.5~0.0625°C。由(yóu)美國DALLAS半導體公(gōng)司新研制的DS1624型(xíng)高分辨力智能(neng)溫度傳感器，能(neng)輸出13位二進制(zhì)數據，其分辨力(li)高達0.03125°C，測溫精度(dù)爲±0.2°C。爲了提高多(duō)通道智能溫度(du)傳感器的轉換(huàn)速率，也有的芯(xīn)片采用高速逐(zhu)次逼近式A/D轉換(huàn)器。以AD7817型5通道智(zhì)能溫度傳感器(qi)爲例，它對本地(dì)傳感器、每一路(lu)遠程傳感器的(de)轉換時間分别(bie)僅爲27us、9us。

2.2增加測試(shì)功能
新型智能(néng)溫度傳感器的(de)測試功能也在(zai)不斷增強。例如(rú)，DS1629型單線智能溫(wēn)度傳感器增加(jiā)了實時日曆時(shi)鍾（RTC），使其功能更(geng)加完善。DS1624還增加(jia)了存儲功能，利(li)用芯片内部256字(zì)節的E2PROM存儲器，可(kě)存儲用戶的短(duan)信息。另外，智能(néng)溫度傳感器正(zhèng)從單通道向多(duo)通道的方向發(fa)展，這就爲研制(zhì)和開發多路溫(wēn)度測控系統創(chuàng)造了良好條件(jian)。?br>

智能溫度傳感(gan)器都具有多種(zhǒng)工作模式可供(gòng)選擇，主要包括(kuò)單次轉換模式(shi)、連續轉換模式(shi)、待機模式，有的(de)還增加了低溫(wēn)極限擴展模式(shì)，操作非常簡便(bian)。對某些智能溫(wen)度傳感器而言(yan)，主機(外部微處(chu)理器或單片機(ji))還可通過相應(ying)的寄存器來設(she)定其A/D轉換速率(lǜ)(典型産品爲MAX6654)，分(fen)辨力及最大轉(zhuǎn)換時間(典型産(chǎn)品爲DS1624)。

能溫度控(kong)制器是在智能(neng)溫度傳感器的(de)基礎上發展而(ér)成的。典型産品(pǐn)有DS1620、DS1623、TCN75、LM76、MAX6625。智能溫度控(kòng)制器适配各種(zhǒng)微控制器，構成(cheng)智能化溫控系(xì)統；它們還可以(yi)脫離微控制器(qì)單獨工作，自行(hang)構成一個溫控(kong)儀。

2.3總線技術的(de)标準化與規範(fàn)化
目前，智能溫(wēn)度傳感器的總(zong)線技術也實現(xian)了标準化、規範(fàn)化，所采用的總(zǒng)線主要有單線(xiàn)(1-Wire)總線、I2C總線、SMBus總線(xiàn)和spI總線。溫度傳(chuan)感器作爲從機(ji)可通過專用總(zǒng)線接口與主機(jī)進行通信。

2.4可靠(kào)性及安全性設(she)計
傳統的A/D轉換(huan)器大多采用積(ji)分式或逐次比(bǐ)較式轉換技術(shu)，其噪聲容限低(dī)，抑制混疊噪聲(sheng)及量化噪聲的(de)能力比較差。新(xīn)型智能溫度傳(chuán)感器(例如TMP12/13、LM74、LM83)普遍(biàn)采用了高性能(neng)的Σ－Δ式A／Ｄ轉換器，它(tā)能以很高的采(cai)樣速率和很低(di)的采樣分辨力(lì)将模拟信号轉(zhuan)換成數字信号(hào)，再利用過采樣(yang)、噪聲整形和數(shu)字濾波技術，來(lái)提高有效分辨(bian)力。Σ－Δ式A／D轉換器不(bú)僅能濾除量化(hua)噪聲，而且對外(wai)圍元件的精度(du)要求低；由于采(cai)用了數字反饋(kuì)方式，因此比較(jiao)器的失調電壓(ya)及零點漂移都(dōu)不會影響溫度(du)的轉換精度。這(zhè)種智能溫度傳(chuan)感器兼有抑制(zhi)串模幹擾能力(li)強、分辨力高、線(xiàn)性度好、成本低(di)等優點。

爲了避(bi)免在溫控系統(tǒng)受到噪聲幹擾(rǎo)時産生誤動作(zuo)，在AD7416/7417/7817、LM75／76、MAX6625／6626等智能溫度(du)傳感器的内部(bu)，都設置了一個(ge)可編程的“故障(zhàng)排隊(fAultqueue)”計數器，專(zhuān)用于設定允許(xǔ)被測溫度值超(chao)過上、下限的次(cì)數。僅當被測溫(wen)度連續超過上(shàng)限或低于下限(xian)的次數達到或(huo)超過所設定的(de)次數n(n=1~4)時，才能觸(chu)發中斷端。若故(gu)障次數不滿足(zú)上述條件或故(gù)障不是連續發(fā)生的，故障計數(shù)器就複位而不(bu)會觸發中斷端(duan)。這意味着假定(ding)n=3時，那麽偶然受(shòu)到一次或兩次(ci)噪聲幹擾，都不(bú)會影響溫控系(xi)統的正常工作(zuò)。

LM76型智能溫度傳(chuan)感器增加了溫(wēn)度窗口比較器(qì)，非常适合設計(jì)一個符合ACPI(AdvAnced ConfigurAtion And Power InterfAce，即“先(xian)進配置與電源(yuan)接口”)規範的溫(wēn)控系統。這種系(xi)統具有完善的(de)過熱保護功能(néng)，可用來監控筆(bǐ)記本電腦和服(fu)務器中CPU及主電(dian)路的溫度。微處(chu)理器最高可承(cheng)受的工作溫度(du)規定爲tH，台式計(jì)算機一般爲75°C，高(gāo)檔筆記本電腦(nao)的專用CPU可達100°C。一(yi)旦CPU或主電路的(de)溫度超出所設(she)定的上、下限時(shi)， INT端立即使主機(ji)産生中斷，再通(tōng)過電源控制器(qi)發出信号，迅速(su)将主電源關斷(duàn)起到保護作用(yòng)。此外，當溫度超(chao)過CPU的極限溫度(du)時，嚴重超溫報(bào)警輸出端(T_CRIT_A)也能(néng)直接關斷主電(dian)源，并且該端還(hái)可通過獨立的(de)硬件關斷電路(lù)來切斷主電源(yuan)，以防主電源控(kong)制失靈。上述三(sān)重安全性保護(hù)措施已成爲國(guo)際上設計溫控(kong)系統的新觀念(niàn)。

爲防止因人體(tǐ)靜電放電(ESD)而損(sun)壞芯片。一些智(zhì)能溫度傳感器(qi)還增加了ESD保護(hu)電路，一般可承(chéng)受1000~4000V的靜電放電(dian)電壓。通常是将(jiāng)人體等效于由(you)100PF電容和1.2K歐姆電(diàn)阻串聯而成的(de)電路模型，當人(rén)體放電時，TCN75型智(zhi)能溫度傳感器(qì)的串行接口端(duān)、中斷／比較器信(xin)号輸出端和地(di)址輸入端均可(kě)承受1000V的靜電放(fang)電電壓。LM83型智能(neng)溫度傳感器則(zé)可承受4000V的靜電(diàn)放電電壓。

最新(xīn)開發的智能溫(wen)度傳感器(例如(ru)MAX6654、LM83)還增加了傳感(gan)器故障檢測功(gong)能，能自動檢測(cè)外部晶體管溫(wēn)度傳感器(亦稱(chēng)遠程傳感器)的(de)開路或短路故(gù)障。MAX6654還具有選擇(zé)“寄生阻抗抵消(xiāo)”(PArAsitic ResistAnce CAncellAtion，英文縮寫爲prc)模(mo)式，能抵消遠程(chéng)傳感器引線阻(zǔ)抗所引起的測(ce)溫誤差，即使引(yǐn)線阻抗達到100歐(ōu)姆，也不會影響(xiǎng)測量精度。遠程(cheng)傳感器引線可(kě)采用普通雙絞(jiao)線或者帶屏蔽(bì)層的雙絞線。

2.5虛(xū)拟溫度傳感器(qi)和網絡溫度傳(chuán)感器
(1)虛拟傳感(gǎn)器
虛拟傳感器(qi)是基于傳感器(qi)硬件和計算機(jī)平台、并通過軟(ruǎn)件開發而成的(de)。利用軟件可完(wán)成傳感器的标(biao)定及校準，以實(shi)現最佳性能指(zhǐ)标。最近，美國Ｂ＆Ｋ公(gong)司已開發出一(yī)種基于軟件設(she)置的TEDS型虛拟傳(chuan)感器，其主要特(tè)點是每隻傳感(gǎn)器都有唯一的(de)産品序列号并(bìng)且附帶一張軟(ruan)盤，軟盤上存儲(chǔ)着對該傳感器(qì)進行标定的有(you)關數據。使用時(shi)，傳感器通過數(shù)據采集器接至(zhì)計算機，首先從(cóng)計算機輸入該(gai)傳感器的産品(pǐn)序列号，再從軟(ruǎn)盤上讀出有關(guān)數據，然後自動(dong)完成對傳感器(qì)的檢查、傳感器(qì)參數的讀取、傳(chuan)感器設置和記(ji)錄工作。

(2)網絡溫(wen)度傳感器
網絡(luo)溫度傳感器是(shì)包含數字傳感(gan)器、網絡接口和(hé)處理單元的新(xīn)一代智能傳感(gan)器。數字傳感器(qi)首先将被測溫(wēn)度轉換成數字(zi)量，再送給微控(kong)制器作數據處(chù)理。最後将測量(liang)結果傳輸給網(wǎng)絡，以便實現各(gè)傳感器之間、傳(chuán)感器與執行器(qì)之間、傳感器與(yǔ)系統之間的數(shu)據交換及資源(yuan)共享，在更換傳(chuán)感器時無須進(jìn)行标定和校準(zhun)，可做到“即插即(ji)用(Plug&PlAy)”，這樣就極大(da)地方便了用戶(hù)。

2.6單片測溫系統(tǒng)
單片系統(System On Chip)是21世(shi)紀一項高新科(kē)技産品。它是在(zai)芯片上集成一(yi)個系統或子系(xì)統，其集成度将(jiāng)高達108~109元件/片，這(zhe)将給IC産業及IC應(yīng)用帶來劃時代(dài)的進步。半導體(tǐ)工業協會(SIA)對單(dān)片系統集成所(suo)作的預測見表(biao)1。目前，國際上一(yī)些著名的IC廠家(jia)已開始研制單(dan)片測溫系統，相(xiang)信在不久的将(jiāng)來即可面市。

表(biao)1單片系統集成(cheng)電路的發展預(yu)測
年 份 2001 2002 2007 2010
最小線(xiàn)寬/um 0.18 0.13 0.1 0.07
包含晶體管(guǎn)數量/片 1.3X108 2.5X108 5X108 9X108
成本/(晶(jīng)體管/毫美分) 0.2 0.1 0.05 0.02
芯(xin)片尺寸/mm2 750 900 1100 1400
電源電(diàn)壓/V 1.8 1.5 1.2 0.9
新片I/O數 2000 2600 3600 4800