現代信息技術(shù)的三大基(jī)礎是(shì)信息(xī)采集(即傳(chuán)感器技術)、信息傳輸(shū)(通信(xìn)技術(shù))和信息處理(計(jì)算機(jī)技(jì)術)。傳感(gǎn)器屬于信(xìn)息技(jì)術的前(qián)沿尖端産品，尤其是溫(wēn)度傳(chuán)感器被廣(guǎng)泛用于工農業(yè)生産(chǎn)、科(kē)學研究和生活等領域，數量(liàng)高居各種(zhǒng)傳感器之首。近(jìn)百年(nián)來，溫度傳(chuán)感器的發(fā)展大(dà)緻經曆了以下(xià)三個(gè)階(jiē)段；(1)傳統的分(fèn)立(lì)式溫度(dù)傳感(gǎn)器(含(hán)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(qì)。目前，國(guó)際上(shàng)新型(xíng)溫度(dù)傳感器(qì)正從模拟式(shì)向數(shù)字式、由集成化(huà)向智(zhì)能化(huà)、網(wǎng)絡化的方向發展(zhǎn)。

１集成溫度傳(chuán)感器的(de)産品分類(lèi)
1.1模拟集成溫度傳感(gǎn)器
集(jí)成傳感(gǎn)器(qì)是采(cǎi)用矽半導(dǎo)體集成工(gōng)藝而(ér)制成的，因此亦(yì)稱矽傳感(gǎn)器或(huò)單片集成溫度傳感器(qì)。模拟集(jí)成溫度(dù)傳感器(qì)是在(zài)20世(shì)紀80年代(dài)問世(shì)的(de)，它是将(jiāng)溫度(dù)傳感器集(jí)成在(zài)一個芯片上、可完(wán)成(chéng)溫度測量(liàng)及模拟信号輸出功(gōng)能的(de)專用(yòng)ic。模(mó)拟集成溫度(dù)傳(chuán)感(gǎn)器的(de)主要特點是功(gōng)能單一(僅測量溫度(dù))、測(cè)溫誤差(chà)小、價(jià)格(gé)低、響應速度快、傳(chuán)輸距離遠、體積小、微功耗等，适合遠(yuǎn)距離(lí)測溫、控溫，不需(xū)要進行(háng)非(fēi)線性校(xiào)準，外圍(wéi)電路簡單。它是(shì)目前在國内外(wài)應用(yòng)最(zuì)爲普遍(biàn)的一種集(jí)成傳感器，典型産品(pǐn)有ad590、ad592、tmp17、lm135等。

1.2模(mó)拟集成溫度(dù)控制器
模(mó)拟(nǐ)集(jí)成溫(wēn)度控(kòng)制器(qì)主要包括(kuò)溫控開(kāi)關、可編程溫(wēn)度控制器(qì)，典型産品有lm56、ad22105和(hé)max6509。某些增強(qiáng)型集(jí)成溫度控(kòng)制(zhì)器(qì)(例如tc652/653)中還包含(hán)了a/d轉換器(qì)以及(jí)固化(huà)好的程序(xù)，這與智能溫度(dù)傳感(gǎn)器有某些(xiē)相似(sì)之(zhī)處(chù)。但它自成系統，工作(zuò)時并(bìng)不受微處理器的控(kòng)制，這(zhè)是二者的主要(yào)區别(bié)。

1.3智(zhì)能溫度(dù)傳感(gǎn)器
智(zhì)能溫(wēn)度傳感(gǎn)器(亦稱數字溫(wēn)度傳感(gǎn)器)是(shì)在20世紀90年(nián)代中(zhōng)期問(wèn)世的(de)。它是微電(diàn)子技(jì)術、計算機(jī)技術(shù)和自動測試技(jì)術(ate)的(de)結晶。目前，國際(jì)上已開發(fā)出多種智能溫(wēn)度傳(chuán)感器系列(liè)産品。智能溫度(dù)傳感器(qì)内部都(dōu)包含溫(wēn)度傳感(gǎn)器、a/d轉(zhuǎn)換(huàn)器、信号處理器、存儲器(或寄存(cún)器(qì))和接(jiē)口電(diàn)路。有的産(chǎn)品還(hái)帶多路選(xuǎn)擇器、中(zhōng)央(yāng)控制(zhì)器(cpu)、随(suí)機存取存(cún)儲器(ram)和隻讀存(cún)儲器(qì)(rom)。智(zhì)能溫度(dù)傳感器的(de)特點是能輸(shū)出溫度(dù)數據及(jí)相(xiàng)關的溫度控制(zhì)量，适(shì)配各種微(wēi)控制器(mcu)；并且(qiě)它是在硬件(jiàn)的基(jī)礎上通過(guò)軟件來實(shí)現測試(shì)功(gōng)能的(de)，其智(zhì)能(néng)化(huà)程度也取決(jué)于(yú)軟件(jiàn)的開(kāi)發(fā)水平。

2智(zhì)能溫(wēn)度傳(chuán)感器(qì)發展的新趨勢(shì)
進入21世(shì)紀(jì)後，智能溫(wēn)度傳(chuán)感器(qì)正朝着(zhe)高精度(dù)、多功能、總線标(biāo)準化、高可(kě)靠性(xìng)及安(ān)全性、開(kāi)發(fā)虛拟傳感(gǎn)器和(hé)網絡傳感器、研(yán)制單片測溫系(xì)統等高科技的(de)方向迅速發展。

2.1提高(gāo)測溫精度(dù)和分辨(biàn)力(lì)
在20世(shì)紀90年(nián)代中期最早推出(chū)的(de)智能(néng)溫度傳感器，采(cǎi)用的是8位a/d轉換(huàn)器，其測溫精度較低(dī)，分辨(biàn)力隻能達到1°c。目前，國(guó)外已相繼推出(chū)多種高(gāo)精(jīng)度、高(gāo)分辨(biàn)力的智能溫度(dù)傳感(gǎn)器，所(suǒ)用(yòng)的(de)是9~12位(wèi)a/d轉換(huàn)器，分辨力一(yī)般(bān)可達(dá)0.5~0.0625°c。由(yóu)美(měi)國dallas半導體公司(sī)新研(yán)制的ds1624型(xíng)高分辨(biàn)力(lì)智能(néng)溫度傳(chuán)感器，能(néng)輸出13位(wèi)二進制數據，其(qí)分辨(biàn)力高達0.03125°c，測溫精度爲±0.2°c。爲了(le)提(tí)高(gāo)多通(tōng)道智(zhì)能溫度傳感器(qì)的轉(zhuǎn)換(huàn)速(sù)率，也(yě)有的(de)芯片采用(yòng)高速(sù)逐(zhú)次(cì)逼近式a/d轉(zhuǎn)換器。以ad7817型(xíng)5通道(dào)智能(néng)溫度傳感器爲例，它(tā)對本地傳感器、每一路(lù)遠(yuǎn)程傳(chuán)感(gǎn)器的轉(zhuǎn)換時(shí)間分别僅爲27us、9us。

2.2增(zēng)加測試(shì)功(gōng)能
新型智(zhì)能溫度傳(chuán)感器(qì)的測(cè)試功能也(yě)在不斷增(zēng)強。例如(rú)，ds1629型單線智能溫度(dù)傳感(gǎn)器增(zēng)加(jiā)了實時(shí)日曆時鍾(zhōng)（rtc），使其(qí)功能更加完善。ds1624還增(zēng)加了存儲(chǔ)功能，利用芯片内部256字(zì)節的e2prom存(cún)儲器，可存儲用(yòng)戶的短信息。另(lìng)外，智能溫度傳感器正(zhèng)從(cóng)單通(tōng)道向多(duō)通(tōng)道的方向(xiàng)發展，這就(jiù)爲研制和開發(fā)多路(lù)溫度(dù)測控(kòng)系統創造了良好條(tiáo)件(jiàn)。?br>

智能溫(wēn)度傳感器都具(jù)有多種工(gōng)作模(mó)式可供選(xuǎn)擇，主(zhǔ)要包括單(dān)次轉(zhuǎn)換模式、連續轉換模式、待機模(mó)式，有的還增加了低溫極限擴(kuò)展模式，操(cāo)作非常簡便(biàn)。對某些智能溫度傳感(gǎn)器而言，主機(外(wài)部微處(chù)理器或單片機)還可通過相(xiàng)應(yīng)的寄存器來(lái)設定其a/d轉(zhuǎn)換速率(典型産品爲max6654)，分(fèn)辨力及(jí)最大轉換時間(jiān)(典型産品爲ds1624)。

能(néng)溫度控制器是(shì)在智能溫度傳(chuán)感器的基(jī)礎上發展(zhǎn)而成的。典(diǎn)型産(chǎn)品(pǐn)有ds1620、ds1623、tcn75、lm76、max6625。智能(néng)溫度(dù)控制器适(shì)配(pèi)各種微控制(zhì)器，構成智能化(huà)溫控系(xì)統；它們(men)還可以脫(tuō)離微(wēi)控制器(qì)單獨工作，自(zì)行構成一(yī)個溫控儀。

2.3總(zǒng)線(xiàn)技術(shù)的标(biāo)準化(huà)與規範(fàn)化(huà)
目前(qián)，智能(néng)溫(wēn)度傳感器的(de)總線技術(shù)也實(shí)現了标準(zhǔn)化、規(guī)範化(huà)，所采用的總(zǒng)線主要(yào)有單(dān)線(1-wire)總(zǒng)線、i2c總線、smbus總線和spi總線(xiàn)。溫度傳感(gǎn)器作(zuò)爲從機可(kě)通過專用總線接口與主(zhǔ)機進行通(tōng)信。

2.4可(kě)靠性及安(ān)全性(xìng)設計
傳(chuán)統(tǒng)的a/d轉換(huàn)器(qì)大多采用(yòng)積分式或(huò)逐次比較式轉(zhuǎn)換技術(shù)，其噪聲(shēng)容限(xiàn)低，抑制(zhì)混(hùn)疊噪(zào)聲及量化(huà)噪聲的能(néng)力比較差。新型智能溫度傳(chuán)感器(例(lì)如tmp03/04、lm74、lm83)普遍采用了高性能的Σ－Δ式a／Ｄ轉換器，它(tā)能以很(hěn)高的(de)采(cǎi)樣(yàng)速率(lǜ)和很低的采樣(yàng)分辨力将(jiāng)模拟(nǐ)信号(hào)轉換(huàn)成數字信号，再利用(yòng)過采樣、噪聲整(zhěng)形(xíng)和數字(zì)濾波(bō)技術(shù)，來(lái)提高(gāo)有(yǒu)效分辨力。Σ－Δ式a／d轉換器不僅能濾(lǜ)除量(liàng)化(huà)噪(zào)聲，而且對(duì)外圍元件(jiàn)的精度要(yào)求(qiú)低(dī)；由于(yú)采(cǎi)用了數(shù)字反饋方式，因此比較器(qì)的失調(diào)電壓及(jí)零點(diǎn)漂移都不會影(yǐng)響溫度(dù)的轉換精度(dù)。這種智能(néng)溫度傳(chuán)感器兼(jiān)有抑制串(chuàn)模幹(gàn)擾能力強、分(fèn)辨(biàn)力高、線性度好(hǎo)、成本低等優點。

爲了(le)避免(miǎn)在溫控系統受到噪(zào)聲幹擾時(shí)産生(shēng)誤動作，在(zài)ad7416/7417/7817、lm75／76、max6625／6626等智(zhì)能溫度(dù)傳感器(qì)的内(nèi)部，都(dōu)設置(zhì)了(le)一個可編程(chéng)的“故障(zhàng)排(pái)隊(faultqueue)”計數器(qì)，專用(yòng)于設(shè)定允許被測溫(wēn)度值(zhí)超過上、下(xià)限的次數(shù)。僅當被測(cè)溫度連續(xù)超過上限或低(dī)于下限的次數(shù)達到或超(chāo)過所設定的次(cì)數n(n=1~4)時(shí)，才能觸發(fā)中斷(duàn)端。若故(gù)障次數(shù)不滿足上述條件或故(gù)障(zhàng)不是連續發生(shēng)的，故(gù)障計數器(qì)就複(fú)位而不會(huì)觸發(fā)中斷端。這意味(wèi)着假定n=3時，那麽偶然(rán)受到一次(cì)或兩(liǎng)次噪聲幹(gàn)擾，都不會影響(xiǎng)溫控系統(tǒng)的正(zhèng)常工作。

lm76型智能(néng)溫度傳感(gǎn)器增(zēng)加了溫度(dù)窗口(kǒu)比較器，非(fēi)常适合設(shè)計一(yī)個符(fú)合acpi(advanced configuration and power interface，即“先進配置(zhì)與電(diàn)源接口”)規(guī)範的溫控系統。這種系統(tǒng)具有(yǒu)完善的(de)過熱保護功能，可(kě)用來(lái)監控(kòng)筆記(jì)本電(diàn)腦和(hé)服務器中(zhōng)cpu及主電路(lù)的溫度。微處(chù)理器最(zuì)高可承受的工作(zuò)溫度規(guī)定爲(wèi)th，台式計(jì)算(suàn)機一般爲75°c，高檔筆記(jì)本電腦的(de)專用(yòng)cpu可達100°c。一旦cpu或主(zhǔ)電路的(de)溫(wēn)度超(chāo)出所(suǒ)設(shè)定的(de)上、下限(xiàn)時， int端(duān)立即使主(zhǔ)機産生中斷，再通過電源控制(zhì)器發出信(xìn)号，迅(xùn)速将主電源關(guān)斷起到保(bǎo)護作用(yòng)。此外，當(dāng)溫度(dù)超(chāo)過cpu的極(jí)限溫度時，嚴重(zhòng)超溫報警輸出(chū)端(t_crit_a)也能直接關(guān)斷主電源(yuán)，并且(qiě)該端還可通過(guò)獨立(lì)的硬件關(guān)斷電路來(lái)切斷(duàn)主電(diàn)源，以(yǐ)防主(zhǔ)電源控制失靈。上述(shù)三重安全性保護措施已(yǐ)成爲國(guó)際(jì)上(shàng)設(shè)計溫控系統的(de)新觀(guān)念(niàn)。

爲(wèi)防止(zhǐ)因人體靜電放(fàng)電(esd)而(ér)損壞芯片(piàn)。一些(xiē)智能(néng)溫度傳感(gǎn)器還增加(jiā)了esd保護(hù)電路，一(yī)般可(kě)承(chéng)受1000~4000v的靜(jìng)電(diàn)放電電(diàn)壓。通(tōng)常是将(jiāng)人體等(děng)效于由100pf電容和(hé)1.2k歐姆電阻串聯(lián)而成(chéng)的電路模(mó)型(xíng)，當人體(tǐ)放電(diàn)時，tcn75型智(zhì)能溫度傳感(gǎn)器的串行(háng)接口端(duān)、中(zhōng)斷／比(bǐ)較器(qì)信号(hào)輸出(chū)端和地址(zhǐ)輸入端均可承受1000v的(de)靜電放電(diàn)電壓。lm83型智能溫度傳(chuán)感器(qì)則可承受4000v的靜電放(fàng)電電(diàn)壓。

最新開發的(de)智能溫度傳感(gǎn)器(例如(rú)max6654、lm83)還增加(jiā)了傳(chuán)感器故障檢測(cè)功能(néng)，能自(zì)動檢測(cè)外部晶體管溫度(dù)傳感(gǎn)器(亦稱遠程傳(chuán)感器(qì))的開路或短路故障。max6654還具(jù)有選擇“寄生阻(zǔ)抗抵(dǐ)消”(parasitic resistance cancellation，英(yīng)文縮寫爲(wèi)prc)模式，能抵(dǐ)消遠(yuǎn)程傳感器(qì)引線阻抗所引起的測溫(wēn)誤差，即使引(yǐn)線(xiàn)阻抗(kàng)達到(dào)100歐姆，也不會影響(xiǎng)測量精度。遠程(chéng)傳感器(qì)引線可采用普(pǔ)通雙絞(jiǎo)線或者(zhě)帶屏蔽(bì)層的雙(shuāng)絞線。

2.5虛拟溫度(dù)傳(chuán)感器和(hé)網絡(luò)溫度傳感(gǎn)器
(1)虛拟傳(chuán)感器(qì)
虛拟傳感器是基于(yú)傳感器硬(yìng)件和(hé)計算機平(píng)台、并(bìng)通過軟(ruǎn)件開發(fā)而成(chéng)的。利用軟(ruǎn)件可完成傳感(gǎn)器的(de)标定(dìng)及校(xiào)準，以實現最佳(jiā)性能(néng)指(zhǐ)标。最近，美國Ｂ＆Ｋ公司(sī)已開發出一種基于(yú)軟件設置(zhì)的teds型虛(xū)拟(nǐ)傳感(gǎn)器，其(qí)主要特點是(shì)每隻傳感器都有唯一的(de)産品序列号(hào)并(bìng)且附帶(dài)一(yī)張軟盤，軟盤上存(cún)儲着對(duì)該傳感器進行标(biāo)定的(de)有關(guān)數據。使用時，傳(chuán)感器通過(guò)數據采集(jí)器接至計算機，首先(xiān)從(cóng)計算機(jī)輸入該傳感器的産品序列号，再從軟盤(pán)上讀出有(yǒu)關數據，然(rán)後自動完(wán)成對(duì)傳感器(qì)的檢查、傳感器參數的讀取(qǔ)、傳感(gǎn)器設(shè)置和記錄工作。

(2)網絡溫(wēn)度(dù)傳感(gǎn)器
網絡(luò)溫(wēn)度傳(chuán)感器(qì)是包含數(shù)字傳感器(qì)、網絡(luò)接口和處理單元的新一代智能傳(chuán)感器。數字(zì)傳感(gǎn)器首(shǒu)先将被測(cè)溫度轉換(huàn)成數(shù)字量，再送給微控制器作(zuò)數據處理(lǐ)。最後(hòu)将測(cè)量結果傳(chuán)輸給網絡，以便(biàn)實現各(gè)傳感器(qì)之間、傳感(gǎn)器與執行器之間、傳(chuán)感器與系統之(zhī)間的數據(jù)交換(huàn)及資源共(gòng)享，在更換傳感器時(shí)無須進行(háng)标定(dìng)和校準(zhǔn)，可做到(dào)“即(jí)插即用(plug&play)”，這樣(yàng)就極大地方便(biàn)了用戶。

2.6單(dān)片測(cè)溫系統(tǒng)
單片系(xì)統(system on chip)是(shì)21世紀(jì)一項(xiàng)高(gāo)新科技産品(pǐn)。它是在(zài)芯片上集成(chéng)一個系統(tǒng)或子系統，其集成度将高達108~109元(yuán)件(jiàn)/片，這(zhè)将(jiāng)給ic産(chǎn)業及ic應(yīng)用帶(dài)來(lái)劃時代的(de)進步。半導(dǎo)體(tǐ)工業協(xié)會(sia)對(duì)單片系統集成(chéng)所(suǒ)作的預(yù)測見表(biǎo)1。目前，國(guó)際上(shàng)一些著名(míng)的ic廠家(jiā)已開始(shǐ)研制(zhì)單片測溫(wēn)系(xì)統(tǒng)，相信(xìn)在不(bú)久的将(jiāng)來即(jí)可(kě)面市。

表1單(dān)片系(xì)統集成(chéng)電(diàn)路的發展預測(cè)
年 份(fèn) 2001 2002 2007 2010
最小線寬/um 0.18 0.13 0.1 0.07
包含(hán)晶體(tǐ)管數量/片(piàn) 1.3x108 2.5x108 5x108 9x108
成本/(晶(jīng)體管/毫美分) 0.2 0.1 0.05 0.02
芯片(piàn)尺寸(cùn)/mm2 750 900 1100 1400
電源電壓(yā)/v 1.8 1.5 1.2 0.9
新片(piàn)i/o數 2000 2600 3600 4800