現代信息技術(shù)的三大基礎是信(xin)息采集(即傳感器(qi)技術)、信息傳輸(通(tōng)信技術)和信息處(chu)理(計算機技術)。傳(chuán)感器屬于信息技(jì)術的前沿尖端産(chǎn)品，尤其是溫度傳(chuán)感器被廣泛用于(yu)工農業生産、科學(xue)研究和生活等領(ling)域，數量高居各種(zhǒng)傳感器之首。近百(bǎi)年來，溫度傳感器(qì)的發展大緻經曆(li)了以下三個階段(duan)；(1)傳統的分立式溫(wēn)度傳感器(含敏感(gan)元件)；(2)模拟集成溫(wen)度傳感器／控制器(qì)；(3)智能溫度傳感器(qì)。目前，國際上新型(xing)溫度傳感器正從(cóng)模拟式向數字式(shi)、由集成化向智能(néng)化、網絡化的方向(xiang)發展。

１集成溫度傳(chuán)感器的産品分類(lèi)
1.1模拟集成溫度傳(chuan)感器
集成傳感器(qì)是采用矽半導體(ti)集成工藝而制成(cheng)的，因此亦稱矽傳(chuán)感器或單片集成(chéng)溫度傳感器。模拟(ni)集成溫度傳感器(qi)是在20世紀80年代問(wèn)世的，它是将溫度(du)傳感器集成在一(yi)個芯片上、可完成(cheng)溫度測量及模拟(ni)信号輸出功能的(de)專用IC。模拟集成溫(wen)度傳感器的主要(yao)特點是功能單一(yi)(僅測量溫度)、測溫(wēn)誤差小、價格低、響(xiang)應速度快、傳輸距(jù)離遠、體積小、微功(gōng)耗等，适合遠距離(lí)測溫、控溫，不需要(yào)進行非線性校準(zhun)，外圍電路簡單。它(ta)是目前在國内外(wài)應用最爲普遍的(de)一種集成傳感器(qì)，典型産品有AD590、AD592、TMP17、LM135等。

1.2模(mo)拟集成溫度控制(zhi)器
模拟集成溫度(dù)控制器主要包括(kuò)溫控開關、可編程(chéng)溫度控制器，典型(xing)産品有LM56、AD22105和MAX6509。某些增(zēng)強型集成溫度控(kòng)制器(例如TC652/653)中還包(bao)含了A/D轉換器以及(ji)固化好的程序，這(zhe)與智能溫度傳感(gǎn)器有某些相似之(zhi)處。但它自成系統(tǒng)，工作時并不受微(wēi)處理器的控制，這(zhe)是二者的主要區(qū)别。

1.3智能溫度傳感(gǎn)器
智能溫度傳感(gǎn)器(亦稱數字溫度(du)傳感器)是在20世紀(ji)90年代中期問世的(de)。它是微電子技術(shu)、計算機技術和自(zi)動測試技術(ATE)的結(jié)晶。目前，國際上已(yǐ)開發出多種智能(néng)溫度傳感器系列(lie)産品。智能溫度傳(chuan)感器内部都包含(han)溫度傳感器、A/D轉換(huàn)器、信号處理器、存(cún)儲器(或寄存器)和(he)接口電路。有的産(chǎn)品還帶多路選擇(ze)器、中央控制器(cpu)、随(sui)機存取存儲器(RAM)和(he)隻讀存儲器(ROM)。智能(neng)溫度傳感器的特(te)點是能輸出溫度(dù)數據及相關的溫(wēn)度控制量，适配各(gè)種微控制器(MCU)；并且(qie)它是在硬件的基(jī)礎上通過軟件來(lai)實現測試功能的(de)，其智能化程度也(yě)取決于軟件的開(kāi)發水平。

2智能溫度(dù)傳感器發展的新(xīn)趨勢
進入21世紀後(hòu)，智能溫度傳感器(qì)正朝着高精度、多(duo)功能、總線标準化(hua)、高可靠性及安全(quán)性、開發虛拟傳感(gan)器和網絡傳感器(qì)、研制單片測溫系(xì)統等高科技的方(fang)向迅速發展。

2.1提高(gāo)測溫精度和分辨(biàn)力
在20世紀90年代中(zhong)期最早推出的智(zhi)能溫度傳感器，采(cai)用的是8位A/D轉換器(qì)，其測溫精度較低(di)，分辨力隻能達到(dao)1°C。目前，國外已相繼(jì)推出多種高精度(du)、高分辨力的智能(néng)溫度傳感器，所用(yòng)的是9~12位A/D轉換器，分(fèn)辨力一般可達0.5~0.0625°C。由(yóu)美國DALLAS半導體公司(si)新研制的DS1624型高分(fèn)辨力智能溫度傳(chuan)感器，能輸出13位二(èr)進制數據，其分辨(biàn)力高達0.03125°C，測溫精度(dù)爲±0.2°C。爲了提高多通(tōng)道智能溫度傳感(gan)器的轉換速率，也(ye)有的芯片采用高(gao)速逐次逼近式A/D轉(zhuan)換器。以AD7817型5通道智(zhi)能溫度傳感器爲(wei)例，它對本地傳感(gǎn)器、每一路遠程傳(chuan)感器的轉換時間(jian)分别僅爲27us、9us。

2.2增加測(cè)試功能
新型智能(neng)溫度傳感器的測(cè)試功能也在不斷(duan)增強。例如，DS1629型單線(xiàn)智能溫度傳感器(qì)增加了實時日曆(lì)時鍾（RTC），使其功能更(geng)加完善。DS1624還增加了(le)存儲功能，利用芯(xin)片内部256字節的E2PROM存(cún)儲器，可存儲用戶(hù)的短信息。另外，智(zhi)能溫度傳感器正(zhèng)從單通道向多通(tōng)道的方向發展，這(zhè)就爲研制和開發(fa)多路溫度測控系(xi)統創造了良好條(tiao)件。?br>

智能溫度傳感(gǎn)器都具有多種工(gong)作模式可供選擇(zé)，主要包括單次轉(zhuǎn)換模式、連續轉換(huàn)模式、待機模式，有(yǒu)的還增加了低溫(wen)極限擴展模式，操(cāo)作非常簡便。對某(mou)些智能溫度傳感(gan)器而言，主機(外部(bu)微處理器或單片(piàn)機)還可通過相應(yīng)的寄存器來設定(ding)其A/D轉換速率(典型(xíng)産品爲MAX6654)，分辨力及(ji)最大轉換時間(典(diǎn)型産品爲DS1624)。

能溫度(du)控制器是在智能(neng)溫度傳感器的基(jī)礎上發展而成的(de)。典型産品有DS1620、DS1623、TCN75、LM76、MAX6625。智能(néng)溫度控制器适配(pèi)各種微控制器，構(gou)成智能化溫控系(xì)統；它們還可以脫(tuo)離微控制器單獨(dú)工作，自行構成一(yī)個溫控儀。

2.3總線技(ji)術的标準化與規(gui)範化
目前，智能溫(wen)度傳感器的總線(xian)技術也實現了标(biāo)準化、規範化，所采(cǎi)用的總線主要有(you)單線(1-Wire)總線、I2C總線、SMBus總(zong)線和spI總線。溫度傳(chuán)感器作爲從機可(kě)通過專用總線接(jie)口與主機進行通(tong)信。

2.4可靠性及安全(quan)性設計
傳統的A/D轉(zhuan)換器大多采用積(jī)分式或逐次比較(jiào)式轉換技術，其噪(zào)聲容限低，抑制混(hùn)疊噪聲及量化噪(zao)聲的能力比較差(chà)。新型智能溫度傳(chuan)感器(例如TMP12/13、LM74、LM83)普遍采(cǎi)用了高性能的Σ－Δ式(shì)A／Ｄ轉換器，它能以很(hěn)高的采樣速率和(he)很低的采樣分辨(biàn)力将模拟信号轉(zhuan)換成數字信号，再(zài)利用過采樣、噪聲(shēng)整形和數字濾波(bo)技術，來提高有效(xiao)分辨力。Σ－Δ式A／D轉換器(qi)不僅能濾除量化(huà)噪聲，而且對外圍(wéi)元件的精度要求(qiu)低；由于采用了數(shu)字反饋方式，因此(cǐ)比較器的失調電(diàn)壓及零點漂移都(dou)不會影響溫度的(de)轉換精度。這種智(zhì)能溫度傳感器兼(jian)有抑制串模幹擾(rao)能力強、分辨力高(gao)、線性度好、成本低(di)等優點。

爲了避免(mian)在溫控系統受到(dào)噪聲幹擾時産生(sheng)誤動作，在AD7416/7417/7817、LM75／76、MAX6625／6626等智能(neng)溫度傳感器的内(nèi)部，都設置了一個(ge)可編程的“故障排(pái)隊(fAultqueue)”計數器，專用于(yu)設定允許被測溫(wen)度值超過上、下限(xiàn)的次數。僅當被測(cè)溫度連續超過上(shang)限或低于下限的(de)次數達到或超過(guò)所設定的次數n(n=1~4)時(shi)，才能觸發中斷端(duan)。若故障次數不滿(mǎn)足上述條件或故(gù)障不是連續發生(shēng)的，故障計數器就(jiù)複位而不會觸發(fa)中斷端。這意味着(zhe)假定n=3時，那麽偶然(rán)受到一次或兩次(cì)噪聲幹擾，都不會(hui)影響溫控系統的(de)正常工作。

LM76型智能(néng)溫度傳感器增加(jia)了溫度窗口比較(jiào)器，非常适合設計(jì)一個符合ACPI(AdvAnced ConfigurAtion And Power InterfAce，即“先進(jin)配置與電源接口(kou)”)規範的溫控系統(tǒng)。這種系統具有完(wán)善的過熱保護功(gōng)能，可用來監控筆(bi)記本電腦和服務(wù)器中CPU及主電路的(de)溫度。微處理器最(zuì)高可承受的工作(zuo)溫度規定爲tH，台式(shì)計算機一般爲75°C，高(gāo)檔筆記本電腦的(de)專用CPU可達100°C。一旦CPU或(huo)主電路的溫度超(chao)出所設定的上、下(xià)限時， INT端立即使主(zhu)機産生中斷，再通(tong)過電源控制器發(fa)出信号，迅速将主(zhu)電源關斷起到保(bǎo)護作用。此外，當溫(wēn)度超過CPU的極限溫(wēn)度時，嚴重超溫報(bao)警輸出端(T_CRIT_A)也能直(zhi)接關斷主電源，并(bing)且該端還可通過(guo)獨立的硬件關斷(duàn)電路來切斷主電(dian)源，以防主電源控(kong)制失靈。上述三重(zhòng)安全性保護措施(shi)已成爲國際上設(she)計溫控系統的新(xīn)觀念。

爲防止因人(ren)體靜電放電(ESD)而損(sun)壞芯片。一些智能(néng)溫度傳感器還增(zeng)加了ESD保護電路，一(yi)般可承受1000~4000V的靜電(diàn)放電電壓。通常是(shì)将人體等效于由(yóu)100PF電容和1.2K歐姆電阻(zǔ)串聯而成的電路(lù)模型，當人體放電(diàn)時，TCN75型智能溫度傳(chuán)感器的串行接口(kou)端、中斷／比較器信(xìn)号輸出端和地址(zhi)輸入端均可承受(shòu)1000V的靜電放電電壓(ya)。LM83型智能溫度傳感(gan)器則可承受4000V的靜(jing)電放電電壓。

最新(xīn)開發的智能溫度(dù)傳感器(例如MAX6654、LM83)還增(zēng)加了傳感器故障(zhàng)檢測功能，能自動(dong)檢測外部晶體管(guǎn)溫度傳感器(亦稱(cheng)遠程傳感器)的開(kāi)路或短路故障。MAX6654還(hái)具有選擇“寄生阻(zǔ)抗抵消”(PArAsitic ResistAnce CAncellAtion，英文縮寫(xie)爲prc)模式，能抵消遠(yuǎn)程傳感器引線阻(zu)抗所引起的測溫(wen)誤差，即使引線阻(zǔ)抗達到100歐姆，也不(bu)會影響測量精度(dù)。遠程傳感器引線(xiàn)可采用普通雙絞(jiao)線或者帶屏蔽層(ceng)的雙絞線。

2.5虛拟溫(wen)度傳感器和網絡(luo)溫度傳感器
(1)虛拟(nǐ)傳感器
虛拟傳感(gǎn)器是基于傳感器(qi)硬件和計算機平(ping)台、并通過軟件開(kāi)發而成的。利用軟(ruǎn)件可完成傳感器(qì)的标定及校準，以(yi)實現最佳性能指(zhi)标。最近，美國Ｂ＆Ｋ公司(si)已開發出一種基(ji)于軟件設置的TEDS型(xíng)虛拟傳感器，其主(zhǔ)要特點是每隻傳(chuán)感器都有唯一的(de)産品序列号并且(qiě)附帶一張軟盤，軟(ruan)盤上存儲着對該(gai)傳感器進行标定(dìng)的有關數據。使用(yong)時，傳感器通過數(shu)據采集器接至計(jì)算機，首先從計算(suan)機輸入該傳感器(qi)的産品序列号，再(zài)從軟盤上讀出有(yǒu)關數據，然後自動(dong)完成對傳感器的(de)檢查、傳感器參數(shu)的讀取、傳感器設(she)置和記錄工作。

(2)網(wang)絡溫度傳感器
網(wang)絡溫度傳感器是(shì)包含數字傳感器(qì)、網絡接口和處理(li)單元的新一代智(zhì)能傳感器。數字傳(chuan)感器首先将被測(cè)溫度轉換成數字(zi)量，再送給微控制(zhì)器作數據處理。最(zuì)後将測量結果傳(chuán)輸給網絡，以便實(shi)現各傳感器之間(jian)、傳感器與執行器(qì)之間、傳感器與系(xi)統之間的數據交(jiāo)換及資源共享，在(zai)更換傳感器時無(wu)須進行标定和校(xiào)準，可做到“即插即(jí)用(Plug&PlAy)”，這樣就極大地(dì)方便了用戶。

2.6單片(piàn)測溫系統
單片系(xi)統(System On Chip)是21世紀一項高(gao)新科技産品。它是(shi)在芯片上集成一(yī)個系統或子系統(tong)，其集成度将高達(dá)108~109元件/片，這将給IC産(chǎn)業及IC應用帶來劃(hua)時代的進步。半導(dao)體工業協會(SIA)對單(dan)片系統集成所作(zuò)的預測見表1。目前(qian)，國際上一些著名(ming)的IC廠家已開始研(yán)制單片測溫系統(tong)，相信在不久的将(jiang)來即可面市。

表1單(dan)片系統集成電路(lu)的發展預測
年 份(fèn) 2001 2002 2007 2010
最小線寬/um 0.18 0.13 0.1 0.07
包含晶(jīng)體管數量/片 1.3X108 2.5X108 5X108 9X108
成本(ben)/(晶體管/毫美分) 0.2 0.1 0.05 0.02
芯(xīn)片尺寸/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