現(xian)代信息技術的(de)三大基礎是信(xin)息采集(即傳感(gan)器技術)、信息傳(chuán)輸(通信技術)和(he)信息處理(計算(suàn)機技術)。傳感器(qi)屬于信息技術(shù)的前沿尖端産(chǎn)品，尤其是溫度(dù)傳感器被廣泛(fan)用于工農業生(shēng)産、科學研究和(hé)生活等領域，數(shu)量高居各種傳(chuán)感器之首。近百(bai)年來，溫度傳感(gan)器的發展大緻(zhì)經曆了以下三(san)個階段；(1)傳統的(de)分立式溫度傳(chuán)感器(含敏感元(yuán)件)；(2)模拟集成溫(wēn)度傳感器／控制(zhi)器；(3)智能溫度傳(chuán)感器。目前，國際(jì)上新型溫度傳(chuán)感器正從模拟(nǐ)式向數字式、由(you)集成化向智能(neng)化、網絡化的方(fāng)向發展。

１集成溫(wēn)度傳感器的産(chǎn)品分類
1.1模拟集(jí)成溫度傳感器(qi)
集成傳感器是(shì)采用矽半導體(ti)集成工藝而制(zhi)成的，因此亦稱(cheng)矽傳感器或單(dān)片集成溫度傳(chuan)感器。模拟集成(cheng)溫度傳感器是(shì)在20世紀80年代問(wen)世的，它是将溫(wēn)度傳感器集成(cheng)在一個芯片上(shàng)、可完成溫度測(cè)量及模拟信号(hào)輸出功能的專(zhuan)用IC。模拟集成溫(wēn)度傳感器的主(zhu)要特點是功能(neng)單一(僅測量溫(wēn)度)、測溫誤差小(xiǎo)、價格低、響應速(sù)度快、傳輸距離(lí)遠、體積小、微功(gong)耗等，适合遠距(ju)離測溫、控溫，不(bú)需要進行非線(xiàn)性校準，外圍電(dian)路簡單。它是目(mù)前在國内外應(ying)用最爲普遍的(de)一種集成傳感(gǎn)器，典型産品有(you)AD590、AD592、TMP17、LM135等。

1.2模拟集成溫(wēn)度控制器
模拟(nǐ)集成溫度控制(zhì)器主要包括溫(wen)控開關、可編程(chéng)溫度控制器，典(dian)型産品有LM56、AD22105和MAX6509。某(mou)些增強型集成(chéng)溫度控制器(例(lì)如TC652/653)中還包含了(le)A/D轉換器以及固(gù)化好的程序，這(zhè)與智能溫度傳(chuan)感器有某些相(xiàng)似之處。但它自(zì)成系統，工作時(shí)并不受微處理(li)器的控制，這是(shì)二者的主要區(qu)别。

1.3智能溫度傳(chuan)感器
智能溫度(du)傳感器(亦稱數(shu)字溫度傳感器(qì))是在20世紀90年代(dai)中期問世的。它(tā)是微電子技術(shù)、計算機技術和(he)自動測試技術(shù)(ATE)的結晶。目前，國(guo)際上已開發出(chu)多種智能溫度(dù)傳感器系列産(chan)品。智能溫度傳(chuán)感器内部都包(bāo)含溫度傳感器(qì)、A/D轉換器、信号處(chù)理器、存儲器(或(huò)寄存器)和接口(kou)電路。有的産品(pǐn)還帶多路選擇(zé)器、中央控制器(qì)(cpu)、随機存取存儲(chǔ)器(RAM)和隻讀存儲(chǔ)器(ROM)。智能溫度傳(chuan)感器的特點是(shì)能輸出溫度數(shù)據及相關的溫(wen)度控制量，适配(pèi)各種微控制器(qi)(MCU)；并且它是在硬(ying)件的基礎上通(tong)過軟件來實現(xian)測試功能的，其(qí)智能化程度也(yě)取決于軟件的(de)開發水平。

2智能(néng)溫度傳感器發(fa)展的新趨勢
進(jin)入21世紀後，智能(neng)溫度傳感器正(zheng)朝着高精度、多(duo)功能、總線标準(zhǔn)化、高可靠性及(ji)安全性、開發虛(xū)拟傳感器和網(wǎng)絡傳感器、研制(zhi)單片測溫系統(tǒng)等高科技的方(fang)向迅速發展。

2.1提(tí)高測溫精度和(he)分辨力
在20世紀(jì)90年代中期最早(zao)推出的智能溫(wen)度傳感器，采用(yong)的是8位A/D轉換器(qì)，其測溫精度較(jiao)低，分辨力隻能(néng)達到1°C。目前，國外(wài)已相繼推出多(duō)種高精度、高分(fèn)辨力的智能溫(wēn)度傳感器，所用(yong)的是9~12位A/D轉換器(qì)，分辨力一般可(ke)達0.5~0.0625°C。由美國DALLAS半導(dǎo)體公司新研制(zhi)的DS1624型高分辨力(li)智能溫度傳感(gǎn)器，能輸出13位二(èr)進制數據，其分(fèn)辨力高達0.03125°C，測溫(wēn)精度爲±0.2°C。爲了提(tí)高多通道智能(neng)溫度傳感器的(de)轉換速率，也有(you)的芯片采用高(gao)速逐次逼近式(shì)A/D轉換器。以AD7817型5通(tōng)道智能溫度傳(chuan)感器爲例，它對(dui)本地傳感器、每(měi)一路遠程傳感(gan)器的轉換時間(jian)分别僅爲27us、9us。

2.2增加(jiā)測試功能
新型(xíng)智能溫度傳感(gǎn)器的測試功能(néng)也在不斷增強(qiáng)。例如，DS1629型單線智(zhi)能溫度傳感器(qì)增加了實時日(ri)曆時鍾（RTC），使其功(gong)能更加完善。DS1624還(hái)增加了存儲功(gōng)能，利用芯片内(nei)部256字節的E2PROM存儲(chǔ)器，可存儲用戶(hù)的短信息。另外(wai)，智能溫度傳感(gan)器正從單通道(dao)向多通道的方(fāng)向發展，這就爲(wei)研制和開發多(duō)路溫度測控系(xì)統創造了良好(hǎo)條件。?br>

智能溫度(du)傳感器都具有(you)多種工作模式(shi)可供選擇，主要(yao)包括單次轉換(huàn)模式、連續轉換(huàn)模式、待機模式(shi)，有的還增加了(le)低溫極限擴展(zhǎn)模式，操作非常(cháng)簡便。對某些智(zhi)能溫度傳感器(qi)而言，主機(外部(bu)微處理器或單(dān)片機)還可通過(guò)相應的寄存器(qi)來設定其A/D轉換(huàn)速率(典型産品(pǐn)爲MAX6654)，分辨力及最(zui)大轉換時間(典(dian)型産品爲DS1624)。

能溫(wēn)度控制器是在(zài)智能溫度傳感(gan)器的基礎上發(fa)展而成的。典型(xíng)産品有DS1620、DS1623、TCN75、LM76、MAX6625。智能溫(wēn)度控制器适配(pei)各種微控制器(qì)，構成智能化溫(wēn)控系統；它們還(hai)可以脫離微控(kòng)制器單獨工作(zuo)，自行構成一個(ge)溫控儀。

2.3總線技(jì)術的标準化與(yǔ)規範化
目前，智(zhi)能溫度傳感器(qì)的總線技術也(ye)實現了标準化(hua)、規範化，所采用(yong)的總線主要有(you)單線(1-Wire)總線、I2C總線(xian)、SMBus總線和spI總線。溫(wēn)度傳感器作爲(wei)從機可通過專(zhuān)用總線接口與(yǔ)主機進行通信(xin)。

2.4可靠性及安全(quan)性設計
傳統的(de)A/D轉換器大多采(cǎi)用積分式或逐(zhú)次比較式轉換(huan)技術，其噪聲容(róng)限低，抑制混疊(die)噪聲及量化噪(zao)聲的能力比較(jiao)差。新型智能溫(wēn)度傳感器(例如(ru)TMP12/13、LM74、LM83)普遍采用了高(gao)性能的Σ－Δ式A／Ｄ轉換(huàn)器，它能以很高(gāo)的采樣速率和(hé)很低的采樣分(fèn)辨力将模拟信(xin)号轉換成數字(zi)信号，再利用過(guo)采樣、噪聲整形(xíng)和數字濾波技(ji)術，來提高有效(xiào)分辨力。Σ－Δ式A／D轉換(huan)器不僅能濾除(chú)量化噪聲，而且(qie)對外圍元件的(de)精度要求低；由(yóu)于采用了數字(zì)反饋方式，因此(ci)比較器的失調(diao)電壓及零點漂(piao)移都不會影響(xiang)溫度的轉換精(jīng)度。這種智能溫(wēn)度傳感器兼有(you)抑制串模幹擾(rao)能力強、分辨力(li)高、線性度好、成(cheng)本低等優點。

爲(wei)了避免在溫控(kòng)系統受到噪聲(sheng)幹擾時産生誤(wù)動作，在AD7416/7417/7817、LM75／76、MAX6625／6626等智能(néng)溫度傳感器的(de)内部，都設置了(le)一個可編程的(de)“故障排隊(fAultqueue)”計數(shu)器，專用于設定(dìng)允許被測溫度(du)值超過上、下限(xiàn)的次數。僅當被(bèi)測溫度連續超(chao)過上限或低于(yú)下限的次數達(dá)到或超過所設(she)定的次數n(n=1~4)時，才(cai)能觸發中斷端(duān)。若故障次數不(bu)滿足上述條件(jiàn)或故障不是連(lián)續發生的，故障(zhang)計數器就複位(wèi)而不會觸發中(zhōng)斷端。這意味着(zhe)假定n=3時，那麽偶(ou)然受到一次或(huo)兩次噪聲幹擾(rao)，都不會影響溫(wēn)控系統的正常(chang)工作。

LM76型智能溫(wēn)度傳感器增加(jiā)了溫度窗口比(bi)較器，非常适合(he)設計一個符合(he)ACPI(AdvAnced ConfigurAtion And Power InterfAce，即“先進配置與(yu)電源接口”)規範(fàn)的溫控系統。這(zhè)種系統具有完(wan)善的過熱保護(hù)功能，可用來監(jian)控筆記本電腦(nǎo)和服務器中CPU及(jí)主電路的溫度(dù)。微處理器最高(gāo)可承受的工作(zuò)溫度規定爲tH，台(tái)式計算機一般(bān)爲75°C，高檔筆記本(běn)電腦的專用CPU可(kě)達100°C。一旦CPU或主電(diàn)路的溫度超出(chu)所設定的上、下(xià)限時， INT端立即使(shi)主機産生中斷(duan)，再通過電源控(kòng)制器發出信号(hao)，迅速将主電源(yuán)關斷起到保護(hu)作用。此外，當溫(wēn)度超過CPU的極限(xian)溫度時，嚴重超(chao)溫報警輸出端(duān)(T_CRIT_A)也能直接關斷(duan)主電源，并且該(gai)端還可通過獨(dú)立的硬件關斷(duan)電路來切斷主(zhu)電源，以防主電(diàn)源控制失靈。上(shang)述三重安全性(xìng)保護措施已成(chéng)爲國際上設計(jì)溫控系統的新(xīn)觀念。

爲防止因(yīn)人體靜電放電(dian)(ESD)而損壞芯片。一(yī)些智能溫度傳(chuán)感器還增加了(le)ESD保護電路，一般(bān)可承受1000~4000V的靜電(dian)放電電壓。通常(cháng)是将人體等效(xiào)于由100PF電容和1.2K歐(ou)姆電阻串聯而(ér)成的電路模型(xíng)，當人體放電時(shi)，TCN75型智能溫度傳(chuan)感器的串行接(jie)口端、中斷／比較(jiao)器信号輸出端(duan)和地址輸入端(duan)均可承受1000V的靜(jing)電放電電壓。LM83型(xing)智能溫度傳感(gan)器則可承受4000V的(de)靜電放電電壓(ya)。

最新開發的智(zhi)能溫度傳感器(qì)(例如MAX6654、LM83)還增加了(le)傳感器故障檢(jiǎn)測功能，能自動(dong)檢測外部晶體(tǐ)管溫度傳感器(qi)(亦稱遠程傳感(gǎn)器)的開路或短(duǎn)路故障。MAX6654還具有(yǒu)選擇“寄生阻抗(kàng)抵消”(PArAsitic ResistAnce CAncellAtion，英文縮寫(xie)爲prc)模式，能抵消(xiāo)遠程傳感器引(yin)線阻抗所引起(qi)的測溫誤差，即(ji)使引線阻抗達(dá)到100歐姆，也不會(huì)影響測量精度(du)。遠程傳感器引(yǐn)線可采用普通(tong)雙絞線或者帶(dài)屏蔽層的雙絞(jiao)線。

2.5虛拟溫度傳(chuán)感器和網絡溫(wen)度傳感器
(1)虛拟(nǐ)傳感器
虛拟傳(chuán)感器是基于傳(chuán)感器硬件和計(ji)算機平台、并通(tōng)過軟件開發而(ér)成的。利用軟件(jiàn)可完成傳感器(qì)的标定及校準(zhun)，以實現最佳性(xìng)能指标。最近，美(měi)國Ｂ＆Ｋ公司已開發(fa)出一種基于軟(ruǎn)件設置的TEDS型虛(xū)拟傳感器，其主(zhu)要特點是每隻(zhī)傳感器都有唯(wei)一的産品序列(lie)号并且附帶一(yi)張軟盤，軟盤上(shang)存儲着對該傳(chuán)感器進行标定(ding)的有關數據。使(shǐ)用時，傳感器通(tōng)過數據采集器(qi)接至計算機，首(shou)先從計算機輸(shu)入該傳感器的(de)産品序列号，再(zai)從軟盤上讀出(chu)有關數據，然後(hou)自動完成對傳(chuán)感器的檢查、傳(chuán)感器參數的讀(du)取、傳感器設置(zhi)和記錄工作。

(2)網(wang)絡溫度傳感器(qì)
網絡溫度傳感(gǎn)器是包含數字(zi)傳感器、網絡接(jie)口和處理單元(yuan)的新一代智能(neng)傳感器。數字傳(chuán)感器首先将被(bei)測溫度轉換成(chéng)數字量，再送給(gěi)微控制器作數(shu)據處理。最後将(jiang)測量結果傳輸(shu)給網絡，以便實(shí)現各傳感器之(zhi)間、傳感器與執(zhí)行器之間、傳感(gan)器與系統之間(jiān)的數據交換及(ji)資源共享，在更(gèng)換傳感器時無(wu)須進行标定和(he)校準，可做到“即(ji)插即用(Plug&PlAy)”，這樣就(jiu)極大地方便了(le)用戶。

2.6單片測溫(wēn)系統
單片系統(tǒng)(System On Chip)是21世紀一項高(gao)新科技産品。它(ta)是在芯片上集(ji)成一個系統或(huò)子系統，其集成(cheng)度将高達108~109元件(jiàn)/片，這将給IC産業(ye)及IC應用帶來劃(huà)時代的進步。半(bàn)導體工業協會(huì)(SIA)對單片系統集(jí)成所作的預測(ce)見表1。目前，國際(ji)上一些著名的(de)IC廠家已開始研(yan)制單片測溫系(xi)統，相信在不久(jiu)的将來即可面(miàn)市。

表1單片系統(tǒng)集成電路的發(fā)展預測
年 份 2001 2002 2007 2010
最(zui)小線寬/um 0.18 0.13 0.1 0.07
包含晶(jīng)體管數量/片 1.3X108 2.5X108 5X108 9X108
成(cheng)本/(晶體管/毫美(mei)分) 0.2 0.1 0.05 0.02
芯片尺寸/mm2 750 900 1100 1400
電(dian)源電壓/V 1.8 1.5 1.2 0.9
新片I/O數(shù) 2000 2600 3600 4800