現(xiàn)代信息技(jì)術的(de)三大基礎(chǔ)是信息采集(即(jí)傳(chuán)感器技(jì)術)、信息傳輸(通信(xìn)技(jì)術)和信息處理(計算機技術)。傳感器屬于信息(xī)技術的前沿尖(jiān)端産(chǎn)品，尤其是溫度傳感(gǎn)器被(bèi)廣泛(fàn)用(yòng)于工農(nóng)業生(shēng)産(chǎn)、科學研(yán)究和生(shēng)活等領(lǐng)域，數量(liàng)高居各種傳感(gǎn)器之首(shǒu)。近百年(nián)來，溫度(dù)傳感器的發展(zhǎn)大(dà)緻(zhì)經曆了以(yǐ)下三個階(jiē)段；(1)傳(chuán)統的(de)分立式溫(wēn)度傳(chuán)感(gǎn)器(qì)(含敏(mǐn)感元件)；(2)模拟集成溫度傳(chuán)感器(qì)／控制器(qì)；(3)智能溫度傳感器(qì)。目前(qián)，國際上新型溫(wēn)度傳(chuán)感器(qì)正從模拟(nǐ)式向(xiàng)數字(zì)式、由集成化向(xiàng)智能(néng)化、網絡化的方向(xiàng)發(fā)展。

１集(jí)成溫度傳(chuán)感器(qì)的産品分類
1.1模拟集(jí)成溫度傳(chuán)感器
集成(chéng)傳感(gǎn)器是采(cǎi)用矽半導體(tǐ)集成(chéng)工藝(yì)而制(zhì)成的，因此(cǐ)亦稱矽傳(chuán)感器(qì)或單(dān)片集(jí)成溫(wēn)度傳感器(qì)。模拟(nǐ)集成(chéng)溫度傳感(gǎn)器是在(zài)20世(shì)紀80年(nián)代問世的(de)，它(tā)是(shì)将溫度傳感器(qì)集成(chéng)在(zài)一個芯片上、可完(wán)成溫(wēn)度(dù)測(cè)量及(jí)模拟(nǐ)信号輸出(chū)功能的專用ic。模(mó)拟集成溫度(dù)傳感器的主要特點是功能單(dān)一(yī)(僅測(cè)量溫度)、測(cè)溫誤差小(xiǎo)、價格低、響應速度(dù)快、傳輸(shū)距離遠、體積小(xiǎo)、微功(gōng)耗等，适合(hé)遠距(jù)離(lí)測溫、控溫，不(bú)需要(yào)進行(háng)非線性(xìng)校準，外(wài)圍電路簡單。它(tā)是目前(qián)在(zài)國内(nèi)外應用(yòng)最爲(wèi)普(pǔ)遍的一種集成傳感(gǎn)器(qì)，典型産(chǎn)品有(yǒu)ad590、ad592、tmp17、lm135等。

1.2模拟集成溫度控制器(qì)
模拟集成(chéng)溫度控制器主要包(bāo)括溫控開關、可(kě)編程(chéng)溫(wēn)度(dù)控制(zhì)器，典型産品有(yǒu)lm56、ad22105和max6509。某些增強型(xíng)集成溫度(dù)控制(zhì)器(例如tc652/653)中還包(bāo)含了(le)a/d轉換器以(yǐ)及(jí)固化好(hǎo)的程(chéng)序，這與智能溫(wēn)度傳(chuán)感器(qì)有某(mǒu)些相似之(zhī)處。但它自(zì)成系統，工(gōng)作(zuò)時并(bìng)不受微(wēi)處理(lǐ)器(qì)的控制，這是二者的主要區别。

1.3智能溫(wēn)度傳感器
智能(néng)溫度傳感器(亦(yì)稱數字溫(wēn)度傳感器)是(shì)在20世紀(jì)90年代中(zhōng)期問世的。它(tā)是微電子(zǐ)技術、計算(suàn)機技(jì)術和(hé)自動測試(shì)技術(ate)的結(jié)晶。目(mù)前，國(guó)際上已開(kāi)發出多種智能(néng)溫(wēn)度傳(chuán)感器系(xì)列産(chǎn)品。智能(néng)溫(wēn)度傳(chuán)感器(qì)内部(bù)都包含溫度傳感器(qì)、a/d轉換(huàn)器、信号處(chù)理器、存儲(chǔ)器(或(huò)寄存器)和接口電路(lù)。有的(de)産品還帶多路(lù)選擇(zé)器、中(zhōng)央控(kòng)制器(qì)(cpu)、随(suí)機(jī)存取(qǔ)存儲器(ram)和隻讀存儲器(rom)。智能溫度傳感(gǎn)器(qì)的特(tè)點是(shì)能輸(shū)出溫(wēn)度數據(jù)及相關的溫度控制量(liàng)，适配各種(zhǒng)微控(kòng)制器(qì)(mcu)；并且它是(shì)在硬件的(de)基礎(chǔ)上通(tōng)過軟件來(lái)實現(xiàn)測試(shì)功能的，其(qí)智能化程(chéng)度也取決于軟(ruǎn)件的(de)開發水平(píng)。

2智能溫度傳感(gǎn)器發展(zhǎn)的新趨(qū)勢
進入21世紀後(hòu)，智能溫(wēn)度傳感(gǎn)器正朝着高精度、多功能、總線(xiàn)标準化(huà)、高可靠(kào)性及安全(quán)性、開(kāi)發虛拟傳感器和網絡傳(chuán)感器(qì)、研(yán)制單片(piàn)測溫(wēn)系統(tǒng)等高(gāo)科技的方向迅速發(fā)展。

2.1提高測溫精(jīng)度和(hé)分辨力
在20世紀90年代(dài)中期(qī)最早推出的(de)智(zhì)能溫(wēn)度傳感器(qì)，采用的(de)是8位a/d轉(zhuǎn)換器，其測(cè)溫精度較低，分辨力(lì)隻能達到(dào)1°c。目前(qián)，國外已(yǐ)相繼推(tuī)出多(duō)種高精度(dù)、高分辨力的智能溫(wēn)度傳(chuán)感器(qì)，所用的是9~12位a/d轉換器，分辨(biàn)力一(yī)般可達0.5~0.0625°c。由(yóu)美國dallas半導(dǎo)體公司新(xīn)研制(zhì)的ds1624型高分(fèn)辨力(lì)智能溫度(dù)傳感器，能(néng)輸出(chū)13位二進(jìn)制數據，其分辨(biàn)力(lì)高達0.03125°c，測溫精度爲±0.2°c。爲(wèi)了提高多通道(dào)智能溫度(dù)傳感器的轉(zhuǎn)換速率(lǜ)，也有的芯片采(cǎi)用高速(sù)逐次逼近式a/d轉換器。以(yǐ)ad7817型5通道(dào)智(zhì)能溫度傳(chuán)感器爲例(lì)，它對本(běn)地(dì)傳感(gǎn)器、每(měi)一(yī)路遠程(chéng)傳感器的(de)轉(zhuǎn)換(huàn)時間分别僅爲(wèi)27us、9us。

2.2增加測試(shì)功能
新型(xíng)智能溫度(dù)傳感器(qì)的(de)測試(shì)功能(néng)也在不斷(duàn)增強。例如，ds1629型單(dān)線智(zhì)能溫(wēn)度傳(chuán)感器(qì)增加了實(shí)時日曆時鍾（rtc），使(shǐ)其功能更(gèng)加完(wán)善。ds1624還增加(jiā)了存(cún)儲功能，利(lì)用芯片内(nèi)部256字節的e2prom存儲器，可存儲(chǔ)用戶(hù)的短信息(xī)。另外，智能(néng)溫度(dù)傳感(gǎn)器(qì)正從單(dān)通道向多通道(dào)的方向發展，這(zhè)就爲研制和開(kāi)發多路溫度測(cè)控系(xì)統創造了(le)良好條(tiáo)件(jiàn)。?br>

智能(néng)溫度傳(chuán)感器都(dōu)具有多(duō)種工(gōng)作(zuò)模式可供(gòng)選擇(zé)，主要包(bāo)括(kuò)單次(cì)轉換模式、連續轉(zhuǎn)換模式、待機(jī)模式，有(yǒu)的(de)還增(zēng)加了低溫極限(xiàn)擴展(zhǎn)模(mó)式(shì)，操作非常(cháng)簡便(biàn)。對某(mǒu)些(xiē)智能溫(wēn)度傳感器而言，主(zhǔ)機(jī)(外部微(wēi)處理器或單片機)還可(kě)通過(guò)相應(yīng)的寄(jì)存器來設定其(qí)a/d轉換速率(典(diǎn)型産品爲(wèi)max6654)，分辨力(lì)及最(zuì)大轉換時(shí)間(典(diǎn)型(xíng)産品爲(wèi)ds1624)。

能溫度控制器(qì)是在智能溫(wēn)度(dù)傳感器的(de)基礎上發展而成的(de)。典型産品(pǐn)有ds1620、ds1623、tcn75、lm76、max6625。智(zhì)能溫度控制器(qì)适配各種(zhǒng)微控制器(qì)，構成(chéng)智能(néng)化溫控(kòng)系(xì)統；它(tā)們還(hái)可(kě)以脫離(lí)微控(kòng)制器(qì)單獨(dú)工作，自行(háng)構成(chéng)一個溫(wēn)控(kòng)儀。

2.3總(zǒng)線技(jì)術(shù)的标準化與(yǔ)規範(fàn)化
目(mù)前，智能溫度傳(chuán)感器(qì)的總線技(jì)術也實現(xiàn)了标準化、規範(fàn)化，所(suǒ)采用(yòng)的總線主(zhǔ)要有單線(xiàn)(1-wire)總線(xiàn)、i2c總線(xiàn)、smbus總線和spi總(zǒng)線。溫度傳(chuán)感器(qì)作爲從機可通(tōng)過專(zhuān)用總(zǒng)線接口與(yǔ)主機進行(háng)通信。

2.4可靠(kào)性及(jí)安全性設計
傳(chuán)統的a/d轉換器大(dà)多采用積分式(shì)或(huò)逐次比(bǐ)較式(shì)轉換技術(shù)，其(qí)噪(zào)聲容限低，抑制(zhì)混疊噪(zào)聲及量(liàng)化噪聲的(de)能力比較差。新型智(zhì)能溫(wēn)度(dù)傳感器(qì)(例如(rú)tmp03/04、lm74、lm83)普遍采用了高性能(néng)的Σ－Δ式(shì)a／Ｄ轉換器(qì)，它(tā)能以(yǐ)很(hěn)高的采(cǎi)樣速率和(hé)很低的(de)采樣分辨力(lì)将模拟信号(hào)轉換成數字(zì)信号，再利用過采樣、噪聲(shēng)整形(xíng)和數字濾波技術，來提高有效分辨力。Σ－Δ式a／d轉換器不僅能(néng)濾除(chú)量化噪聲(shēng)，而且對外圍元(yuán)件的精度要求低；由于(yú)采用了(le)數字(zì)反饋方式，因(yīn)此(cǐ)比較器的(de)失調電壓及零(líng)點漂(piāo)移都不會(huì)影響溫(wēn)度的轉換精度(dù)。這(zhè)種智能溫度傳(chuán)感器(qì)兼有(yǒu)抑制串(chuàn)模(mó)幹擾能(néng)力強、分(fèn)辨力高(gāo)、線(xiàn)性度(dù)好、成本(běn)低(dī)等優(yōu)點(diǎn)。

爲(wèi)了避免在(zài)溫控系(xì)統受到(dào)噪聲幹(gàn)擾(rǎo)時産(chǎn)生誤(wù)動作，在ad7416/7417/7817、lm75／76、max6625／6626等智能溫度傳感(gǎn)器的内部，都設(shè)置了(le)一個可(kě)編程的(de)“故障排隊(duì)(faultqueue)”計數器(qì)，專用于(yú)設定(dìng)允(yǔn)許被測(cè)溫度值超過上(shàng)、下限(xiàn)的次(cì)數。僅(jǐn)當被測溫(wēn)度連(lián)續超過(guò)上限或(huò)低于(yú)下限的次(cì)數達到(dào)或超過(guò)所設(shè)定的次數(shù)n(n=1~4)時，才能觸發中斷端。若(ruò)故障次(cì)數不滿足上述條件或故障不(bú)是連(lián)續發(fā)生的(de)，故障計(jì)數器就(jiù)複位(wèi)而(ér)不會觸發中斷(duàn)端。這意(yì)味着假定(dìng)n=3時，那(nà)麽偶然受到一次或兩次(cì)噪聲(shēng)幹擾，都不會影響溫(wēn)控系(xì)統的(de)正常(cháng)工作。

lm76型智(zhì)能溫度(dù)傳感器(qì)增加了溫(wēn)度窗(chuāng)口比較(jiào)器(qì)，非常适合設計(jì)一個(gè)符合acpi(advanced configuration and power interface，即“先進配置與電(diàn)源接口(kǒu)”)規範的(de)溫控系統。這種系統具有完(wán)善的過熱(rè)保護功能，可用(yòng)來監控(kòng)筆記本電腦和(hé)服務器(qì)中cpu及主(zhǔ)電(diàn)路的溫度。微處(chù)理器(qì)最高可承(chéng)受的(de)工作溫度規定(dìng)爲th，台式計算機(jī)一般爲75°c，高檔筆記本(běn)電腦(nǎo)的專用cpu可達100°c。一旦cpu或(huò)主電路的(de)溫(wēn)度超出所設定的(de)上、下(xià)限(xiàn)時(shí)， int端立(lì)即使(shǐ)主機(jī)産生(shēng)中斷，再通過電(diàn)源控(kòng)制器發出信号，迅速(sù)将主(zhǔ)電源關斷(duàn)起到(dào)保護作用(yòng)。此外，當溫(wēn)度超(chāo)過cpu的(de)極限溫度時，嚴重超溫報(bào)警輸(shū)出端(t_crit_a)也(yě)能直接(jiē)關斷(duàn)主(zhǔ)電源，并(bìng)且該端還(hái)可通過獨立的硬件(jiàn)關斷電路(lù)來切斷主(zhǔ)電(diàn)源，以防(fáng)主電源(yuán)控制失靈(líng)。上(shàng)述三重安(ān)全性保護措施已成爲國際上設計溫(wēn)控系統的新(xīn)觀(guān)念。

爲防(fáng)止因人體靜電(diàn)放電(diàn)(esd)而損壞芯片。一些(xiē)智(zhì)能溫度傳(chuán)感器還增(zēng)加了(le)esd保(bǎo)護電路(lù)，一般可承受1000~4000v的(de)靜電(diàn)放電電壓(yā)。通常(cháng)是(shì)将(jiāng)人體(tǐ)等效于(yú)由100pf電容和1.2k歐姆(mǔ)電阻串(chuàn)聯而成的(de)電路(lù)模型，當人體放(fàng)電時，tcn75型智(zhì)能溫(wēn)度傳(chuán)感器的串(chuàn)行接口端(duān)、中斷／比(bǐ)較器信号輸(shū)出端和地址輸入端均可承受1000v的靜電放電電壓。lm83型(xíng)智能(néng)溫度(dù)傳(chuán)感器則可承受4000v的靜電(diàn)放電(diàn)電壓。

最(zuì)新(xīn)開發(fā)的智能(néng)溫度傳(chuán)感器(qì)(例如max6654、lm83)還增(zēng)加了傳感器故(gù)障檢測功(gōng)能，能(néng)自動檢測(cè)外部(bù)晶體管溫度傳(chuán)感器(亦稱遠程(chéng)傳感器)的(de)開路(lù)或短路故障。max6654還(hái)具有選擇“寄生(shēng)阻抗(kàng)抵(dǐ)消”(parasitic resistance cancellation，英文(wén)縮寫(xiě)爲prc)模式，能抵消(xiāo)遠(yuǎn)程傳感(gǎn)器引線阻抗所(suǒ)引起的測溫誤差，即使(shǐ)引(yǐn)線阻(zǔ)抗達到100歐姆，也不會影(yǐng)響(xiǎng)測量(liàng)精度。遠程傳感(gǎn)器引線(xiàn)可(kě)采用普通(tōng)雙絞線或(huò)者帶(dài)屏蔽層的雙絞(jiǎo)線(xiàn)。

2.5虛拟溫(wēn)度傳感器和網絡溫(wēn)度傳(chuán)感器
(1)虛拟傳(chuán)感(gǎn)器
虛(xū)拟傳(chuán)感器是基(jī)于傳感器(qì)硬件(jiàn)和計(jì)算機平台、并通過軟件開發而成(chéng)的(de)。利用(yòng)軟件可完成傳感(gǎn)器(qì)的(de)标定及(jí)校準，以實現(xiàn)最佳性(xìng)能(néng)指标。最(zuì)近，美(měi)國(guó)Ｂ＆Ｋ公司已(yǐ)開發(fā)出一種基于(yú)軟件(jiàn)設(shè)置的teds型虛拟(nǐ)傳感器(qì)，其主(zhǔ)要特點是(shì)每隻(zhī)傳(chuán)感器都(dōu)有唯一的(de)産品序(xù)列号并(bìng)且附(fù)帶一張軟盤，軟盤上(shàng)存儲着對(duì)該傳感器(qì)進行(háng)标定(dìng)的有關數(shù)據。使用時(shí)，傳感器通過(guò)數據(jù)采(cǎi)集器接至計算(suàn)機，首(shǒu)先從計算(suàn)機輸入該傳感(gǎn)器的産品序列(liè)号，再從軟盤上(shàng)讀出有關(guān)數據(jù)，然後自(zì)動(dòng)完成(chéng)對傳感器的檢查(chá)、傳感器參數(shù)的讀取、傳感器(qì)設置和記錄工作。

(2)網絡(luò)溫度傳感器
網絡(luò)溫度(dù)傳感器是包含(hán)數字(zì)傳感器(qì)、網絡接(jiē)口和(hé)處理(lǐ)單元的新一代(dài)智能傳感器。數(shù)字傳感器(qì)首先将被測溫(wēn)度轉(zhuǎn)換成數字(zì)量，再送給微控制器(qì)作數據處理。最(zuì)後将(jiāng)測量(liàng)結果(guǒ)傳輸給網(wǎng)絡(luò)，以便實現(xiàn)各傳感(gǎn)器之(zhī)間、傳感器(qì)與執(zhí)行器(qì)之間(jiān)、傳感器(qì)與(yǔ)系統(tǒng)之間(jiān)的數(shù)據(jù)交(jiāo)換及資源共享，在更換(huàn)傳感器(qì)時無須進(jìn)行标定和(hé)校準，可做(zuò)到“即插即用(yòng)(plug&play)”，這(zhè)樣就(jiù)極大(dà)地方(fāng)便了用戶。

2.6單片(piàn)測溫系(xì)統(tǒng)
單片(piàn)系統(tǒng)(system on chip)是21世紀一(yī)項高新(xīn)科技産(chǎn)品。它是在(zài)芯片上集成(chéng)一個系(xì)統或子(zǐ)系(xì)統，其(qí)集成(chéng)度(dù)将高達(dá)108~109元件/片，這将(jiāng)給(gěi)ic産業及ic應用帶(dài)來劃時(shí)代的進(jìn)步。半導體工業(yè)協會(sia)對單(dān)片系(xì)統集成(chéng)所(suǒ)作的(de)預測(cè)見表(biǎo)1。目前，國際上一些著名的ic廠家已開(kāi)始研制單片測(cè)溫系統，相信在(zài)不久(jiǔ)的将來即(jí)可面市。

表1單片(piàn)系統(tǒng)集成電路(lù)的發展預測
年(nián) 份 2001 2002 2007 2010
最小線(xiàn)寬(kuān)/um 0.18 0.13 0.1 0.07
包(bāo)含晶體管數量/片 1.3x108 2.5x108 5x108 9x108
成本/(晶體管(guǎn)/毫美(měi)分) 0.2 0.1 0.05 0.02
芯(xīn)片尺(chǐ)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