現代(dài)信息技術的三(sān)大基礎是信息(xī)采集(即傳感器(qì)技術)、信息傳輸(shū)(通信技術)和信(xìn)息處理(計算機(ji)技術)。傳感器屬(shu)于信息技術的(de)前沿尖端産品(pin)，尤其是溫度傳(chuan)感器被廣泛用(yòng)于工農業生産(chan)、科學研究和生(shēng)活等領域，數量(liang)高居各種傳感(gǎn)器之首。近百年(nián)來，溫度傳感器(qì)的發展大緻經(jīng)曆了以下三個(gè)階段；(1)傳統的分(fen)立式溫度傳感(gan)器(含敏感元件(jian))；(2)模拟集成溫度(du)傳感器／控制器(qi)；(3)智能溫度傳感(gan)器。目前，國際上(shàng)新型溫度傳感(gan)器正從模拟式(shì)向數字式、由集(jí)成化向智能化(huà)、網絡化的方向(xiàng)發展。

１集成溫度(dù)傳感器的産品(pin)分類
1.1模拟集成(cheng)溫度傳感器
集(ji)成傳感器是采(cai)用矽半導體集(jí)成工藝而制成(cheng)的，因此亦稱矽(xī)傳感器或單片(piàn)集成溫度傳感(gǎn)器。模拟集成溫(wēn)度傳感器是在(zài)20世紀80年代問世(shi)的，它是将溫度(dù)傳感器集成在(zai)一個芯片上、可(ke)完成溫度測量(liàng)及模拟信号輸(shu)出功能的專用(yòng)IC。模拟集成溫度(dù)傳感器的主要(yao)特點是功能單(dān)一(僅測量溫度(du))、測溫誤差小、價(jià)格低、響應速度(dù)快、傳輸距離遠(yuan)、體積小、微功耗(hào)等，适合遠距離(li)測溫、控溫，不需(xu)要進行非線性(xìng)校準，外圍電路(lù)簡單。它是目前(qian)在國内外應用(yòng)最爲普遍的一(yī)種集成傳感器(qi)，典型産品有AD590、AD592、TMP17、LM135等(děng)。

1.2模拟集成溫度(du)控制器
模拟集(jí)成溫度控制器(qi)主要包括溫控(kòng)開關、可編程溫(wēn)度控制器，典型(xing)産品有LM56、AD22105和MAX6509。某些(xiē)增強型集成溫(wēn)度控制器(例如(ru)TC652/653)中還包含了A/D轉(zhuan)換器以及固化(huà)好的程序，這與(yu)智能溫度傳感(gǎn)器有某些相似(si)之處。但它自成(cheng)系統，工作時并(bing)不受微處理器(qi)的控制，這是二(er)者的主要區别(bie)。

1.3智能溫度傳感(gǎn)器
智能溫度傳(chuan)感器(亦稱數字(zì)溫度傳感器)是(shi)在20世紀90年代中(zhong)期問世的。它是(shi)微電子技術、計(ji)算機技術和自(zi)動測試技術(ATE)的(de)結晶。目前，國際(ji)上已開發出多(duo)種智能溫度傳(chuán)感器系列産品(pin)。智能溫度傳感(gan)器内部都包含(han)溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、信号處理(lǐ)器、存儲器(或寄(ji)存器)和接口電(diàn)路。有的産品還(hai)帶多路選擇器(qi)、中央控制器(cpu)、随(suí)機存取存儲器(qì)(RAM)和隻讀存儲器(qì)(ROM)。智能溫度傳感(gan)器的特點是能(néng)輸出溫度數據(ju)及相關的溫度(du)控制量，适配各(gè)種微控制器(MCU)；并(bìng)且它是在硬件(jian)的基礎上通過(guo)軟件來實現測(cè)試功能的，其智(zhi)能化程度也取(qu)決于軟件的開(kāi)發水平。

2智能溫(wen)度傳感器發展(zhan)的新趨勢
進入(rù)21世紀後，智能溫(wen)度傳感器正朝(chao)着高精度、多功(gōng)能、總線标準化(huà)、高可靠性及安(ān)全性、開發虛拟(nǐ)傳感器和網絡(luò)傳感器、研制單(dan)片測溫系統等(deng)高科技的方向(xiàng)迅速發展。

2.1提高(gao)測溫精度和分(fèn)辨力
在20世紀90年(nián)代中期最早推(tui)出的智能溫度(du)傳感器，采用的(de)是8位A/D轉換器，其(qi)測溫精度較低(di)，分辨力隻能達(dá)到1°C。目前，國外已(yǐ)相繼推出多種(zhong)高精度、高分辨(biàn)力的智能溫度(dù)傳感器，所用的(de)是9~12位A/D轉換器，分(fèn)辨力一般可達(da)0.5~0.0625°C。由美國DALLAS半導體(ti)公司新研制的(de)DS1624型高分辨力智(zhì)能溫度傳感器(qì)，能輸出13位二進(jin)制數據，其分辨(biàn)力高達0.03125°C，測溫精(jing)度爲±0.2°C。爲了提高(gāo)多通道智能溫(wēn)度傳感器的轉(zhuan)換速率，也有的(de)芯片采用高速(sù)逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。以AD7817型5通道(dao)智能溫度傳感(gan)器爲例，它對本(ben)地傳感器、每一(yī)路遠程傳感器(qì)的轉換時間分(fen)别僅爲27us、9us。

2.2增加測(ce)試功能
新型智(zhi)能溫度傳感器(qi)的測試功能也(yě)在不斷增強。例(lì)如，DS1629型單線智能(neng)溫度傳感器增(zēng)加了實時日曆(li)時鍾（RTC），使其功能(neng)更加完善。DS1624還增(zeng)加了存儲功能(neng)，利用芯片内部(bu)256字節的E2PROM存儲器(qi)，可存儲用戶的(de)短信息。另外，智(zhì)能溫度傳感器(qì)正從單通道向(xiàng)多通道的方向(xiang)發展，這就爲研(yán)制和開發多路(lu)溫度測控系統(tong)創造了良好條(tiáo)件。?br>

智能溫度傳(chuán)感器都具有多(duo)種工作模式可(ke)供選擇，主要包(bao)括單次轉換模(mo)式、連續轉換模(mó)式、待機模式，有(you)的還增加了低(dī)溫極限擴展模(mó)式，操作非常簡(jian)便。對某些智能(neng)溫度傳感器而(er)言，主機(外部微(wēi)處理器或單片(pian)機)還可通過相(xiang)應的寄存器來(lái)設定其A/D轉換速(sù)率(典型産品爲(wei)MAX6654)，分辨力及最大(dà)轉換時間(典型(xíng)産品爲DS1624)。

能溫度(dù)控制器是在智(zhi)能溫度傳感器(qi)的基礎上發展(zhǎn)而成的。典型産(chǎn)品有DS1620、DS1623、TCN75、LM76、MAX6625。智能溫度(dù)控制器适配各(gè)種微控制器，構(gou)成智能化溫控(kòng)系統；它們還可(kě)以脫離微控制(zhì)器單獨工作，自(zì)行構成一個溫(wēn)控儀。

2.3總線技術(shu)的标準化與規(guī)範化
目前，智能(néng)溫度傳感器的(de)總線技術也實(shi)現了标準化、規(guī)範化，所采用的(de)總線主要有單(dān)線(1-Wire)總線、I2C總線、SMBus總(zong)線和spI總線。溫度(du)傳感器作爲從(cong)機可通過專用(yòng)總線接口與主(zhu)機進行通信。

2.4可(kě)靠性及安全性(xìng)設計
傳統的A/D轉(zhuǎn)換器大多采用(yòng)積分式或逐次(ci)比較式轉換技(jì)術，其噪聲容限(xiàn)低，抑制混疊噪(zào)聲及量化噪聲(shēng)的能力比較差(chà)。新型智能溫度(du)傳感器(例如TMP12/15、LM74、LM83)普(pu)遍采用了高性(xing)能的Σ－Δ式A／Ｄ轉換器(qi)，它能以很高的(de)采樣速率和很(hen)低的采樣分辨(bian)力将模拟信号(hào)轉換成數字信(xin)号，再利用過采(cǎi)樣、噪聲整形和(he)數字濾波技術(shù)，來提高有效分(fen)辨力。Σ－Δ式A／D轉換器(qi)不僅能濾除量(liàng)化噪聲，而且對(dui)外圍元件的精(jīng)度要求低；由于(yu)采用了數字反(fan)饋方式，因此比(bi)較器的失調電(diàn)壓及零點漂移(yí)都不會影響溫(wen)度的轉換精度(dù)。這種智能溫度(dù)傳感器兼有抑(yì)制串模幹擾能(néng)力強、分辨力高(gāo)、線性度好、成本(ben)低等優點。

爲了(le)避免在溫控系(xi)統受到噪聲幹(gàn)擾時産生誤動(dong)作，在AD7416/7417/7817、LM75／76、MAX6625／6626等智能溫(wen)度傳感器的内(nèi)部，都設置了一(yī)個可編程的“故(gu)障排隊(fAultqueue)”計數器(qì)，專用于設定允(yun)許被測溫度值(zhi)超過上、下限的(de)次數。僅當被測(ce)溫度連續超過(guo)上限或低于下(xia)限的次數達到(dao)或超過所設定(dìng)的次數n(n=1~4)時，才能(neng)觸發中斷端。若(ruo)故障次數不滿(man)足上述條件或(huo)故障不是連續(xu)發生的，故障計(jì)數器就複位而(er)不會觸發中斷(duàn)端。這意味着假(jia)定n=3時，那麽偶然(rán)受到一次或兩(liang)次噪聲幹擾，都(dōu)不會影響溫控(kòng)系統的正常工(gōng)作。

LM76型智能溫度(dù)傳感器增加了(le)溫度窗口比較(jiào)器，非常适合設(she)計一個符合ACPI(AdvAnced ConfigurAtion And Power InterfAce，即(ji)“先進配置與電(diàn)源接口”)規範的(de)溫控系統。這種(zhǒng)系統具有完善(shàn)的過熱保護功(gōng)能，可用來監控(kong)筆記本電腦和(hé)服務器中CPU及主(zhǔ)電路的溫度。微(wei)處理器最高可(ke)承受的工作溫(wen)度規定爲tH，台式(shì)計算機一般爲(wei)75°C，高檔筆記本電(dian)腦的專用CPU可達(da)100°C。一旦CPU或主電路(lù)的溫度超出所(suǒ)設定的上、下限(xian)時， INT端立即使主(zhu)機産生中斷，再(zai)通過電源控制(zhì)器發出信号，迅(xun)速将主電源關(guān)斷起到保護作(zuo)用。此外，當溫度(dù)超過CPU的極限溫(wen)度時，嚴重超溫(wen)報警輸出端(T_CRIT_A)也(ye)能直接關斷主(zhu)電源，并且該端(duān)還可通過獨立(lì)的硬件關斷電(dian)路來切斷主電(dian)源，以防主電源(yuan)控制失靈。上述(shu)三重安全性保(bǎo)護措施已成爲(wei)國際上設計溫(wen)控系統的新觀(guan)念。

爲防止因人(ren)體靜電放電(ESD)而(er)損壞芯片。一些(xiē)智能溫度傳感(gan)器還增加了ESD保(bao)護電路，一般可(ke)承受1000~4000V的靜電放(fàng)電電壓。通常是(shi)将人體等效于(yu)由100PF電容和1.2K歐姆(mǔ)電阻串聯而成(chéng)的電路模型，當(dāng)人體放電時，TCN75型(xing)智能溫度傳感(gan)器的串行接口(kou)端、中斷／比較器(qì)信号輸出端和(hé)地址輸入端均(jun1)可承受1000V的靜電(diàn)放電電壓。LM83型智(zhì)能溫度傳感器(qi)則可承受4000V的靜(jing)電放電電壓。

最(zui)新開發的智能(néng)溫度傳感器(例(lì)如MAX6654、LM83)還增加了傳(chuán)感器故障檢測(cè)功能，能自動檢(jiǎn)測外部晶體管(guǎn)溫度傳感器(亦(yì)稱遠程傳感器(qì))的開路或短路(lù)故障。MAX6654還具有選(xuǎn)擇“寄生阻抗抵(di)消”(PArAsitic ResistAnce CAncellAtion，英文縮寫爲(wei)prc)模式，能抵消遠(yuǎn)程傳感器引線(xiàn)阻抗所引起的(de)測溫誤差，即使(shi)引線阻抗達到(dao)100歐姆，也不會影(ying)響測量精度。遠(yuǎn)程傳感器引線(xian)可采用普通雙(shuāng)絞線或者帶屏(píng)蔽層的雙絞線(xian)。

2.5虛拟溫度傳感(gan)器和網絡溫度(du)傳感器
(1)虛拟傳(chuan)感器
虛拟傳感(gan)器是基于傳感(gǎn)器硬件和計算(suàn)機平台、并通過(guò)軟件開發而成(cheng)的。利用軟件可(kě)完成傳感器的(de)标定及校準，以(yi)實現最佳性能(néng)指标。最近，美國(guó)Ｂ＆Ｋ公司已開發出(chū)一種基于軟件(jiàn)設置的TEDS型虛拟(nǐ)傳感器，其主要(yào)特點是每隻傳(chuan)感器都有唯一(yī)的産品序列号(hao)并且附帶一張(zhang)軟盤，軟盤上存(cun)儲着對該傳感(gan)器進行标定的(de)有關數據。使用(yong)時，傳感器通過(guò)數據采集器接(jiē)至計算機，首先(xian)從計算機輸入(ru)該傳感器的産(chǎn)品序列号，再從(cóng)軟盤上讀出有(you)關數據，然後自(zì)動完成對傳感(gan)器的檢查、傳感(gan)器參數的讀取(qu)、傳感器設置和(hé)記錄工作。

(2)網絡(luo)溫度傳感器
網(wang)絡溫度傳感器(qi)是包含數字傳(chuán)感器、網絡接口(kǒu)和處理單元的(de)新一代智能傳(chuan)感器。數字傳感(gǎn)器首先将被測(cè)溫度轉換成數(shu)字量，再送給微(wēi)控制器作數據(ju)處理。最後将測(cè)量結果傳輸給(gei)網絡，以便實現(xian)各傳感器之間(jian)、傳感器與執行(háng)器之間、傳感器(qì)與系統之間的(de)數據交換及資(zī)源共享，在更換(huàn)傳感器時無須(xu)進行标定和校(xiao)準，可做到“即插(chā)即用(Plug&PlAy)”，這樣就極(ji)大地方便了用(yòng)戶。

2.6單片測溫系(xì)統
單片系統(System On Chip)是(shì)21世紀一項高新(xin)科技産品。它是(shì)在芯片上集成(chéng)一個系統或子(zǐ)系統，其集成度(dù)将高達108~109元件/片(piàn)，這将給IC産業及(ji)IC應用帶來劃時(shí)代的進步。半導(dǎo)體工業協會(SIA)對(dui)單片系統集成(cheng)所作的預測見(jian)表1。目前，國際上(shang)一些著名的IC廠(chǎng)家已開始研制(zhì)單片測溫系統(tǒng)，相信在不久的(de)将來即可面市(shì)。

表1單片系統集(ji)成電路的發展(zhan)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(tǐ)管數量/片 1.3X108 2.5X108 5X108 9X108
成本(ben)/(晶體管/毫美分(fen)) 0.2 0.1 0.05 0.02
芯片尺寸/mm2 750 900 1100 1400
電源(yuan)電壓/V 1.8 1.5 1.2 0.9
新片I/O數 2000 2600 3600 4800