現代信息技術的(de)三大基礎是信(xìn)息采集(即(jí)傳(chuán)感(gǎn)器技術)、信(xìn)息傳輸(通(tōng)信技術)和信息(xī)處理(lǐ)(計算(suàn)機技(jì)術)。傳感器屬于信息(xī)技術的前(qián)沿尖端産品，尤其(qí)是溫度(dù)傳感(gǎn)器被廣泛(fàn)用于工農業生(shēng)産、科學研(yán)究和(hé)生活等(děng)領域，數(shù)量高(gāo)居(jū)各(gè)種傳(chuán)感器之首。近百(bǎi)年(nián)來，溫(wēn)度傳感(gǎn)器的發(fā)展大緻經曆了以(yǐ)下三個階段；(1)傳(chuán)統的(de)分立(lì)式溫(wēn)度傳(chuán)感(gǎn)器(含敏感元(yuán)件)；(2)模拟集成溫(wēn)度傳感器／控制(zhì)器；(3)智能溫(wēn)度傳感器(qì)。目前，國際(jì)上(shàng)新型溫(wēn)度傳感器(qì)正從模(mó)拟式向數(shù)字(zì)式、由(yóu)集成化(huà)向智能化、網絡化的方(fāng)向發(fā)展。

１集(jí)成溫(wēn)度傳感器的産(chǎn)品分(fèn)類
1.1模拟集成溫(wēn)度傳感器(qì)
集成傳感器是(shì)采用矽半導體(tǐ)集成工(gōng)藝而制(zhì)成的，因(yīn)此亦稱矽傳(chuán)感器(qì)或單(dān)片集成溫(wēn)度傳感器。模拟集成(chéng)溫度傳感器是(shì)在20世(shì)紀80年代問(wèn)世的，它是将溫(wēn)度傳(chuán)感器集成(chéng)在一個(gè)芯片上(shàng)、可完(wán)成溫度測(cè)量及模拟(nǐ)信号輸出(chū)功(gōng)能的專(zhuān)用ic。模(mó)拟集成溫(wēn)度傳(chuán)感器的主(zhǔ)要特點是功能(néng)單一(yī)(僅測量溫度)、測(cè)溫誤(wù)差小、價格(gé)低(dī)、響(xiǎng)應速(sù)度快、傳輸距離(lí)遠、體(tǐ)積(jī)小、微功(gōng)耗等，适合遠距(jù)離測溫、控溫，不(bú)需要(yào)進行非線(xiàn)性(xìng)校準，外圍電(diàn)路簡單。它是(shì)目前在(zài)國内(nèi)外應(yīng)用最爲普遍的(de)一種(zhǒng)集成傳感(gǎn)器，典型(xíng)産(chǎn)品有(yǒu)ad590、ad592、tmp17、lm135等。

1.2模(mó)拟集成溫(wēn)度控制(zhì)器(qì)
模拟集成(chéng)溫度控制(zhì)器主要(yào)包括溫控開(kāi)關、可編程(chéng)溫度控制器，典型産品有lm56、ad22105和max6509。某(mǒu)些增強型集成(chéng)溫度控制(zhì)器(例(lì)如(rú)tc652/653)中還包含了(le)a/d轉換(huàn)器以及固化好的程序，這(zhè)與智能(néng)溫(wēn)度傳(chuán)感器有(yǒu)某(mǒu)些相(xiàng)似之處。但它自(zì)成系統，工(gōng)作時(shí)并不受微(wēi)處理(lǐ)器的(de)控制，這是(shì)二者的(de)主要區(qū)别。

1.3智(zhì)能溫度傳(chuán)感器
智(zhì)能溫度(dù)傳感器(亦(yì)稱數(shù)字溫(wēn)度(dù)傳感器(qì))是在20世紀(jì)90年代中(zhōng)期問世的。它(tā)是微電(diàn)子(zǐ)技術、計算機技術和(hé)自動測試技術(shù)(ate)的結晶(jīng)。目(mù)前，國際(jì)上(shàng)已(yǐ)開(kāi)發出(chū)多種智能溫度(dù)傳感器(qì)系(xì)列産(chǎn)品。智(zhì)能(néng)溫度傳(chuán)感器内部都包含溫(wēn)度傳感器(qì)、a/d轉換器、信号處(chù)理器、存(cún)儲(chǔ)器(或(huò)寄存器)和接口(kǒu)電路。有的(de)産品(pǐn)還帶多路選擇(zé)器、中(zhōng)央控制器(cpu)、随機(jī)存取(qǔ)存儲(chǔ)器(ram)和隻(zhī)讀存儲器(rom)。智(zhì)能溫度傳(chuán)感(gǎn)器的特點是(shì)能輸出(chū)溫度數據及(jí)相關的溫(wēn)度控制量，适配(pèi)各種(zhǒng)微(wēi)控制器(qì)(mcu)；并且它是(shì)在硬(yìng)件的(de)基(jī)礎上通過軟件(jiàn)來(lái)實現(xiàn)測試(shì)功(gōng)能的，其(qí)智能化程度也(yě)取(qǔ)決于軟件的(de)開發水平。

2智能(néng)溫度傳感器發展的新(xīn)趨勢
進入21世(shì)紀後，智能(néng)溫度傳(chuán)感(gǎn)器正(zhèng)朝着高精度(dù)、多(duō)功能、總(zǒng)線标準(zhǔn)化、高可靠性及(jí)安全性、開發虛(xū)拟傳感器(qì)和網(wǎng)絡傳感器(qì)、研制單片測溫系統(tǒng)等高科技的方(fāng)向迅速發展。

2.1提高測(cè)溫精度和(hé)分辨力
在20世紀(jì)90年代中期(qī)最早推出的智能溫度傳(chuán)感器，采用的是8位a/d轉換器(qì)，其測溫精度較低，分(fèn)辨力隻能(néng)達到1°c。目(mù)前，國外已相(xiàng)繼推出多(duō)種高(gāo)精度(dù)、高分(fèn)辨力(lì)的(de)智能(néng)溫(wēn)度傳(chuán)感器(qì)，所用的是9~12位(wèi)a/d轉換器，分辨(biàn)力一般可達0.5~0.0625°c。由(yóu)美國dallas半導(dǎo)體公司新研制(zhì)的ds1624型(xíng)高(gāo)分(fèn)辨力智能溫度(dù)傳感器，能(néng)輸出(chū)13位二(èr)進(jìn)制數據(jù)，其分辨力(lì)高(gāo)達0.03125°c，測溫(wēn)精度爲±0.2°c。爲了提(tí)高多通(tōng)道智能(néng)溫度(dù)傳感器的轉(zhuǎn)換(huàn)速率，也有(yǒu)的芯片采(cǎi)用高(gāo)速逐次逼(bī)近式(shì)a/d轉換器。以(yǐ)ad7817型5通道智(zhì)能(néng)溫(wēn)度傳(chuán)感器爲例，它對(duì)本地傳感(gǎn)器、每(měi)一路遠程(chéng)傳感器的(de)轉換(huàn)時間(jiān)分别僅爲27us、9us。

2.2增加(jiā)測試功能
新型(xíng)智能(néng)溫度傳感(gǎn)器的(de)測試(shì)功能(néng)也在不斷(duàn)增強。例如(rú)，ds1629型(xíng)單線智(zhì)能溫度傳感器(qì)增加(jiā)了實時日曆時鍾（rtc），使其功能更加完善。ds1624還(hái)增加了存儲功能，利用芯片内(nèi)部256字節(jiē)的e2prom存儲(chǔ)器，可存儲用戶(hù)的短信息。另外，智能(néng)溫度(dù)傳感器正從單通道(dào)向多(duō)通(tōng)道的方向發展(zhǎn)，這(zhè)就爲(wèi)研制和開發多路溫度(dù)測控系統創造了(le)良好(hǎo)條件。?br>

智能(néng)溫度傳感器(qì)都(dōu)具有(yǒu)多種工(gōng)作模式(shì)可供(gòng)選(xuǎn)擇(zé)，主要包括單次(cì)轉換模式(shì)、連續(xù)轉換(huàn)模式(shì)、待機(jī)模式(shì)，有的還增加了(le)低溫(wēn)極限擴展模(mó)式(shì)，操作非常(cháng)簡便。對(duì)某(mǒu)些智能溫度傳感器(qì)而言，主(zhǔ)機(外部微處理(lǐ)器或單(dān)片機)還可(kě)通過(guò)相應的寄存器(qì)來設定(dìng)其a/d轉換速率(lǜ)(典(diǎn)型産品(pǐn)爲max6654)，分(fèn)辨力(lì)及最大轉換時間(典(diǎn)型産品(pǐn)爲ds1624)。

能溫度控制器是在(zài)智能溫度(dù)傳感(gǎn)器的基(jī)礎上發(fā)展而成(chéng)的(de)。典型(xíng)産品(pǐn)有ds1620、ds1623、tcn75、lm76、max6625。智(zhì)能(néng)溫(wēn)度控制器(qì)适配(pèi)各種(zhǒng)微控制器(qì)，構成智能(néng)化溫(wēn)控系(xì)統(tǒng)；它們還(hái)可以脫(tuō)離(lí)微控(kòng)制器單獨(dú)工作(zuò)，自行構成一個(gè)溫控(kòng)儀。

2.3總線技(jì)術的标準化與(yǔ)規範化
目前，智(zhì)能溫度傳(chuán)感器的總線(xiàn)技術也(yě)實現(xiàn)了标準化(huà)、規範(fàn)化，所采用(yòng)的總(zǒng)線主(zhǔ)要有(yǒu)單線(1-wire)總(zǒng)線、i2c總線(xiàn)、smbus總線和spi總(zǒng)線。溫(wēn)度傳感器作爲(wèi)從機可通(tōng)過專用總(zǒng)線接(jiē)口與(yǔ)主機進行(háng)通信(xìn)。

2.4可靠(kào)性(xìng)及安全(quán)性設(shè)計(jì)
傳統的(de)a/d轉換器大多采(cǎi)用積分式(shì)或(huò)逐次比(bǐ)較式(shì)轉換(huàn)技術，其噪(zào)聲容(róng)限低(dī)，抑(yì)制(zhì)混疊(dié)噪聲及量化噪(zào)聲的(de)能力(lì)比(bǐ)較(jiào)差。新型(xíng)智(zhì)能溫(wēn)度傳感器(例如(rú)tmp03/04、lm74、lm83)普遍采用了高(gāo)性(xìng)能(néng)的Σ－Δ式(shì)a／Ｄ轉換(huàn)器，它能以(yǐ)很高的采(cǎi)樣速率和很低的(de)采樣分辨力将模拟信(xìn)号轉換成(chéng)數字(zì)信号(hào)，再利用過(guò)采樣、噪(zào)聲(shēng)整形和數字濾(lǜ)波技(jì)術，來(lái)提高(gāo)有效(xiào)分(fèn)辨(biàn)力。Σ－Δ式a／d轉換(huàn)器不僅能濾(lǜ)除(chú)量化(huà)噪聲(shēng)，而且(qiě)對外(wài)圍元件的(de)精度要求低；由(yóu)于(yú)采用(yòng)了數字(zì)反饋(kuì)方式，因此比較器的失調(diào)電壓及零點漂(piāo)移都不會影響溫度(dù)的(de)轉換精(jīng)度。這(zhè)種智(zhì)能溫度傳感器兼有(yǒu)抑制串(chuàn)模幹擾(rǎo)能力強(qiáng)、分辨力(lì)高、線(xiàn)性度好、成本低(dī)等優點(diǎn)。

爲(wèi)了避免在(zài)溫控(kòng)系統(tǒng)受(shòu)到噪聲(shēng)幹擾時(shí)産生誤(wù)動(dòng)作，在(zài)ad7416/7417/7817、lm75／76、max6625／6626等智能(néng)溫度傳(chuán)感器的(de)内部，都(dōu)設置了(le)一個可(kě)編程的(de)“故障(zhàng)排隊(faultqueue)”計數(shù)器，專用于設定(dìng)允許(xǔ)被測溫度(dù)值超(chāo)過上、下限(xiàn)的次數。僅當被(bèi)測溫度連續超過上(shàng)限或低于(yú)下限的次(cì)數達(dá)到或超過(guò)所設(shè)定的(de)次(cì)數n(n=1~4)時，才(cái)能觸(chù)發中(zhōng)斷端。若(ruò)故障(zhàng)次數不(bú)滿足上述條件(jiàn)或故障不是連(lián)續發生的，故障(zhàng)計數器就複位而不會觸發中(zhōng)斷端(duān)。這意味着假定n=3時，那麽偶(ǒu)然受到一次或(huò)兩次(cì)噪聲幹擾(rǎo)，都不會影響溫(wēn)控系(xì)統(tǒng)的(de)正常(cháng)工作。

lm76型智(zhì)能溫度傳感器增加(jiā)了溫度窗口比較器(qì)，非常适合(hé)設計一個符合(hé)acpi(advanced configuration and power interface，即“先進配置與(yǔ)電源接口(kǒu)”)規範的溫(wēn)控系統。這種系統具有完善的過熱保(bǎo)護(hù)功能，可用(yòng)來監(jiān)控筆記(jì)本電腦(nǎo)和服(fú)務器(qì)中cpu及主(zhǔ)電(diàn)路的溫度(dù)。微處理器最高(gāo)可承受的(de)工作(zuò)溫度規(guī)定爲th，台(tái)式計(jì)算機一般(bān)爲75°c，高檔(dàng)筆(bǐ)記本電腦的專(zhuān)用cpu可達100°c。一旦cpu或(huò)主電路的(de)溫度超出(chū)所設(shè)定的(de)上、下(xià)限時， int端(duān)立即使(shǐ)主機産生中斷(duàn)，再通過電源控(kòng)制器發出信号，迅速(sù)将主(zhǔ)電源(yuán)關斷起到(dào)保護(hù)作用(yòng)。此外，當(dāng)溫(wēn)度超過cpu的極限(xiàn)溫度(dù)時，嚴重超溫報警(jǐng)輸(shū)出端(t_crit_a)也能(néng)直接(jiē)關斷(duàn)主電源，并且該端還(hái)可(kě)通過獨(dú)立的(de)硬件關斷(duàn)電路(lù)來切斷主(zhǔ)電源(yuán)，以防(fáng)主電(diàn)源控制失(shī)靈。上(shàng)述三重(zhòng)安(ān)全性(xìng)保護(hù)措(cuò)施已成(chéng)爲國(guó)際上設計(jì)溫控(kòng)系統的新(xīn)觀念。

爲防止因(yīn)人體(tǐ)靜(jìng)電放電(diàn)(esd)而損壞芯片。一(yī)些智能溫度傳(chuán)感(gǎn)器還增加了(le)esd保護電路，一般(bān)可承(chéng)受1000~4000v的(de)靜電放電電壓。通常(cháng)是将人體等效(xiào)于由100pf電容和1.2k歐(ōu)姆電阻串(chuàn)聯而成的(de)電路(lù)模型(xíng)，當人體放(fàng)電時(shí)，tcn75型智(zhì)能溫度傳(chuán)感(gǎn)器的串行接(jiē)口端(duān)、中(zhōng)斷／比較(jiào)器信(xìn)号輸(shū)出端(duān)和地址輸(shū)入端(duān)均可承受(shòu)1000v的靜(jìng)電放電電壓。lm83型(xíng)智能(néng)溫度(dù)傳感器則可承受4000v的(de)靜電放電(diàn)電壓(yā)。

最新開(kāi)發的智(zhì)能溫度(dù)傳(chuán)感器(qì)(例如max6654、lm83)還增加了(le)傳感器故障檢測功能，能(néng)自動(dòng)檢測外部(bù)晶體(tǐ)管溫(wēn)度傳感器(qì)(亦稱(chēng)遠程(chéng)傳感器)的(de)開路(lù)或短路故障(zhàng)。max6654還具有選擇(zé)“寄生阻抗(kàng)抵消(xiāo)”(parasitic resistance cancellation，英文(wén)縮寫(xiě)爲prc)模式，能抵消(xiāo)遠程傳感器引(yǐn)線阻抗所引起(qǐ)的測(cè)溫誤(wù)差，即(jí)使引線(xiàn)阻抗達(dá)到100歐姆，也不會(huì)影響測量精度。遠程傳感(gǎn)器引(yǐn)線可(kě)采用(yòng)普通(tōng)雙絞線(xiàn)或者帶(dài)屏蔽層(céng)的雙絞(jiǎo)線。

2.5虛拟溫(wēn)度傳(chuán)感器和網絡溫(wēn)度傳感器(qì)
(1)虛拟(nǐ)傳(chuán)感器
虛拟傳(chuán)感器(qì)是基于傳(chuán)感器硬件和計(jì)算機平台(tái)、并通過軟件開發而成的。利用軟件(jiàn)可完成(chéng)傳(chuán)感器(qì)的标定及(jí)校準，以實(shí)現最佳性(xìng)能指标。最近，美(měi)國Ｂ＆Ｋ公司已(yǐ)開發(fā)出一種基(jī)于軟(ruǎn)件設(shè)置的(de)teds型虛拟傳感器(qì)，其主(zhǔ)要特(tè)點是(shì)每隻傳感(gǎn)器(qì)都有唯(wéi)一的産品序列(liè)号并且附(fù)帶一(yī)張軟盤(pán)，軟盤上(shàng)存儲着對(duì)該傳(chuán)感器進行标定(dìng)的有關數據。使用時，傳感器通(tōng)過數(shù)據(jù)采(cǎi)集器(qì)接至計(jì)算機，首(shǒu)先從(cóng)計算機輸(shū)入該(gāi)傳感器的(de)産品(pǐn)序列(liè)号，再(zài)從軟盤上讀出有關(guān)數據(jù)，然後(hòu)自動(dòng)完成(chéng)對傳(chuán)感器(qì)的檢查、傳(chuán)感器(qì)參數(shù)的讀(dú)取、傳感(gǎn)器設置(zhì)和記(jì)錄工作。

(2)網(wǎng)絡溫度傳感器
網絡溫度傳感(gǎn)器是(shì)包(bāo)含(hán)數字傳感(gǎn)器(qì)、網絡接(jiē)口和(hé)處(chù)理單元的新一代智能(néng)傳感器(qì)。數字傳(chuán)感器(qì)首先将被(bèi)測溫(wēn)度(dù)轉換成數字量，再送給(gěi)微(wēi)控(kòng)制器作數據處理。最後将(jiāng)測量結果(guǒ)傳輸(shū)給網(wǎng)絡，以便實(shí)現各(gè)傳(chuán)感器之(zhī)間、傳感(gǎn)器(qì)與執(zhí)行器之間(jiān)、傳感(gǎn)器與系統之間(jiān)的數(shù)據(jù)交(jiāo)換及(jí)資源(yuán)共享，在更(gèng)換傳感器時無(wú)須進行标定和(hé)校準，可做(zuò)到“即(jí)插即用(plug&play)”，這樣就(jiù)極大(dà)地方便了(le)用戶。

2.6單片測溫(wēn)系統
單片系(xì)統(system on chip)是21世紀(jì)一項高(gāo)新科技産(chǎn)品。它(tā)是在芯片上集(jí)成一個系統或(huò)子系統，其集成度将高達(dá)108~109元件(jiàn)/片，這将(jiāng)給(gěi)ic産業(yè)及ic應用(yòng)帶來劃(huà)時代的進(jìn)步。半(bàn)導體(tǐ)工業(yè)協會(huì)(sia)對單片系統集(jí)成所作的預測(cè)見表(biǎo)1。目前(qián)，國際(jì)上一些(xiē)著(zhe)名的(de)ic廠家(jiā)已開始研(yán)制單片測溫系(xì)統，相信(xìn)在不久(jiǔ)的将來即(jí)可面(miàn)市(shì)。

表(biǎo)1單片系統(tǒng)集成電路的發(fā)展預測
年(nián) 份 2001 2002 2007 2010
最(zuì)小線寬(kuān)/um 0.18 0.13 0.1 0.07
包含晶(jīng)體管數(shù)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
芯片尺寸/mm2 750 900 1100 1400
電(diàn)源電壓/v 1.8 1.5 1.2 0.9
新(xīn)片i/o數(shù) 2000 2600 3600 4800