現代信息(xī)技術的(de)三(sān)大基(jī)礎是信息(xī)采集(即傳感器技術(shù))、信息(xī)傳輸(通信(xìn)技術)和(hé)信息(xī)處(chù)理(計算機(jī)技術(shù))。傳感器屬(shǔ)于信(xìn)息技(jì)術的前沿(yán)尖端産品，尤其是溫度(dù)傳感器(qì)被廣泛用于工(gōng)農業生産、科學(xué)研究(jiū)和生活等領(lǐng)域(yù)，數量(liàng)高居(jū)各種(zhǒng)傳感器之(zhī)首。近百年來，溫(wēn)度傳(chuán)感(gǎn)器的發展大緻經曆了(le)以下三個階段(duàn)；(1)傳統的分立式溫度傳(chuán)感(gǎn)器(含(hán)敏感(gǎn)元件)；(2)模拟(nǐ)集成溫度傳感(gǎn)器／控(kòng)制(zhì)器(qì)；(3)智能(néng)溫度傳(chuán)感器。目(mù)前，國際上新型(xíng)溫度(dù)傳感器正(zhèng)從模(mó)拟(nǐ)式向數(shù)字式、由集(jí)成化(huà)向智能(néng)化、網絡化的(de)方向(xiàng)發展。

１集成(chéng)溫(wēn)度(dù)傳感(gǎn)器的産品(pǐn)分類
1.1模拟(nǐ)集成溫度(dù)傳感(gǎn)器
集(jí)成傳(chuán)感器是(shì)采用矽(xī)半導體集成工(gōng)藝而(ér)制成的，因此亦稱(chēng)矽傳感(gǎn)器或單(dān)片(piàn)集成(chéng)溫度傳感(gǎn)器。模(mó)拟集(jí)成溫(wēn)度傳(chuán)感器(qì)是在(zài)20世紀80年代問(wèn)世的，它(tā)是将(jiāng)溫度(dù)傳感(gǎn)器集(jí)成在一個(gè)芯片(piàn)上、可完成(chéng)溫度測量及模(mó)拟(nǐ)信号輸出功(gōng)能的專(zhuān)用ic。模拟(nǐ)集成溫度(dù)傳感(gǎn)器的主要特點(diǎn)是功能單(dān)一(僅(jǐn)測量溫(wēn)度(dù))、測溫(wēn)誤差小、價(jià)格低(dī)、響應速度(dù)快、傳(chuán)輸距離(lí)遠(yuǎn)、體積(jī)小、微(wēi)功耗等，适(shì)合遠距離測溫(wēn)、控溫(wēn)，不需(xū)要(yào)進(jìn)行非線性(xìng)校準(zhǔn)，外圍電路簡單。它是(shì)目(mù)前(qián)在國(guó)内(nèi)外應用最爲(wèi)普遍的一種集成傳(chuán)感器(qì)，典型(xíng)産品有(yǒu)ad590、ad592、tmp17、lm135等(děng)。

1.2模拟集成(chéng)溫度(dù)控制(zhì)器
模拟集成溫(wēn)度控(kòng)制器(qì)主要包括溫控(kòng)開關(guān)、可編(biān)程溫度控制器(qì)，典型(xíng)産品有lm56、ad22105和(hé)max6509。某些增強(qiáng)型集成(chéng)溫度控制器(qì)(例如tc652/653)中還(hái)包含了a/d轉換器(qì)以及(jí)固化(huà)好的程(chéng)序，這與(yǔ)智能溫度傳(chuán)感器有(yǒu)某些相似之處(chù)。但它自成系統(tǒng)，工作時并(bìng)不受(shòu)微(wēi)處理器的控(kòng)制，這是(shì)二者的(de)主要區(qū)别(bié)。

1.3智能(néng)溫度(dù)傳(chuán)感(gǎn)器
智(zhì)能溫(wēn)度傳感器(qì)(亦稱(chēng)數(shù)字溫度(dù)傳感器)是在20世(shì)紀90年代中(zhōng)期問(wèn)世的。它(tā)是微電子技(jì)術、計算機(jī)技(jì)術(shù)和(hé)自動測(cè)試技(jì)術(shù)(ate)的結晶(jīng)。目前，國際上已(yǐ)開發出(chū)多種智能溫(wēn)度傳感器(qì)系列産(chǎn)品(pǐn)。智能(néng)溫度(dù)傳(chuán)感器内(nèi)部都包含(hán)溫度傳感器、a/d轉換器(qì)、信号處理(lǐ)器、存(cún)儲器(或寄存器(qì))和接口電路。有的産品還(hái)帶多路選擇器、中央(yāng)控制器(cpu)、随機存取存儲器(qì)(ram)和隻(zhī)讀存(cún)儲(chǔ)器(rom)。智(zhì)能(néng)溫度傳(chuán)感(gǎn)器的(de)特點是能輸出(chū)溫度數據及相關的溫(wēn)度控制(zhì)量，适配(pèi)各種微(wēi)控制(zhì)器(mcu)；并(bìng)且它(tā)是在(zài)硬件的基(jī)礎上(shàng)通(tōng)過(guò)軟件(jiàn)來(lái)實現測試功(gōng)能的，其(qí)智(zhì)能化(huà)程度也(yě)取(qǔ)決于(yú)軟件的(de)開發水(shuǐ)平。

2智(zhì)能(néng)溫(wēn)度傳(chuán)感器發展的新(xīn)趨勢
進入21世紀(jì)後，智(zhì)能溫(wēn)度傳感器正朝(cháo)着高(gāo)精度(dù)、多功(gōng)能、總(zǒng)線标準化(huà)、高可(kě)靠性(xìng)及安全性、開發虛拟傳感(gǎn)器和網絡傳感(gǎn)器、研(yán)制單片測(cè)溫系(xì)統等(děng)高科(kē)技的方(fāng)向(xiàng)迅速(sù)發展。

2.1提(tí)高(gāo)測溫(wēn)精度和分(fèn)辨力
在20世(shì)紀90年代中(zhōng)期最早推出的(de)智能溫度傳感(gǎn)器，采(cǎi)用的是8位a/d轉換器(qì)，其測溫精度(dù)較(jiào)低(dī)，分辨力隻能達到1°c。目(mù)前，國外已相繼(jì)推出多種(zhǒng)高精(jīng)度、高(gāo)分(fèn)辨(biàn)力的(de)智能(néng)溫度傳感(gǎn)器，所用的是9~12位a/d轉換(huàn)器(qì)，分辨(biàn)力(lì)一般可達(dá)0.5~0.0625°c。由美國dallas半導體公司(sī)新研制的ds1624型高分辨(biàn)力(lì)智(zhì)能溫(wēn)度傳感器，能輸出13位二進制數據，其分辨力高達0.03125°c，測(cè)溫精度爲(wèi)±0.2°c。爲了提高多通(tōng)道智(zhì)能(néng)溫度傳(chuán)感器的轉(zhuǎn)換速(sù)率，也有(yǒu)的芯片(piàn)采用高速逐次逼(bī)近式a/d轉換器(qì)。以ad7817型5通道智能溫度傳感器爲(wèi)例，它對(duì)本(běn)地傳(chuán)感器(qì)、每一(yī)路遠程傳感器(qì)的轉(zhuǎn)換時間分别(bié)僅(jǐn)爲27us、9us。

2.2增加測試功能
新型智(zhì)能溫(wēn)度傳(chuán)感器的測(cè)試功能也在不(bú)斷增強。例如(rú)，ds1629型單線智能溫度(dù)傳感器增加了(le)實時(shí)日(rì)曆(lì)時鍾(zhōng)（rtc），使其功能(néng)更加(jiā)完善。ds1624還增(zēng)加了(le)存儲功能，利用(yòng)芯片(piàn)内(nèi)部256字節的e2prom存儲(chǔ)器，可存(cún)儲用戶(hù)的(de)短信(xìn)息。另外(wài)，智能溫(wēn)度傳(chuán)感器(qì)正從(cóng)單通(tōng)道(dào)向(xiàng)多通(tōng)道的方向發展(zhǎn)，這就爲研制和(hé)開發多(duō)路溫度(dù)測控系統(tǒng)創造(zào)了良(liáng)好條件。?br>

智(zhì)能溫度傳感器(qì)都具有多(duō)種工(gōng)作模式(shì)可供(gòng)選(xuǎn)擇，主要(yào)包括單次轉換模式、連(lián)續轉(zhuǎn)換(huàn)模(mó)式、待(dài)機模式，有(yǒu)的還(hái)增加了(le)低溫極(jí)限擴展模(mó)式，操(cāo)作非常簡便。對(duì)某些智能溫度傳感器而言，主(zhǔ)機(外部微處(chù)理(lǐ)器或單片機)還(hái)可通(tōng)過(guò)相應的(de)寄存(cún)器來設定其a/d轉換(huàn)速(sù)率(典型産(chǎn)品(pǐn)爲max6654)，分辨(biàn)力及最大(dà)轉換時間(jiān)(典型(xíng)産品(pǐn)爲ds1624)。

能溫度控制(zhì)器是在智能溫(wēn)度傳(chuán)感器(qì)的基(jī)礎上(shàng)發展而成的。典型(xíng)産(chǎn)品有(yǒu)ds1620、ds1623、tcn75、lm76、max6625。智能(néng)溫度(dù)控制(zhì)器适(shì)配(pèi)各種微控制(zhì)器，構成(chéng)智能化溫控(kòng)系統(tǒng)；它們(men)還可(kě)以脫(tuō)離微(wēi)控制(zhì)器單(dān)獨工作(zuò)，自行構(gòu)成一個溫(wēn)控儀(yí)。

2.3總線(xiàn)技術(shù)的标(biāo)準化與規範化(huà)
目前，智能溫度傳感(gǎn)器的總線(xiàn)技術也實現了(le)标準化、規(guī)範化(huà)，所采用(yòng)的(de)總線(xiàn)主要(yào)有單線(1-wire)總(zǒng)線(xiàn)、i2c總(zǒng)線、smbus總線和(hé)spi總線。溫度傳感(gǎn)器作爲(wèi)從機可(kě)通過專用(yòng)總線(xiàn)接口(kǒu)與主(zhǔ)機進(jìn)行通信。

2.4可靠性(xìng)及安(ān)全性設計(jì)
傳統的a/d轉換器大多(duō)采用積分(fèn)式或逐次(cì)比較式轉(zhuǎn)換技術，其(qí)噪聲容限低，抑(yì)制混疊噪(zào)聲及(jí)量化噪(zào)聲的能(néng)力比較差(chà)。新型(xíng)智能溫度傳感器(例如(rú)tmp03/04、lm74、lm83)普遍采(cǎi)用了(le)高性(xìng)能的(de)Σ－Δ式a／Ｄ轉換器，它能(néng)以很(hěn)高的采樣速率和(hé)很低的(de)采樣(yàng)分辨(biàn)力将(jiāng)模拟(nǐ)信号(hào)轉換(huàn)成數字信(xìn)号，再利用過采樣、噪(zào)聲整形和數字(zì)濾波技(jì)術，來提(tí)高有效分(fèn)辨力(lì)。Σ－Δ式a／d轉換器不僅(jǐn)能濾除量(liàng)化噪(zào)聲，而且(qiě)對外圍(wéi)元件的精度要(yào)求低；由于(yú)采用(yòng)了數(shù)字反(fǎn)饋方式，因(yīn)此(cǐ)比(bǐ)較器(qì)的失調(diào)電壓及(jí)零點(diǎn)漂移都不會影響(xiǎng)溫(wēn)度的轉換(huàn)精(jīng)度。這種(zhǒng)智能溫度(dù)傳感器(qì)兼有抑制串(chuàn)模幹擾能力強(qiáng)、分辨(biàn)力高、線性(xìng)度好(hǎo)、成(chéng)本(běn)低等優點。

爲了避免(miǎn)在溫(wēn)控(kòng)系(xì)統受(shòu)到噪聲(shēng)幹擾時(shí)産生誤動(dòng)作，在ad7416/7417/7817、lm75／76、max6625／6626等智能(néng)溫度傳(chuán)感器的(de)内部，都設置了一個可(kě)編程的“故(gù)障排隊(faultqueue)”計數器，專用(yòng)于設定允許被測溫(wēn)度值超過(guò)上、下(xià)限的次數(shù)。僅當被測溫度(dù)連續超(chāo)過(guò)上限(xiàn)或低(dī)于(yú)下限的(de)次數達到(dào)或超(chāo)過所設定(dìng)的次(cì)數n(n=1~4)時(shí)，才能(néng)觸發(fā)中斷端。若故障次數不(bú)滿(mǎn)足上(shàng)述條(tiáo)件或故障(zhàng)不(bú)是連續發生(shēng)的，故障計數器(qì)就複位而不會(huì)觸發(fā)中(zhōng)斷端。這(zhè)意味(wèi)着假定n=3時(shí)，那麽偶然受到(dào)一次或兩次噪(zào)聲幹(gàn)擾，都(dōu)不會(huì)影響溫控(kòng)系統(tǒng)的正(zhèng)常(cháng)工作。

lm76型(xíng)智能溫(wēn)度傳感器增加了溫度(dù)窗口比較(jiào)器，非常适(shì)合(hé)設計一個符(fú)合(hé)acpi(advanced configuration and power interface，即“先進(jìn)配(pèi)置(zhì)與電(diàn)源接(jiē)口”)規(guī)範的(de)溫控(kòng)系統。這種系統(tǒng)具有(yǒu)完(wán)善的過(guò)熱保(bǎo)護功(gōng)能，可(kě)用來監控(kòng)筆記(jì)本電腦和服務(wù)器中(zhōng)cpu及主(zhǔ)電路(lù)的溫(wēn)度(dù)。微處理器最高可(kě)承受(shòu)的工作(zuò)溫度規(guī)定爲(wèi)th，台(tái)式計算機一般爲75°c，高檔(dàng)筆記本(běn)電(diàn)腦的(de)專用(yòng)cpu可達100°c。一旦(dàn)cpu或(huò)主電路的溫(wēn)度超出所設(shè)定(dìng)的上、下限(xiàn)時， int端立即使主機産(chǎn)生中(zhōng)斷，再(zài)通過(guò)電(diàn)源控制器發(fā)出信号，迅速将(jiāng)主電(diàn)源關斷起(qǐ)到保(bǎo)護(hù)作(zuò)用。此外，當溫(wēn)度超過(guò)cpu的極限溫(wēn)度時，嚴重超溫報警輸出端(t_crit_a)也(yě)能直接關(guān)斷(duàn)主電源，并且(qiě)該端(duān)還可(kě)通(tōng)過獨(dú)立(lì)的硬(yìng)件關斷電路來(lái)切斷(duàn)主(zhǔ)電(diàn)源，以(yǐ)防主(zhǔ)電源控制(zhì)失靈。上述三重(zhòng)安全(quán)性保護措(cuò)施已成(chéng)爲國際(jì)上設(shè)計溫(wēn)控系統的(de)新觀念。

爲(wèi)防止因人體靜(jìng)電放(fàng)電(esd)而損壞(huài)芯片。一(yī)些智能(néng)溫度(dù)傳感器還(hái)增加了esd保(bǎo)護電路，一(yī)般可承受1000~4000v的靜電放電電壓。通(tōng)常是将人(rén)體等效于(yú)由100pf電(diàn)容和1.2k歐姆電阻(zǔ)串聯(lián)而(ér)成的電(diàn)路模(mó)型，當人體(tǐ)放電時(shí)，tcn75型智能溫度(dù)傳感(gǎn)器的(de)串行接口(kǒu)端、中(zhōng)斷／比(bǐ)較器(qì)信号(hào)輸出端和地址(zhǐ)輸入(rù)端均可承(chéng)受1000v的靜電放電(diàn)電壓。lm83型(xíng)智能溫(wēn)度傳(chuán)感器則可(kě)承受(shòu)4000v的靜電放(fàng)電電壓。

最(zuì)新開發的(de)智能溫度(dù)傳感器(例(lì)如max6654、lm83)還(hái)增加(jiā)了傳感器故障檢測(cè)功能(néng)，能自(zì)動檢(jiǎn)測外(wài)部晶體管(guǎn)溫度(dù)傳感器(qì)(亦稱遠程傳(chuán)感器(qì))的開路(lù)或(huò)短(duǎn)路故障(zhàng)。max6654還具有選擇“寄生阻(zǔ)抗(kàng)抵消”(parasitic resistance cancellation，英(yīng)文縮(suō)寫爲prc)模式(shì)，能抵(dǐ)消遠(yuǎn)程傳(chuán)感(gǎn)器引線(xiàn)阻抗(kàng)所引起的(de)測溫(wēn)誤差(chà)，即(jí)使引線(xiàn)阻抗達到100歐姆(mǔ)，也不(bú)會(huì)影響測量(liàng)精度(dù)。遠(yuǎn)程傳(chuán)感器引線(xiàn)可采(cǎi)用普通(tōng)雙絞線(xiàn)或者(zhě)帶屏蔽層的雙(shuāng)絞線。

2.5虛拟溫度傳感(gǎn)器和網絡(luò)溫度傳(chuán)感(gǎn)器
(1)虛拟傳(chuán)感器(qì)
虛拟(nǐ)傳感器是基于(yú)傳感器硬件(jiàn)和計算機平(píng)台、并通過軟(ruǎn)件(jiàn)開發(fā)而成(chéng)的。利(lì)用軟件可(kě)完成傳感(gǎn)器(qì)的标定(dìng)及校準，以(yǐ)實現(xiàn)最佳性(xìng)能指标(biāo)。最近，美國Ｂ＆Ｋ公司(sī)已開發出(chū)一種(zhǒng)基于軟件設置的teds型虛拟(nǐ)傳感(gǎn)器，其(qí)主要(yào)特(tè)點(diǎn)是每隻傳(chuán)感器都有唯(wéi)一的産品序(xù)列号并且(qiě)附帶一張軟盤(pán)，軟盤上(shàng)存儲着(zhe)對該傳(chuán)感器進(jìn)行标(biāo)定(dìng)的有關(guān)數據。使用時，傳(chuán)感(gǎn)器(qì)通過數據(jù)采集器接至計(jì)算機，首先(xiān)從計(jì)算機(jī)輸入該傳感器(qì)的産品序列号，再(zài)從軟盤(pán)上讀出有關數(shù)據，然後自(zì)動完(wán)成對(duì)傳感(gǎn)器的(de)檢查、傳感器參數(shù)的讀(dú)取(qǔ)、傳感(gǎn)器設置和記錄(lù)工作(zuò)。

(2)網絡(luò)溫度(dù)傳感器(qì)
網絡溫(wēn)度傳感器是包含數(shù)字傳(chuán)感器(qì)、網絡接口和處(chù)理單元的(de)新一(yī)代智能(néng)傳感器(qì)。數字傳感器首(shǒu)先将(jiāng)被測溫度(dù)轉換成數字量(liàng)，再送給微控制(zhì)器作數據處理(lǐ)。最後(hòu)将測量結(jié)果傳輸(shū)給(gěi)網絡(luò)，以便(biàn)實現(xiàn)各傳(chuán)感器(qì)之間(jiān)、傳感(gǎn)器與(yǔ)執行器之(zhī)間、傳感器與系(xì)統之(zhī)間的數據(jù)交換及資(zī)源共(gòng)享，在(zài)更換(huàn)傳感(gǎn)器時無須(xū)進行(háng)标定和(hé)校(xiào)準，可(kě)做到(dào)“即插即用(yòng)(plug&play)”，這樣(yàng)就極(jí)大地(dì)方便了用戶。

2.6單(dān)片測溫(wēn)系統
單(dān)片系(xì)統(tǒng)(system on chip)是(shì)21世紀一項(xiàng)高新科技(jì)産品。它是(shì)在芯片上(shàng)集(jí)成(chéng)一個(gè)系統(tǒng)或(huò)子(zǐ)系統(tǒng)，其集(jí)成度将高(gāo)達108~109元(yuán)件/片(piàn)，這将給ic産業及ic應用(yòng)帶來劃時(shí)代的進步(bù)。半導體工(gōng)業協(xié)會(sia)對(duì)單片系統(tǒng)集成所作(zuò)的預測見(jiàn)表1。目前，國(guó)際(jì)上(shàng)一些(xiē)著名的ic廠家已(yǐ)開始研制單片(piàn)測溫系統，相信(xìn)在不久(jiǔ)的将來即可面市(shì)。

表1單(dān)片系(xì)統(tǒng)集成電(diàn)路的發(fā)展預測(cè)
年 份(fèn) 2001 2002 2007 2010
最小(xiǎo)線寬(kuān)/um 0.18 0.13 0.1 0.07
包含晶體(tǐ)管數(shù)量/片 1.3x108 2.5x108 5x108 9x108
成(chéng)本(běn)/(晶體(tǐ)管/毫(háo)美(měi)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i/o數 2000 2600 3600 4800