現(xiàn)代(dài)信息技術(shù)的三大(dà)基礎是(shì)信息采集(即傳感器技術)、信息(xī)傳輸(shū)(通信技術(shù))和信息(xī)處理(計(jì)算機(jī)技術)。傳感器屬于信(xìn)息技術的(de)前沿尖端産品(pǐn)，尤(yóu)其是溫(wēn)度(dù)傳感器(qì)被廣(guǎng)泛用于工(gōng)農業(yè)生産(chǎn)、科(kē)學研究(jiū)和生活等領域(yù)，數量高居(jū)各種(zhǒng)傳感器之首。近(jìn)百年(nián)來，溫度(dù)傳(chuán)感器(qì)的發(fā)展大(dà)緻經曆了以下(xià)三個階段；(1)傳統(tǒng)的(de)分立式溫度(dù)傳感(gǎn)器(qì)(含敏感(gǎn)元件)；(2)模拟集成(chéng)溫度(dù)傳感(gǎn)器／控制器；(3)智能溫度(dù)傳感(gǎn)器。目(mù)前，國(guó)際上(shàng)新型溫(wēn)度(dù)傳感器正從模(mó)拟式向(xiàng)數字式(shì)、由集成(chéng)化向智能(néng)化、網絡化的(de)方向發展(zhǎn)。

１集成溫度(dù)傳感(gǎn)器的(de)産品分(fèn)類(lèi)
1.1模拟(nǐ)集成溫度傳感(gǎn)器
集成傳感器(qì)是采(cǎi)用(yòng)矽半導(dǎo)體集(jí)成工(gōng)藝而制成的(de)，因此亦稱矽傳感(gǎn)器或單片集成溫度(dù)傳感器。模(mó)拟(nǐ)集成溫度傳(chuán)感器(qì)是在(zài)20世(shì)紀(jì)80年代(dài)問世的，它是将(jiāng)溫(wēn)度傳感(gǎn)器集(jí)成在一個芯片(piàn)上、可(kě)完成(chéng)溫度(dù)測量及模拟信(xìn)号輸(shū)出功(gōng)能的(de)專(zhuān)用ic。模拟集成(chéng)溫度傳感(gǎn)器的(de)主要(yào)特點是功能單(dān)一(僅測量(liàng)溫度)、測溫誤差(chà)小(xiǎo)、價格低、響應(yīng)速度(dù)快、傳輸距(jù)離遠、體積(jī)小、微(wēi)功耗等(děng)，适合遠(yuǎn)距離測溫、控溫(wēn)，不需要進(jìn)行非(fēi)線性校準，外(wài)圍(wéi)電路(lù)簡單。它是目前在(zài)國(guó)内外應用(yòng)爲普遍的(de)一種(zhǒng)集成(chéng)傳感(gǎn)器，典型産品(pǐn)有ad590、ad592、tmp17、lm135等。

1.2模拟集成溫(wēn)度控制(zhì)器
模拟(nǐ)集成(chéng)溫(wēn)度(dù)控制(zhì)器主要包(bāo)括溫(wēn)控開關、可編程溫度控(kòng)制器，典(diǎn)型産品有lm56、ad22105和max6509。某(mǒu)些增(zēng)強型集成溫度(dù)控制(zhì)器(例(lì)如tc652/653)中(zhōng)還包(bāo)含了(le)a/d轉換器以(yǐ)及固化好的(de)程序，這與智能溫度傳(chuán)感器有(yǒu)某些相(xiàng)似之(zhī)處。但(dàn)它自成系(xì)統(tǒng)，工(gōng)作時(shí)并不受微處理(lǐ)器的控制，這是(shì)二(èr)者的主(zhǔ)要區别。

1.3智(zhì)能溫度(dù)傳(chuán)感器
智能溫度(dù)傳感(gǎn)器(亦(yì)稱數(shù)字溫(wēn)度傳感器(qì))是在20世紀90年代(dài)中期問世的。它(tā)是微(wēi)電子(zǐ)技術(shù)、計算機技術和自動測(cè)試(shì)技術(shù)(ate)的結(jié)晶(jīng)。目(mù)前，國(guó)際上已開發出(chū)多種智(zhì)能溫度(dù)傳感器系列産(chǎn)品。智能溫度傳(chuán)感(gǎn)器内部都包(bāo)含溫度傳感(gǎn)器、a/d轉換器、信号處(chù)理器、存儲(chǔ)器(或(huò)寄存(cún)器)和接口電路。有(yǒu)的(de)産品(pǐn)還帶多路(lù)選擇(zé)器、中央控制器(cpu)、随機(jī)存取存儲(chǔ)器(ram)和隻(zhī)讀存儲(chǔ)器(rom)。智能(néng)溫度傳(chuán)感器的特(tè)點是(shì)能輸(shū)出溫度數(shù)據及相關的溫(wēn)度控制量(liàng)，适配各種微控制器(qì)(mcu)；并且(qiě)它(tā)是在硬(yìng)件的基礎(chǔ)上通(tōng)過軟件來實現(xiàn)測試(shì)功能(néng)的，其智能化程(chéng)度也(yě)取決于軟件的開發(fā)水平(píng)。

2智能(néng)溫度傳感(gǎn)器發展的(de)新趨勢
進入21世紀後，智能(néng)溫度傳感器正(zhèng)朝着高精(jīng)度、多功能(néng)、總線(xiàn)标準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開(kāi)發虛(xū)拟傳感器和網絡傳感(gǎn)器、研制(zhì)單片測溫系統等高(gāo)科技的方(fāng)向迅(xùn)速發展。

2.1提(tí)高測溫精度和(hé)分辨力
在(zài)20世紀(jì)90年代(dài)中期早推(tuī)出的智能(néng)溫度(dù)傳感(gǎn)器，采(cǎi)用的(de)是8位a/d轉換器，其測溫(wēn)精度較低(dī)，分辨(biàn)力隻能達(dá)到1°c。目(mù)前，國(guó)外已(yǐ)相繼(jì)推(tuī)出多種高精度、高分辨力的智能溫度傳感器(qì)，所(suǒ)用的(de)是9~12位a/d轉(zhuǎn)換(huàn)器，分(fèn)辨力一般可達(dá)0.5~0.0625°c。由美國dallas半(bàn)導體公司新(xīn)研制的(de)ds1624型高分(fèn)辨力智(zhì)能溫度傳感器(qì)，能(néng)輸出13位二進制數(shù)據(jù)，其分辨(biàn)力高達0.03125°c，測(cè)溫精度爲±0.2°c。爲(wèi)了提高(gāo)多通道智能溫(wēn)度傳感器的轉(zhuǎn)換速率，也(yě)有的芯片采用高速(sù)逐次逼(bī)近式a/d轉換器。以ad7817型5通道(dào)智能溫度傳感(gǎn)篇例(lì)，它對本地傳感(gǎn)器、每(měi)一路(lù)遠程傳感(gǎn)器的轉換(huàn)時間分别僅(jǐn)爲27us、9us。

2.2增加測試(shì)功能
新型智能(néng)溫度傳感器的(de)測試(shì)功能也在(zài)不斷(duàn)增強。例如，ds1629型單線(xiàn)智(zhì)能溫(wēn)度傳(chuán)感器增加(jiā)了實時日曆時(shí)鍾（rtc），使(shǐ)其(qí)功(gōng)能更(gèng)加完善。ds1624還增加了存儲功(gōng)能，利(lì)用芯片(piàn)内(nèi)部256字(zì)節的(de)e2prom存儲器，可(kě)存儲用戶的短(duǎn)信息(xī)。另外，智能(néng)溫度傳感器正從單通(tōng)道向多(duō)通道的方(fāng)向發(fā)展，這就(jiù)爲研制(zhì)和開發多路溫度(dù)測(cè)控(kòng)系統創(chuàng)造了良好(hǎo)條件。?br>

智能(néng)溫(wēn)度傳感(gǎn)器都具(jù)有(yǒu)多種(zhǒng)工作(zuò)模式可供(gòng)選擇，主要(yào)包括(kuò)單次轉換模(mó)式(shì)、連續轉換(huàn)模式(shì)、待機(jī)模式，有的(de)還增加了低溫極限擴展模式(shì)，操作(zuò)非常簡便(biàn)。對某(mǒu)些智(zhì)能溫度傳感(gǎn)器(qì)而言(yán)，主機(jī)(外部微處理器或單(dān)片機(jī))還可(kě)通過相應(yīng)的寄存器(qì)來設(shè)定其(qí)a/d轉(zhuǎn)換速率(lǜ)(典型(xíng)産(chǎn)品爲max6654)，分(fèn)辨力及大轉換(huàn)時間(典型産品(pǐn)爲ds1624)。

能(néng)溫度控制(zhì)器是在智(zhì)能溫(wēn)度傳(chuán)感器的基(jī)礎上發展(zhǎn)而成(chéng)的。典型産品有(yǒu)ds1620、ds1623、tcn75、lm76、max6625。智能溫度(dù)控制(zhì)器适(shì)配各種微(wēi)控制器，構(gòu)成智能化溫(wēn)控系統(tǒng)；它們還可以脫離微控制器單獨工作，自行構(gòu)成一個溫(wēn)控儀(yí)。

2.3總(zǒng)線(xiàn)技術的标(biāo)準化與規範化(huà)
目前，智能(néng)溫度傳感器(qì)的(de)總線技術也實現了标準化、規(guī)範化(huà)，所采用(yòng)的(de)總(zǒng)線主要(yào)有單線(1-wire)總(zǒng)線、i2c總線(xiàn)、smbus總線和(hé)spi總線(xiàn)。溫度傳感(gǎn)器轉從機可通(tōng)過專(zhuān)用總線接(jiē)口與主機(jī)進行通信。

2.4可靠性及(jí)安全性設(shè)計
傳統的a/d轉(zhuǎn)換器大(dà)多采用積分(fèn)式或逐次比(bǐ)較式(shì)轉換技(jì)術，其噪(zào)聲容(róng)限低(dī)，抑制混疊噪聲及量(liàng)化噪聲的能(néng)力比較(jiào)差。新(xīn)型智能溫(wēn)度傳感器(qì)(例如tmp03/04、lm74、lm83)普遍采用了高(gāo)性能的Σ－Δ式(shì)a／Ｄ轉換器，它(tā)能以(yǐ)很高(gāo)的采樣速(sù)率和(hé)很(hěn)低的采樣分(fèn)辨力将模(mó)拟(nǐ)信号轉(zhuǎn)換成(chéng)數字信号，再利(lì)用過采樣(yàng)、噪聲(shēng)整形和(hé)數字濾(lǜ)波技術，來提高(gāo)有效分辨力。Σ－Δ式(shì)a／d轉換器不(bú)僅能(néng)濾除(chú)量化噪聲(shēng)，而且對(duì)外圍元(yuán)件的(de)精(jīng)度要求(qiú)低；由于采用了數字(zì)反饋方式(shì)，因此比較器的失調電壓及零(líng)點漂移(yí)都(dōu)不會影響溫度的轉(zhuǎn)換精度。這種智能溫度(dù)傳感器(qì)兼有抑(yì)制串模(mó)幹擾(rǎo)能力強、分(fèn)辨力高、線(xiàn)性度好、成本低等優(yōu)點。

爲了(le)避(bì)免在(zài)溫控系(xì)統受到(dào)噪聲幹擾時産(chǎn)生誤(wù)動作，在ad7416/7417/7817、lm75／76、max6625／6626等(děng)智能溫度傳(chuán)感(gǎn)器的内部，都設(shè)置了一(yī)個(gè)可編程的(de)“故(gù)障排隊(faultqueue)”計數(shù)器(qì)，專(zhuān)用于(yú)設定(dìng)允(yǔn)許被測(cè)溫度(dù)值超(chāo)過上、下限(xiàn)的次(cì)數。僅(jǐn)當被測溫度連(lián)續(xù)超(chāo)過上(shàng)限或(huò)低于下限的次數達到或(huò)超過(guò)所設定(dìng)的次數(shù)n(n=1~4)時，才能觸發中(zhōng)斷(duàn)端。若故障次(cì)數不滿足上述(shù)條件或故(gù)障不(bú)是連續發生的，故障(zhàng)計數器就複位而不(bú)會觸(chù)發中斷(duàn)端(duān)。這意味着(zhe)假定(dìng)n=3時，那(nà)麽偶然(rán)受(shòu)到一次或(huò)兩(liǎng)次(cì)噪聲(shēng)幹擾，都不會影(yǐng)響溫控系統(tǒng)的(de)正常(cháng)工作(zuò)。

lm76型智(zhì)能溫(wēn)度(dù)傳(chuán)感器(qì)增加(jiā)了溫度窗(chuāng)口比較(jiào)器，非常(cháng)适合(hé)設(shè)計(jì)一(yī)個(gè)符合acpi(advanced configuration and power interface，即“先進配(pèi)置與電源接口(kǒu)”)規範的(de)溫(wēn)控系(xì)統。這(zhè)種系(xì)統具(jù)有完(wán)善的過熱(rè)保護功能(néng)，可用來監控(kòng)筆記本(běn)電腦和服務器中cpu及主電路的(de)溫度。微處理器(qì)高可承受(shòu)的工(gōng)茁度規(guī)定爲th，台式計(jì)算機(jī)一般(bān)爲75°c，高檔(dàng)筆記本(běn)電腦(nǎo)的專用cpu可(kě)達100°c。一旦cpu或(huò)主電路的(de)溫度(dù)超出所設定的上、下(xià)限時， int端立即使(shǐ)主機産生中斷(duàn)，再通過(guò)電源控(kòng)制器發出信号(hào)，迅速(sù)将主電源(yuán)關斷起到(dào)保護(hù)作用。此外，當溫度超過(guò)cpu的極限溫度(dù)時(shí)，嚴重超(chāo)溫報警輸出端(duān)(t_crit_a)也能直接關斷(duàn)主電源，并(bìng)且該(gāi)端還(hái)可通過獨立的(de)硬(yìng)件(jiàn)關斷(duàn)電路來(lái)切斷主電源，以防(fáng)主電(diàn)源控(kòng)制失靈。上(shàng)述三(sān)重安(ān)全性(xìng)保護措(cuò)施(shī)已成爲國際上設計溫控系(xì)統的新(xīn)觀念。

爲防(fáng)止因(yīn)人體靜(jìng)電放電(diàn)(esd)而損壞芯片。一(yī)些智(zhì)能溫度傳(chuán)感器還增加了(le)esd保護電路(lù)，一般(bān)可承受1000~4000v的(de)靜電(diàn)放電電壓。通常是将(jiāng)人體等效于由100pf電容和1.2k歐(ōu)姆電阻串(chuàn)聯(lián)而成的電路模型(xíng)，當人體(tǐ)放(fàng)電時，tcn75型智(zhì)能(néng)溫度傳(chuán)感器的串(chuàn)行接口端、中斷／比較器信号輸(shū)出端(duān)和地址輸入端(duān)均可承受(shòu)1000v的靜(jìng)電放電(diàn)電壓。lm83型(xíng)智能溫(wēn)度傳感(gǎn)器則(zé)可承(chéng)受4000v的(de)靜電放電電壓。

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(néng)自動檢(jiǎn)測外(wài)部晶(jīng)體管(guǎn)溫度(dù)傳感器(亦(yì)稱遠程傳(chuán)感(gǎn)器(qì))的開(kāi)路或(huò)短路(lù)故障。max6654還(hái)具有選擇“寄(jì)生阻抗抵(dǐ)消”(parasitic resistance cancellation，英文縮(suō)寫爲(wèi)prc)模式，能抵消遠程傳感(gǎn)器(qì)引線(xiàn)阻抗所引起的(de)測溫(wēn)誤差(chà)，即使引線阻抗(kàng)達到(dào)100歐姆，也不會影響測量精度。遠(yuǎn)程傳(chuán)感器引線(xiàn)可采(cǎi)用(yòng)普通雙(shuāng)絞線或者帶屏(píng)蔽層的(de)雙絞線(xiàn)。

2.5虛拟溫度傳感(gǎn)器和網絡溫度(dù)傳感器
(1)虛(xū)拟傳(chuán)感器(qì)
虛拟傳感(gǎn)器是基于(yú)傳感(gǎn)器硬件(jiàn)和(hé)計算機平台、并通過軟件(jiàn)開發(fā)而成(chéng)的。利用(yòng)軟件可(kě)完成傳(chuán)感器的(de)标定及校(xiào)準，以實現佳性(xìng)能指(zhǐ)标。近，美(měi)國(guó)Ｂ＆Ｋ公司已開發出一種(zhǒng)基于軟(ruǎn)件(jiàn)設置(zhì)的teds型(xíng)虛拟(nǐ)傳感(gǎn)器，其主(zhǔ)要特點是每(měi)隻傳感器(qì)都(dōu)有(yǒu)唯一的産(chǎn)品序列号(hào)并且附帶一張軟盤，軟盤上(shàng)存儲着(zhe)對該(gāi)傳感(gǎn)器進行标定的有關(guān)數據。使用時，傳(chuán)感器(qì)通過數據(jù)采集(jí)器(qì)接至計(jì)算機，首(shǒu)先從計(jì)算(suàn)機輸入該傳(chuán)感器(qì)的産品序(xù)列号，再從軟盤(pán)上讀出有關數據，然(rán)後自動完成對傳(chuán)感器的(de)檢查、傳感器參數的(de)讀取(qǔ)、傳感(gǎn)器設置和(hé)記錄工作(zuò)。

(2)網絡溫度(dù)傳感器
網絡溫(wēn)度傳(chuán)感器(qì)是包含數字傳感器、網絡接口和處理單元的新一(yī)代智能傳感器(qì)。數字傳感器首(shǒu)先将(jiāng)被測(cè)溫度(dù)轉換成數(shù)字量(liàng)，再送給微控制(zhì)器作數(shù)據處理(lǐ)。後将(jiāng)測量結(jié)果(guǒ)傳輸給網(wǎng)絡，以便實(shí)現各傳感(gǎn)器之(zhī)間、傳(chuán)感器與(yǔ)執(zhí)行(háng)器(qì)之間(jiān)、傳感器與(yǔ)系(xì)統(tǒng)之間的數據交(jiāo)換及資源共享(xiǎng)，在更(gèng)換傳感器(qì)時無須進(jìn)行标定和校準，可做(zuò)到“即插即用(plug&play)”，這(zhè)樣就極(jí)大地方(fāng)便了(le)用戶。

2.6單片測溫(wēn)系統
單片(piàn)系統(system on chip)是(shì)21世(shì)紀一項高(gāo)新科技産(chǎn)品。它是在芯片上集成一(yī)個系(xì)統(tǒng)或子系統，其(qí)集成度将高達(dá)108~109元件/片，這将給(gěi)ic産業及ic應用帶(dài)來劃時代的進(jìn)步。半(bàn)導體工業(yè)協會(sia)對單片系(xì)統集成所(suǒ)作的(de)預測見(jiàn)表(biǎo)1。目前(qián)，國際(jì)上一(yī)些著名的ic廠家(jiā)已開(kāi)始研制(zhì)單片(piàn)測(cè)溫系統(tǒng)，相信在不久的(de)将來即(jí)可面市。

表1單片系(xì)統(tǒng)集成電路(lù)的發展預測
年 份 2001 2002 2007 2010
小線寬/um 0.18 0.13 0.1 0.07
包含(hán)晶體管(guǎn)數量/片 1.3x108 2.5x108 5x108 9x108
成本(běn)/(晶體管/毫(háo)美分) 0.2 0.1 0.05 0.02
芯片(piàn)尺寸(cùn)/mm2 750 900 1100 1400
電源(yuán)電壓(yā)/v 1.8 1.5 1.2 0.9
新片(piàn)i/o數 2000 2600 3600 4800