現代信息技術的(de)三大基礎是信息(xī)采集(即傳感器技(jì)術)、信息傳輸(通信(xìn)技術)和信息處理(lǐ)(計算機技術)。傳感(gǎn)器屬于信息技術(shù)的前沿尖端産品(pin)，尤其是溫度傳感(gan)器被廣泛用于工(gong)農業生産、科學研(yan)究和生活等領域(yù)，數量高居各種傳(chuan)感器之首。近百年(nián)來，溫度傳感器的(de)發展大緻經曆了(le)以下三個階段；(1)傳(chuán)統的分立式溫度(du)傳感器(含敏感元(yuan)件)；(2)模拟集成溫度(du)傳感器／控制器；(3)智(zhi)能溫度傳感器。目(mu)前，國際上新型溫(wēn)度傳感器正從模(mo)拟式向數字式、由(yóu)集成化向智能化(huà)、網絡化的方向發(fa)展。

１集成溫度傳感(gǎn)器的産品分類
1.1模(mo)拟集成溫度傳感(gan)器
集成傳感器是(shi)采用矽半導體集(ji)成工藝而制成的(de)，因此亦稱矽傳感(gǎn)器或單片集成溫(wēn)度傳感器。模拟集(ji)成溫度傳感器是(shi)在20世紀80年代問世(shì)的，它是将溫度傳(chuán)感器集成在一個(ge)芯片上、可完成溫(wen)度測量及模拟信(xìn)号輸出功能的專(zhuān)用IC。模拟集成溫度(dù)傳感器的主要特(tè)點是功能單一(僅(jǐn)測量溫度)、測溫誤(wu)差小、價格低、響應(ying)速度快、傳輸距離(li)遠、體積小、微功耗(hào)等，适合遠距離測(cè)溫、控溫，不需要進(jin)行非線性校準，外(wai)圍電路簡單。它是(shi)目前在國内外應(ying)用最爲普遍的一(yī)種集成傳感器，典(dian)型産品有AD590、AD592、TMP17、LM135等。

1.2模拟(ni)集成溫度控制器(qì)
模拟集成溫度控(kòng)制器主要包括溫(wen)控開關、可編程溫(wēn)度控制器，典型産(chan)品有LM56、AD22105和MAX6509。某些增強(qiang)型集成溫度控制(zhi)器(例如TC652/653)中還包含(hán)了A/D轉換器以及固(gu)化好的程序，這與(yu)智能溫度傳感器(qi)有某些相似之處(chù)。但它自成系統，工(gōng)作時并不受微處(chu)理器的控制，這是(shi)二者的主要區别(bié)。

1.3智能溫度傳感器(qi)
智能溫度傳感器(qi)(亦稱數字溫度傳(chuan)感器)是在20世紀90年(nián)代中期問世的。它(ta)是微電子技術、計(jì)算機技術和自動(dòng)測試技術(ATE)的結晶(jīng)。目前，國際上已開(kāi)發出多種智能溫(wēn)度傳感器系列産(chan)品。智能溫度傳感(gǎn)器内部都包含溫(wen)度傳感器、A/D轉換器(qi)、信号處理器、存儲(chǔ)器(或寄存器)和接(jiē)口電路。有的産品(pǐn)還帶多路選擇器(qì)、中央控制器(cpu)、随機(jī)存取存儲器(RAM)和隻(zhī)讀存儲器(ROM)。智能溫(wēn)度傳感器的特點(diǎn)是能輸出溫度數(shu)據及相關的溫度(du)控制量，适配各種(zhong)微控制器(MCU)；并且它(tā)是在硬件的基礎(chu)上通過軟件來實(shi)現測試功能的，其(qí)智能化程度也取(qu)決于軟件的開發(fa)水平。

2智能溫度傳(chuan)感器發展的新趨(qū)勢
進入21世紀後，智(zhì)能溫度傳感器正(zheng)朝着高精度、多功(gong)能、總線标準化、高(gāo)可靠性及安全性(xing)、開發虛拟傳感器(qì)和網絡傳感器、研(yán)制單片測溫系統(tong)等高科技的方向(xiàng)迅速發展。

2.1提高測(ce)溫精度和分辨力(li)
在20世紀90年代中期(qī)最早推出的智能(neng)溫度傳感器，采用(yong)的是8位A/D轉換器，其(qi)測溫精度較低，分(fen)辨力隻能達到1°C。目(mù)前，國外已相繼推(tui)出多種高精度、高(gao)分辨力的智能溫(wen)度傳感器，所用的(de)是9~12位A/D轉換器，分辨(bian)力一般可達0.5~0.0625°C。由美(měi)國DALLAS半導體公司新(xin)研制的DS1624型高分辨(bian)力智能溫度傳感(gǎn)器，能輸出13位二進(jin)制數據，其分辨力(li)高達0.03125°C，測溫精度爲(wèi)±0.2°C。爲了提高多通道(dào)智能溫度傳感器(qi)的轉換速率，也有(yǒu)的芯片采用高速(su)逐次逼近式A/D轉換(huan)器。以AD7817型5通道智能(neng)溫度傳感器爲例(lì)，它對本地傳感器(qì)、每一路遠程傳感(gan)器的轉換時間分(fèn)别僅爲27us、9us。

2.2增加測試(shì)功能
新型智能溫(wen)度傳感器的測試(shi)功能也在不斷增(zeng)強。例如，DS1629型單線智(zhì)能溫度傳感器增(zeng)加了實時日曆時(shí)鍾（RTC），使其功能更加(jia)完善。DS1624還增加了存(cun)儲功能，利用芯片(piàn)内部256字節的E2PROM存儲(chu)器，可存儲用戶的(de)短信息。另外，智能(neng)溫度傳感器正從(cóng)單通道向多通道(dào)的方向發展，這就(jiu)爲研制和開發多(duō)路溫度測控系統(tǒng)創造了良好條件(jiàn)。?br>

智能溫度傳感器(qi)都具有多種工作(zuò)模式可供選擇，主(zhǔ)要包括單次轉換(huan)模式、連續轉換模(mó)式、待機模式，有的(de)還增加了低溫極(ji)限擴展模式，操作(zuò)非常簡便。對某些(xie)智能溫度傳感器(qì)而言，主機(外部微(wei)處理器或單片機(jī))還可通過相應的(de)寄存器來設定其(qi)A/D轉換速率(典型産(chǎn)品爲MAX6654)，分辨力及最(zui)大轉換時間(典型(xing)産品爲DS1624)。

能溫度控(kòng)制器是在智能溫(wēn)度傳感器的基礎(chu)上發展而成的。典(dian)型産品有DS1620、DS1623、TCN75、LM76、MAX6625。智能溫(wen)度控制器适配各(gè)種微控制器，構成(chéng)智能化溫控系統(tǒng)；它們還可以脫離(li)微控制器單獨工(gōng)作，自行構成一個(gè)溫控儀。

2.3總線技術(shù)的标準化與規範(fan)化
目前，智能溫度(du)傳感器的總線技(ji)術也實現了标準(zhǔn)化、規範化，所采用(yong)的總線主要有單(dān)線(1-Wire)總線、I2C總線、SMBus總線(xiàn)和spI總線。溫度傳感(gan)器作爲從機可通(tong)過專用總線接口(kou)與主機進行通信(xìn)。

2.4可靠性及安全性(xìng)設計
傳統的A/D轉換(huàn)器大多采用積分(fèn)式或逐次比較式(shi)轉換技術，其噪聲(sheng)容限低，抑制混疊(die)噪聲及量化噪聲(sheng)的能力比較差。新(xīn)型智能溫度傳感(gǎn)器(例如TMP12/13、LM74、LM83)普遍采用(yong)了高性能的Σ－Δ式A／Ｄ轉(zhuǎn)換器，它能以很高(gao)的采樣速率和很(hen)低的采樣分辨力(li)将模拟信号轉換(huan)成數字信号，再利(li)用過采樣、噪聲整(zheng)形和數字濾波技(jì)術，來提高有效分(fen)辨力。Σ－Δ式A／D轉換器不(bú)僅能濾除量化噪(zao)聲，而且對外圍元(yuan)件的精度要求低(dī)；由于采用了數字(zì)反饋方式，因此比(bi)較器的失調電壓(ya)及零點漂移都不(bú)會影響溫度的轉(zhuǎn)換精度。這種智能(neng)溫度傳感器兼有(yǒu)抑制串模幹擾能(neng)力強、分辨力高、線(xiàn)性度好、成本低等(děng)優點。

爲了避免在(zai)溫控系統受到噪(zao)聲幹擾時産生誤(wu)動作，在AD7416/7417/7817、LM75／76、MAX6625／6626等智能溫(wēn)度傳感器的内部(bu)，都設置了一個可(ke)編程的“故障排隊(dui)(fAultqueue)”計數器，專用于設(shè)定允許被測溫度(du)值超過上、下限的(de)次數。僅當被測溫(wen)度連續超過上限(xiàn)或低于下限的次(cì)數達到或超過所(suo)設定的次數n(n=1~4)時，才(cái)能觸發中斷端。若(ruò)故障次數不滿足(zú)上述條件或故障(zhàng)不是連續發生的(de)，故障計數器就複(fu)位而不會觸發中(zhong)斷端。這意味着假(jia)定n=3時，那麽偶然受(shòu)到一次或兩次噪(zao)聲幹擾，都不會影(ying)響溫控系統的正(zhèng)常工作。

LM76型智能溫(wēn)度傳感器增加了(le)溫度窗口比較器(qi)，非常适合設計一(yi)個符合ACPI(AdvAnced ConfigurAtion And Power InterfAce，即“先進配(pei)置與電源接口”)規(gui)範的溫控系統。這(zhè)種系統具有完善(shàn)的過熱保護功能(neng)，可用來監控筆記(jì)本電腦和服務器(qi)中CPU及主電路的溫(wēn)度。微處理器最高(gāo)可承受的工作溫(wen)度規定爲tH，台式計(ji)算機一般爲75°C，高檔(dàng)筆記本電腦的專(zhuan)用CPU可達100°C。一旦CPU或主(zhu)電路的溫度超出(chū)所設定的上、下限(xiàn)時， INT端立即使主機(jī)産生中斷，再通過(guò)電源控制器發出(chū)信号，迅速将主電(diàn)源關斷起到保護(hu)作用。此外，當溫度(du)超過CPU的極限溫度(du)時，嚴重超溫報警(jing)輸出端(T_CRIT_A)也能直接(jie)關斷主電源，并且(qiě)該端還可通過獨(du)立的硬件關斷電(dian)路來切斷主電源(yuán)，以防主電源控制(zhi)失靈。上述三重安(ān)全性保護措施已(yi)成爲國際上設計(ji)溫控系統的新觀(guan)念。

爲防止因人體(tǐ)靜電放電(ESD)而損壞(huai)芯片。一些智能溫(wēn)度傳感器還增加(jia)了ESD保護電路，一般(ban)可承受1000~4000V的靜電放(fàng)電電壓。通常是将(jiang)人體等效于由100PF電(diàn)容和1.2K歐姆電阻串(chuàn)聯而成的電路模(mo)型，當人體放電時(shi)，TCN75型智能溫度傳感(gǎn)器的串行接口端(duan)、中斷／比較器信号(hao)輸出端和地址輸(shū)入端均可承受1000V的(de)靜電放電電壓。LM83型(xing)智能溫度傳感器(qì)則可承受4000V的靜電(dian)放電電壓。

最新開(kai)發的智能溫度傳(chuan)感器(例如MAX6654、LM83)還增加(jia)了傳感器故障檢(jian)測功能，能自動檢(jian)測外部晶體管溫(wen)度傳感器(亦稱遠(yuǎn)程傳感器)的開路(lù)或短路故障。MAX6654還具(jù)有選擇“寄生阻抗(kàng)抵消”(PArAsitic ResistAnce CAncellAtion，英文縮寫爲(wei)prc)模式，能抵消遠程(chéng)傳感器引線阻抗(kàng)所引起的測溫誤(wù)差，即使引線阻抗(kang)達到100歐姆，也不會(huì)影響測量精度。遠(yuan)程傳感器引線可(kě)采用普通雙絞線(xiàn)或者帶屏蔽層的(de)雙絞線。

2.5虛拟溫度(du)傳感器和網絡溫(wēn)度傳感器
(1)虛拟傳(chuán)感器
虛拟傳感器(qi)是基于傳感器硬(ying)件和計算機平台(tái)、并通過軟件開發(fa)而成的。利用軟件(jian)可完成傳感器的(de)标定及校準，以實(shí)現最佳性能指标(biao)。最近，美國Ｂ＆Ｋ公司已(yi)開發出一種基于(yu)軟件設置的TEDS型虛(xū)拟傳感器，其主要(yao)特點是每隻傳感(gǎn)器都有唯一的産(chǎn)品序列号并且附(fu)帶一張軟盤，軟盤(pán)上存儲着對該傳(chuán)感器進行标定的(de)有關數據。使用時(shi)，傳感器通過數據(ju)采集器接至計算(suàn)機，首先從計算機(ji)輸入該傳感器的(de)産品序列号，再從(cóng)軟盤上讀出有關(guan)數據，然後自動完(wán)成對傳感器的檢(jian)查、傳感器參數的(de)讀取、傳感器設置(zhi)和記錄工作。

(2)網絡(luo)溫度傳感器
網絡(luo)溫度傳感器是包(bāo)含數字傳感器、網(wǎng)絡接口和處理單(dān)元的新一代智能(neng)傳感器。數字傳感(gǎn)器首先将被測溫(wēn)度轉換成數字量(liang)，再送給微控制器(qi)作數據處理。最後(hou)将測量結果傳輸(shu)給網絡，以便實現(xian)各傳感器之間、傳(chuan)感器與執行器之(zhī)間、傳感器與系統(tǒng)之間的數據交換(huàn)及資源共享，在更(gèng)換傳感器時無須(xū)進行标定和校準(zhǔn)，可做到“即插即用(yong)(Plug&PlAy)”，這樣就極大地方(fāng)便了用戶。

2.6單片測(ce)溫系統
單片系統(tong)(System On Chip)是21世紀一項高新(xīn)科技産品。它是在(zai)芯片上集成一個(gè)系統或子系統，其(qi)集成度将高達108~109元(yuan)件/片，這将給IC産業(ye)及IC應用帶來劃時(shi)代的進步。半導體(tǐ)工業協會(SIA)對單片(pian)系統集成所作的(de)預測見表1。目前，國(guo)際上一些著名的(de)IC廠家已開始研制(zhì)單片測溫系統，相(xiang)信在不久的将來(lái)即可面市。

表1單片(piàn)系統集成電路的(de)發展預測
年 份 2001 2002 2007 2010
最(zuì)小線寬/um 0.18 0.13 0.1 0.07
包含晶體(tǐ)管數量/片 1.3X108 2.5X108 5X108 9X108
成本/(晶(jīng)體管/毫美分) 0.2 0.1 0.05 0.02
芯片(piàn)尺寸/mm2 750 900 1100 1400
電源電壓/V 1.8 1.5 1.2 0.9
新(xīn)片I/O數 2000 2600 3600 4800