現代(dai)信息技術(shu)的三大基(ji)礎是信息(xi)采集(即傳(chuan)感器技術(shu))、信息傳輸(shu)(通信技術(shu))和信息處(chu)理(計算機(ji)技術)。傳感(gan)器屬于信(xin)息技術的(de)前沿尖端(duan)産品，尤其(qi)是溫度傳(chuan)感器被廣(guang)泛用于工(gong)農業生産(chan)、科學研究(jiu)和生活等(deng)領域，數量(liang)高居各種(zhong)傳感器之(zhi)首。近百年(nian)來，溫度傳(chuan)感器的發(fa)展大緻經(jing)曆了以下(xia)三個階段(duan)；(1)傳統的分(fen)立式溫度(du)傳感器(含(han)敏感元件(jian))；(2)模拟集成(cheng)溫度傳感(gan)器／控制器(qi)；(3)智能溫度(du)傳感器。目(mu)前，國際上(shang)新型溫度(du)傳感器正(zheng)從模拟式(shi)向數字式(shi)、由集成化(hua)向智能化(hua)、網絡化的(de)方向發展(zhan)。

１集成溫度(du)傳感器的(de)産品分類(lei)
1.1模拟集成(cheng)溫度傳感(gan)器
集成傳(chuan)感器是采(cai)用矽半導(dao)體集成工(gong)藝而制成(cheng)的，因此亦(yi)稱矽傳感(gan)器或單片(pian)集成溫度(du)傳感器。模(mo)拟集成溫(wen)度傳感器(qi)是在20世紀(ji)80年代問世(shi)的，它是将(jiang)溫度傳感(gan)器集成在(zai)一個芯片(pian)上、可完成(cheng)溫度測量(liang)及模拟信(xin)号輸出功(gong)能的專用(yong)IC。模拟集成(cheng)溫度傳感(gan)器的主要(yao)特點是功(gong)能單一(僅(jin)測量溫度(du))、測溫誤差(cha)小、價格低(di)、響應速度(du)快、傳輸距(ju)離遠、體積(ji)小、微功耗(hao)等，适合遠(yuan)距離測溫(wen)、控溫，不需(xu)要進行非(fei)線性校準(zhun)，外圍電路(lu)簡單。它是(shi)目前在國(guo)内外應用(yong)最爲普遍(bian)的一種集(ji)成傳感器(qi)，典型産品(pin)有AD590、AD592、TMP17、LM135等。

1.2模拟(ni)集成溫度(du)控制器
模(mo)拟集成溫(wen)度控制器(qi)主要包括(kuo)溫控開關(guan)、可編程溫(wen)度控制器(qi)，典型産品(pin)有LM56、AD22105和MAX6509。某些(xie)增強型集(ji)成溫度控(kong)制器(例如(ru)TC652/653)中還包含(han)了A/D轉換器(qi)以及固化(hua)好的程序(xu)，這與智能(neng)溫度傳感(gan)器有某些(xie)相似之處(chu)。但它自成(cheng)系統，工作(zuo)時并不受(shou)微處理器(qi)的控制，這(zhe)是二者的(de)主要區别(bie)。

1.3智能溫度(du)傳感器
智(zhi)能溫度傳(chuan)感器(亦稱(cheng)數字溫度(du)傳感器)是(shi)在20世紀90年(nian)代中期問(wen)世的。它是(shi)微電子技(ji)術、計算機(ji)技術和自(zi)動測試技(ji)術(ATE)的結晶(jing)。目前，國際(ji)上已開發(fa)出多種智(zhi)能溫度傳(chuan)感器系列(lie)産品。智能(neng)溫度傳感(gan)器内部都(dou)包含溫度(du)傳感器、A/D轉(zhuan)換器、信号(hao)處理器、存(cun)儲器(或寄(ji)存器)和接(jie)口電路。有(you)的産品還(hai)帶多路選(xuan)擇器、中央(yang)控制器(cpu)、随(sui)機存取存(cun)儲器(RAM)和隻(zhi)讀存儲器(qi)(ROM)。智能溫度(du)傳感器的(de)特點是能(neng)輸出溫度(du)數據及相(xiang)關的溫度(du)控制量，适(shi)配各種微(wei)控制器(MCU)；并(bing)且它是在(zai)硬件的基(ji)礎上通過(guo)軟件來實(shi)現測試功(gong)能的，其智(zhi)能化程度(du)也取決于(yu)軟件的開(kai)發水平。

2智(zhi)能溫度傳(chuan)感器發展(zhan)的新趨勢(shi)
進入21世紀(ji)後，智能溫(wen)度傳感器(qi)正朝着高(gao)精度、多功(gong)能、總線标(biao)準化、高可(ke)靠性及安(an)全性、開發(fa)虛拟傳感(gan)器和網絡(luo)傳感器、研(yan)制單片測(ce)溫系統等(deng)高科技的(de)方向迅速(su)發展。

2.1提高(gao)測溫精度(du)和分辨力(li)
在20世紀90年(nian)代中期最(zui)早推出的(de)智能溫度(du)傳感器，采(cai)用的是8位(wei)A/D轉換器，其(qi)測溫精度(du)較低，分辨(bian)力隻能達(da)到1°C。目前，國(guo)外已相繼(ji)推出多種(zhong)高精度、高(gao)分辨力的(de)智能溫度(du)傳感器，所(suo)用的是9~12位(wei)A/D轉換器，分(fen)辨力一般(ban)可達0.5~0.0625°C。由美(mei)國DALLAS半導體(ti)公司新研(yan)制的DS1624型高(gao)分辨力智(zhi)能溫度傳(chuan)感器，能輸(shu)出13位二進(jin)制數據，其(qi)分辨力高(gao)達0.03125°C，測溫精(jing)度爲±0.2°C。爲了(le)提高多通(tong)道智能溫(wen)度傳感器(qi)的轉換速(su)率，也有的(de)芯片采用(yong)高速逐次(ci)逼近式A/D轉(zhuan)換器。以AD7817型(xing)5通道智能(neng)溫度傳感(gan)器爲例，它(ta)對本地傳(chuan)感器、每一(yi)路遠程傳(chuan)感器的轉(zhuan)換時間分(fen)别僅爲27us、9us。

2.2增(zeng)加測試功(gong)能
新型智(zhi)能溫度傳(chuan)感器的測(ce)試功能也(ye)在不斷增(zeng)強。例如，DS1629型(xing)單線智能(neng)溫度傳感(gan)器增加了(le)實時日曆(li)時鍾（RTC），使其(qi)功能更加(jia)完善。DS1624還增(zeng)加了存儲(chu)功能，利用(yong)芯片内部(bu)256字節的E2PROM存(cun)儲器，可存(cun)儲用戶的(de)短信息。另(ling)外，智能溫(wen)度傳感器(qi)正從單通(tong)道向多通(tong)道的方向(xiang)發展，這就(jiu)爲研制和(he)開發多路(lu)溫度測控(kong)系統創造(zao)了良好條(tiao)件。?br>

智能溫(wen)度傳感器(qi)都具有多(duo)種工作模(mo)式可供選(xuan)擇，主要包(bao)括單次轉(zhuan)換模式、連(lian)續轉換模(mo)式、待機模(mo)式，有的還(hai)增加了低(di)溫極限擴(kuo)展模式，操(cao)作非常簡(jian)便。對某些(xie)智能溫度(du)傳感器而(er)言，主機(外(wai)部微處理(li)器或單片(pian)機)還可通(tong)過相應的(de)寄存器來(lai)設定其A/D轉(zhuan)換速率(典(dian)型産品爲(wei)MAX6654)，分辨力及(ji)最大轉換(huan)時間(典型(xing)産品爲DS1624)。

能(neng)溫度控制(zhi)器是在智(zhi)能溫度傳(chuan)感器的基(ji)礎上發展(zhan)而成的。典(dian)型産品有(you)DS1620、DS1623、TCN75、LM76、MAX6625。智能溫度(du)控制器适(shi)配各種微(wei)控制器，構(gou)成智能化(hua)溫控系統(tong)；它們還可(ke)以脫離微(wei)控制器單(dan)獨工作，自(zi)行構成一(yi)個溫控儀(yi)。

2.3總線技術(shu)的标準化(hua)與規範化(hua)
目前，智能(neng)溫度傳感(gan)器的總線(xian)技術也實(shi)現了标準(zhun)化、規範化(hua)，所采用的(de)總線主要(yao)有單線(1-Wire)總(zong)線、I2C總線、SMBus總(zong)線和spI總線(xian)。溫度傳感(gan)器作爲從(cong)機可通過(guo)專用總線(xian)接口與主(zhu)機進行通(tong)信。

2.4可靠性(xing)及安全性(xing)設計
傳統(tong)的A/D轉換器(qi)大多采用(yong)積分式或(huo)逐次比較(jiao)式轉換技(ji)術，其噪聲(sheng)容限低，抑(yi)制混疊噪(zao)聲及量化(hua)噪聲的能(neng)力比較差(cha)。新型智能(neng)溫度傳感(gan)器(例如TMP11/26、LM74、LM83)普(pu)遍采用了(le)高性能的(de)Σ－Δ式A／Ｄ轉換器(qi)，它能以很(hen)高的采樣(yang)速率和很(hen)低的采樣(yang)分辨力将(jiang)模拟信号(hao)轉換成數(shu)字信号，再(zai)利用過采(cai)樣、噪聲整(zheng)形和數字(zi)濾波技術(shu)，來提高有(you)效分辨力(li)。Σ－Δ式A／D轉換器(qi)不僅能濾(lü)除量化噪(zao)聲，而且對(dui)外圍元件(jian)的精度要(yao)求低；由于(yu)采用了數(shu)字反饋方(fang)式，因此比(bi)較器的失(shi)調電壓及(ji)零點漂移(yi)都不會影(ying)響溫度的(de)轉換精度(du)。這種智能(neng)溫度傳感(gan)器兼有抑(yi)制串模幹(gan)擾能力強(qiang)、分辨力高(gao)、線性度好(hao)、成本低等(deng)優點。

爲了(le)避免在溫(wen)控系統受(shou)到噪聲幹(gan)擾時産生(sheng)誤動作，在(zai)AD7416/7417/7817、LM75／76、MAX6625／6626等智能溫(wen)度傳感器(qi)的内部，都(dou)設置了一(yi)個可編程(cheng)的“故障排(pai)隊(fAultqueue)”計數器(qi)，專用于設(she)定允許被(bei)測溫度值(zhi)超過上、下(xia)限的次數(shu)。僅當被測(ce)溫度連續(xu)超過上限(xian)或低于下(xia)限的次數(shu)達到或超(chao)過所設定(ding)的次數n(n=1~4)時(shi)，才能觸發(fa)中斷端。若(ruo)故障次數(shu)不滿足上(shang)述條件或(huo)故障不是(shi)連續發生(sheng)的，故障計(ji)數器就複(fu)位而不會(hui)觸發中斷(duan)端。這意味(wei)着假定n=3時(shi)，那麽偶然(ran)受到一次(ci)或兩次噪(zao)聲幹擾，都(dou)不會影響(xiang)溫控系統(tong)的正常工(gong)作。

LM76型智能(neng)溫度傳感(gan)器增加了(le)溫度窗口(kou)比較器，非(fei)常适合設(she)計一個符(fu)合ACPI(AdvAnced ConfigurAtion And Power InterfAce，即“先進(jin)配置與電(dian)源接口”)規(gui)範的溫控(kong)系統。這種(zhong)系統具有(you)完善的過(guo)熱保護功(gong)能，可用來(lai)監控筆記(ji)本電腦和(he)服務器中(zhong)CPU及主電路(lu)的溫度。微(wei)處理器最(zui)高可承受(shou)的工作溫(wen)度規定爲(wei)tH，台式計算(suan)機一般爲(wei)75°C，高檔筆記(ji)本電腦的(de)專用CPU可達(da)100°C。一旦CPU或主(zhu)電路的溫(wen)度超出所(suo)設定的上(shang)、下限時， INT端(duan)立即使主(zhu)機産生中(zhong)斷，再通過(guo)電源控制(zhi)器發出信(xin)号，迅速将(jiang)主電源關(guan)斷起到保(bao)護作用。此(ci)外，當溫度(du)超過CPU的極(ji)限溫度時(shi)，嚴重超溫(wen)報警輸出(chu)端(T_CRIT_A)也能直(zhi)接關斷主(zhu)電源，并且(qie)該端還可(ke)通過獨立(li)的硬件關(guan)斷電路來(lai)切斷主電(dian)源，以防主(zhu)電源控制(zhi)失靈。上述(shu)三重安全(quan)性保護措(cuo)施已成爲(wei)國際上設(she)計溫控系(xi)統的新觀(guan)念。

爲防止(zhi)因人體靜(jing)電放電(ESD)而(er)損壞芯片(pian)。一些智能(neng)溫度傳感(gan)器還增加(jia)了ESD保護電(dian)路，一般可(ke)承受1000~4000V的靜(jing)電放電電(dian)壓。通常是(shi)将人體等(deng)效于由100PF電(dian)容和1.2K歐姆(mu)電阻串聯(lian)而成的電(dian)路模型，當(dang)人體放電(dian)時，TCN75型智能(neng)溫度傳感(gan)器的串行(hang)接口端、中(zhong)斷／比較器(qi)信号輸出(chu)端和地址(zhi)輸入端均(jun)可承受1000V的(de)靜電放電(dian)電壓。LM83型智(zhi)能溫度傳(chuan)感器則可(ke)承受4000V的靜(jing)電放電電(dian)壓。

最新開(kai)發的智能(neng)溫度傳感(gan)器(例如MAX6654、LM83)還(hai)增加了傳(chuan)感器故障(zhang)檢測功能(neng)，能自動檢(jian)測外部晶(jing)體管溫度(du)傳感器(亦(yi)稱遠程傳(chuan)感器)的開(kai)路或短路(lu)故障。MAX6654還具(ju)有選擇“寄(ji)生阻抗抵(di)消”(PArAsitic ResistAnce CAncellAtion，英文縮(suo)寫爲prc)模式(shi)，能抵消遠(yuan)程傳感器(qi)引線阻抗(kang)所引起的(de)測溫誤差(cha)，即使引線(xian)阻抗達到(dao)100歐姆，也不(bu)會影響測(ce)量精度。遠(yuan)程傳感器(qi)引線可采(cai)用普通雙(shuang)絞線或者(zhe)帶屏蔽層(ceng)的雙絞線(xian)。

2.5虛拟溫度(du)傳感器和(he)網絡溫度(du)傳感器
(1)虛(xu)拟傳感器(qi)
虛拟傳感(gan)器是基于(yu)傳感器硬(ying)件和計算(suan)機平台、并(bing)通過軟件(jian)開發而成(cheng)的。利用軟(ruan)件可完成(cheng)傳感器的(de)标定及校(xiao)準，以實現(xian)最佳性能(neng)指标。最近(jin)，美國Ｂ＆Ｋ公司(si)已開發出(chu)一種基于(yu)軟件設置(zhi)的TEDS型虛拟(ni)傳感器，其(qi)主要特點(dian)是每隻傳(chuan)感器都有(you)唯一的産(chan)品序列号(hao)并且附帶(dai)一張軟盤(pan)，軟盤上存(cun)儲着對該(gai)傳感器進(jin)行标定的(de)有關數據(ju)。使用時，傳(chuan)感器通過(guo)數據采集(ji)器接至計(ji)算機，首先(xian)從計算機(ji)輸入該傳(chuan)感器的産(chan)品序列号(hao)，再從軟盤(pan)上讀出有(you)關數據，然(ran)後自動完(wan)成對傳感(gan)器的檢查(cha)、傳感器參(can)數的讀取(qu)、傳感器設(she)置和記錄(lu)工作。

(2)網絡(luo)溫度傳感(gan)器
網絡溫(wen)度傳感器(qi)是包含數(shu)字傳感器(qi)、網絡接口(kou)和處理單(dan)元的新一(yi)代智能傳(chuan)感器。數字(zi)傳感器首(shou)先将被測(ce)溫度轉換(huan)成數字量(liang)，再送給微(wei)控制器作(zuo)數據處理(li)。最後将測(ce)量結果傳(chuan)輸給網絡(luo)，以便實現(xian)各傳感器(qi)之間、傳感(gan)器與執行(hang)器之間、傳(chuan)感器與系(xi)統之間的(de)數據交換(huan)及資源共(gong)享，在更換(huan)傳感器時(shi)無須進行(hang)标定和校(xiao)準，可做到(dao)“即插即用(yong)(Plug&PlAy)”，這樣就極(ji)大地方便(bian)了用戶。

2.6單(dan)片測溫系(xi)統
單片系(xi)統(System On Chip)是21世紀(ji)一項高新(xin)科技産品(pin)。它是在芯(xin)片上集成(cheng)一個系統(tong)或子系統(tong)，其集成度(du)将高達108~109元(yuan)件/片，這将(jiang)給IC産業及(ji)IC應用帶來(lai)劃時代的(de)進步。半導(dao)體工業協(xie)會(SIA)對單片(pian)系統集成(cheng)所作的預(yu)測見表1。目(mu)前，國際上(shang)一些著名(ming)的IC廠家已(yi)開始研制(zhi)單片測溫(wen)系統，相信(xin)在不久的(de)将來即可(ke)面市。

表1單(dan)片系統集(ji)成電路的(de)發展預測(ce)
年 份 2001 2002 2007 2010
最小(xiao)線寬/um 0.18 0.13 0.1 0.07
包含(han)晶體管數(shu)量/片 1.3X108 2.5X108 5X108 9X108
成本(ben)/(晶體管/毫(hao)美分) 0.2 0.1 0.05 0.02
芯片(pian)尺寸/mm2 750 900 1100 1400
電源(yuan)電壓/V 1.8 1.5 1.2 0.9
新片(pian)I/O數 2000 2600 3600 4800