現(xiàn)代信息技術的三(san)大基礎是信息采(cǎi)集(即傳感器技術(shù))、信息傳輸(通信技(ji)術)和信息處理(計(ji)算機技術)。傳感器(qi)屬于信息技術的(de)前沿尖端産品，尤(yóu)其是溫度傳感器(qi)被廣泛用于工農(nong)業生産、科學研究(jiū)和生活等領域，數(shu)量高居各種傳感(gǎn)器之首。近百年來(lái)，溫度傳感器的發(fā)展大緻經曆了以(yi)下三個階段；(1)傳統(tong)的分立式溫度傳(chuán)感器(含敏感元件(jiàn))；(2)模拟集成溫度傳(chuán)感器／控制器；(3)智能(neng)溫度傳感器。目前(qián)，國際上新型溫度(dù)傳感器正從模拟(ni)式向數字式、由集(jí)成化向智能化、網(wǎng)絡化的方向發展(zhǎn)。

１集成溫度傳感器(qi)的産品分類
1.1模拟(ni)集成溫度傳感器(qi)
集成傳感器是采(cǎi)用矽半導體集成(chéng)工藝而制成的，因(yin)此亦稱矽傳感器(qì)或單片集成溫度(dù)傳感器。模拟集成(cheng)溫度傳感器是在(zài)20世紀80年代問世的(de)，它是将溫度傳感(gan)器集成在一個芯(xin)片上、可完成溫度(dù)測量及模拟信号(hao)輸出功能的專用(yòng)IC。模拟集成溫度傳(chuan)感器的主要特點(dian)是功能單一(僅測(ce)量溫度)、測溫誤差(chà)小、價格低、響應速(sù)度快、傳輸距離遠(yuan)、體積小、微功耗等(deng)，适合遠距離測溫(wen)、控溫，不需要進行(hang)非線性校準，外圍(wéi)電路簡單。它是目(mu)前在國内外應用(yong)最爲普遍的一種(zhǒng)集成傳感器，典型(xíng)産品有AD590、AD592、TMP17、LM135等。

1.2模拟集(ji)成溫度控制器
模(mo)拟集成溫度控制(zhi)器主要包括溫控(kòng)開關、可編程溫度(du)控制器，典型産品(pǐn)有LM56、AD22105和MAX6509。某些增強型(xing)集成溫度控制器(qi)(例如TC652/653)中還包含了(le)A/D轉換器以及固化(hua)好的程序，這與智(zhi)能溫度傳感器有(yǒu)某些相似之處。但(dàn)它自成系統，工作(zuò)時并不受微處理(li)器的控制，這是二(er)者的主要區别。

1.3智(zhi)能溫度傳感器
智(zhì)能溫度傳感器(亦(yì)稱數字溫度傳感(gan)器)是在20世紀90年代(dài)中期問世的。它是(shì)微電子技術、計算(suàn)機技術和自動測(cè)試技術(ATE)的結晶。目(mu)前，國際上已開發(fā)出多種智能溫度(du)傳感器系列産品(pin)。智能溫度傳感器(qì)内部都包含溫度(dù)傳感器、A/D轉換器、信(xin)号處理器、存儲器(qì)(或寄存器)和接口(kou)電路。有的産品還(hai)帶多路選擇器、中(zhong)央控制器(cpu)、随機存(cún)取存儲器(RAM)和隻讀(dú)存儲器(ROM)。智能溫度(du)傳感器的特點是(shì)能輸出溫度數據(ju)及相關的溫度控(kòng)制量，适配各種微(wei)控制器(MCU)；并且它是(shi)在硬件的基礎上(shàng)通過軟件來實現(xian)測試功能的，其智(zhì)能化程度也取決(jué)于軟件的開發水(shuǐ)平。

2智能溫度傳感(gan)器發展的新趨勢(shi)
進入21世紀後，智能(néng)溫度傳感器正朝(cháo)着高精度、多功能(néng)、總線标準化、高可(kě)靠性及安全性、開(kai)發虛拟傳感器和(he)網絡傳感器、研制(zhì)單片測溫系統等(deng)高科技的方向迅(xùn)速發展。

2.1提高測溫(wēn)精度和分辨力
在(zài)20世紀90年代中期最(zui)早推出的智能溫(wen)度傳感器，采用的(de)是8位A/D轉換器，其測(cè)溫精度較低，分辨(biàn)力隻能達到1°C。目前(qián)，國外已相繼推出(chū)多種高精度、高分(fen)辨力的智能溫度(dù)傳感器，所用的是(shì)9~12位A/D轉換器，分辨力(lì)一般可達0.5~0.0625°C。由美國(guó)DALLAS半導體公司新研(yán)制的DS1624型高分辨力(li)智能溫度傳感器(qi)，能輸出13位二進制(zhì)數據，其分辨力高(gāo)達0.03125°C，測溫精度爲±0.2°C。爲(wèi)了提高多通道智(zhi)能溫度傳感器的(de)轉換速率，也有的(de)芯片采用高速逐(zhú)次逼近式A/D轉換器(qì)。以AD7817型5通道智能溫(wēn)度傳感器爲例，它(tā)對本地傳感器、每(mei)一路遠程傳感器(qì)的轉換時間分别(bié)僅爲27us、9us。

2.2增加測試功(gong)能
新型智能溫度(du)傳感器的測試功(gong)能也在不斷增強(qiang)。例如，DS1629型單線智能(neng)溫度傳感器增加(jia)了實時日曆時鍾(zhong)（RTC），使其功能更加完(wán)善。DS1624還增加了存儲(chǔ)功能，利用芯片内(nei)部256字節的E2PROM存儲器(qi)，可存儲用戶的短(duan)信息。另外，智能溫(wen)度傳感器正從單(dan)通道向多通道的(de)方向發展，這就爲(wei)研制和開發多路(lu)溫度測控系統創(chuàng)造了良好條件。?br>

智(zhì)能溫度傳感器都(dōu)具有多種工作模(mó)式可供選擇，主要(yao)包括單次轉換模(mo)式、連續轉換模式(shì)、待機模式，有的還(hai)增加了低溫極限(xian)擴展模式，操作非(fei)常簡便。對某些智(zhi)能溫度傳感器而(ér)言，主機(外部微處(chù)理器或單片機)還(hai)可通過相應的寄(ji)存器來設定其A/D轉(zhuan)換速率(典型産品(pin)爲MAX6654)，分辨力及最大(da)轉換時間(典型産(chan)品爲DS1624)。

能溫度控制(zhi)器是在智能溫度(dù)傳感器的基礎上(shang)發展而成的。典型(xing)産品有DS1620、DS1623、TCN75、LM76、MAX6625。智能溫度(du)控制器适配各種(zhǒng)微控制器，構成智(zhì)能化溫控系統；它(tā)們還可以脫離微(wei)控制器單獨工作(zuo)，自行構成一個溫(wēn)控儀。

2.3總線技術的(de)标準化與規範化(hua)
目前，智能溫度傳(chuán)感器的總線技術(shù)也實現了标準化(hua)、規範化，所采用的(de)總線主要有單線(xian)(1-Wire)總線、I2C總線、SMBus總線和(hé)spI總線。溫度傳感器(qì)作爲從機可通過(guò)專用總線接口與(yu)主機進行通信。

2.4可(kě)靠性及安全性設(she)計
傳統的A/D轉換器(qi)大多采用積分式(shi)或逐次比較式轉(zhuan)換技術，其噪聲容(rong)限低，抑制混疊噪(zào)聲及量化噪聲的(de)能力比較差。新型(xíng)智能溫度傳感器(qi)(例如TMP12/15、LM74、LM83)普遍采用了(le)高性能的Σ－Δ式A／Ｄ轉換(huan)器，它能以很高的(de)采樣速率和很低(di)的采樣分辨力将(jiang)模拟信号轉換成(cheng)數字信号，再利用(yong)過采樣、噪聲整形(xíng)和數字濾波技術(shù)，來提高有效分辨(bian)力。Σ－Δ式A／D轉換器不僅(jǐn)能濾除量化噪聲(sheng)，而且對外圍元件(jian)的精度要求低；由(yóu)于采用了數字反(fǎn)饋方式，因此比較(jiao)器的失調電壓及(ji)零點漂移都不會(hui)影響溫度的轉換(huàn)精度。這種智能溫(wēn)度傳感器兼有抑(yi)制串模幹擾能力(lì)強、分辨力高、線性(xìng)度好、成本低等優(you)點。

爲了避免在溫(wēn)控系統受到噪聲(shēng)幹擾時産生誤動(dong)作，在AD7416/7417/7817、LM75／76、MAX6625／6626等智能溫度(dù)傳感器的内部，都(dōu)設置了一個可編(biān)程的“故障排隊(fAultqueue)”計(ji)數器，專用于設定(ding)允許被測溫度值(zhi)超過上、下限的次(ci)數。僅當被測溫度(dù)連續超過上限或(huò)低于下限的次數(shù)達到或超過所設(she)定的次數n(n=1~4)時，才能(neng)觸發中斷端。若故(gu)障次數不滿足上(shàng)述條件或故障不(bu)是連續發生的，故(gu)障計數器就複位(wèi)而不會觸發中斷(duàn)端。這意味着假定(dìng)n=3時，那麽偶然受到(dào)一次或兩次噪聲(shēng)幹擾，都不會影響(xiang)溫控系統的正常(cháng)工作。

LM76型智能溫度(dù)傳感器增加了溫(wen)度窗口比較器，非(fēi)常适合設計一個(ge)符合ACPI(AdvAnced ConfigurAtion And Power InterfAce，即“先進配置(zhi)與電源接口”)規範(fàn)的溫控系統。這種(zhǒng)系統具有完善的(de)過熱保護功能，可(ke)用來監控筆記本(ben)電腦和服務器中(zhōng)CPU及主電路的溫度(du)。微處理器最高可(kě)承受的工作溫度(dù)規定爲tH，台式計算(suan)機一般爲75°C，高檔筆(bǐ)記本電腦的專用(yong)CPU可達100°C。一旦CPU或主電(diàn)路的溫度超出所(suǒ)設定的上、下限時(shí)， INT端立即使主機産(chǎn)生中斷，再通過電(dian)源控制器發出信(xin)号，迅速将主電源(yuan)關斷起到保護作(zuò)用。此外，當溫度超(chāo)過CPU的極限溫度時(shi)，嚴重超溫報警輸(shū)出端(T_CRIT_A)也能直接關(guan)斷主電源，并且該(gai)端還可通過獨立(li)的硬件關斷電路(lu)來切斷主電源，以(yi)防主電源控制失(shī)靈。上述三重安全(quan)性保護措施已成(chéng)爲國際上設計溫(wen)控系統的新觀念(niàn)。

爲防止因人體靜(jing)電放電(ESD)而損壞芯(xīn)片。一些智能溫度(dù)傳感器還增加了(le)ESD保護電路，一般可(kě)承受1000~4000V的靜電放電(dian)電壓。通常是将人(ren)體等效于由100PF電容(rong)和1.2K歐姆電阻串聯(lian)而成的電路模型(xíng)，當人體放電時，TCN75型(xíng)智能溫度傳感器(qì)的串行接口端、中(zhōng)斷／比較器信号輸(shū)出端和地址輸入(rù)端均可承受1000V的靜(jìng)電放電電壓。LM83型智(zhi)能溫度傳感器則(ze)可承受4000V的靜電放(fang)電電壓。

最新開發(fa)的智能溫度傳感(gan)器(例如MAX6654、LM83)還增加了(le)傳感器故障檢測(cè)功能，能自動檢測(cè)外部晶體管溫度(dù)傳感器(亦稱遠程(cheng)傳感器)的開路或(huò)短路故障。MAX6654還具有(you)選擇“寄生阻抗抵(dǐ)消”(PArAsitic ResistAnce CAncellAtion，英文縮寫爲prc)模(mo)式，能抵消遠程傳(chuán)感器引線阻抗所(suo)引起的測溫誤差(cha)，即使引線阻抗達(da)到100歐姆，也不會影(yǐng)響測量精度。遠程(cheng)傳感器引線可采(cǎi)用普通雙絞線或(huo)者帶屏蔽層的雙(shuang)絞線。

2.5虛拟溫度傳(chuán)感器和網絡溫度(dù)傳感器
(1)虛拟傳感(gǎn)器
虛拟傳感器是(shì)基于傳感器硬件(jiàn)和計算機平台、并(bing)通過軟件開發而(er)成的。利用軟件可(ke)完成傳感器的标(biāo)定及校準，以實現(xiàn)最佳性能指标。最(zuì)近，美國Ｂ＆Ｋ公司已開(kāi)發出一種基于軟(ruǎn)件設置的TEDS型虛拟(nǐ)傳感器，其主要特(tè)點是每隻傳感器(qì)都有唯一的産品(pǐn)序列号并且附帶(dai)一張軟盤，軟盤上(shang)存儲着對該傳感(gan)器進行标定的有(yǒu)關數據。使用時，傳(chuan)感器通過數據采(cai)集器接至計算機(ji)，首先從計算機輸(shu)入該傳感器的産(chǎn)品序列号，再從軟(ruan)盤上讀出有關數(shu)據，然後自動完成(cheng)對傳感器的檢查(cha)、傳感器參數的讀(dú)取、傳感器設置和(hé)記錄工作。

(2)網絡溫(wen)度傳感器
網絡溫(wēn)度傳感器是包含(han)數字傳感器、網絡(luò)接口和處理單元(yuan)的新一代智能傳(chuan)感器。數字傳感器(qì)首先将被測溫度(dù)轉換成數字量，再(zài)送給微控制器作(zuò)數據處理。最後将(jiāng)測量結果傳輸給(gěi)網絡，以便實現各(ge)傳感器之間、傳感(gan)器與執行器之間(jian)、傳感器與系統之(zhi)間的數據交換及(ji)資源共享，在更換(huàn)傳感器時無須進(jìn)行标定和校準，可(kě)做到“即插即用(Plug&PlAy)”，這(zhè)樣就極大地方便(biàn)了用戶。

2.6單片測溫(wēn)系統
單片系統(System On Chip)是(shì)21世紀一項高新科(ke)技産品。它是在芯(xin)片上集成一個系(xi)統或子系統，其集(ji)成度将高達108~109元件(jian)/片，這将給IC産業及(jí)IC應用帶來劃時代(dai)的進步。半導體工(gong)業協會(SIA)對單片系(xi)統集成所作的預(yu)測見表1。目前，國際(ji)上一些著名的IC廠(chang)家已開始研制單(dan)片測溫系統，相信(xìn)在不久的将來即(ji)可面市。

表1單片系(xì)統集成電路的發(fā)展預測
年 份 2001 2002 2007 2010
最小(xiǎo)線寬/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/(晶體(tǐ)管/毫美分) 0.2 0.1 0.05 0.02
芯片尺(chi)寸/mm2 750 900 1100 1400
電源電壓/V 1.8 1.5 1.2 0.9
新片(piàn)I/O數 2000 2600 3600 4800