現代信息技術(shù)的三大(dà)基礎是信息采(cǎi)集(即傳(chuán)感器技術)、信息傳輸(通信技術(shù))和信(xìn)息處理(計(jì)算機技術(shù))。傳感(gǎn)器屬于(yú)信息技術的前沿尖端産品，尤其是溫(wēn)度傳感器(qì)被廣泛用(yòng)于(yú)工農業生産、科學研究(jiū)和生(shēng)活等領域(yù)，數量(liàng)高居各種(zhǒng)傳感器(qì)之首。近百年來，溫度傳感器的(de)發展大(dà)緻經(jīng)曆(lì)了(le)以下三個階段；(1)傳統(tǒng)的分立式(shì)溫度(dù)傳感器(含(hán)敏感(gǎn)元件)；(2)模拟集成(chéng)溫度(dù)傳感(gǎn)器／控(kòng)制器；(3)智(zhì)能(néng)溫度(dù)傳感器。目(mù)前，國(guó)際上新(xīn)型(xíng)溫度(dù)傳感器(qì)正(zhèng)從模(mó)拟式(shì)向數字式(shì)、由集(jí)成化向智(zhì)能化、網絡化的(de)方向發展(zhǎn)。

１集成(chéng)溫度(dù)傳(chuán)感器的産品分(fèn)類
1.1模拟(nǐ)集(jí)成溫度傳感(gǎn)器
集成傳感器(qì)是采用矽(xī)半導體集成(chéng)工藝而(ér)制成(chéng)的(de)，因(yīn)此亦稱矽傳感器或(huò)單片集成溫度(dù)傳感器。模拟集(jí)成溫度傳感器(qì)是在(zài)20世紀80年代(dài)問世(shì)的，它(tā)是将(jiāng)溫度傳感(gǎn)器集(jí)成在(zài)一個芯片上、可(kě)完(wán)成(chéng)溫度(dù)測量及(jí)模拟信号輸出功能的(de)專用(yòng)ic。模拟(nǐ)集成(chéng)溫度傳(chuán)感(gǎn)器的主要(yào)特點(diǎn)是功(gōng)能單(dān)一(僅測量溫度)、測(cè)溫誤差(chà)小、價(jià)格低、響應(yīng)速度快、傳輸距(jù)離遠、體積小、微(wēi)功耗等，适合遠(yuǎn)距離測溫、控溫(wēn)，不需要進(jìn)行(háng)非(fēi)線性校(xiào)準(zhǔn)，外圍(wéi)電路簡單。它是(shì)目前(qián)在國内外(wài)應(yīng)用最爲普遍(biàn)的一種集成傳(chuán)感器，典型(xíng)産品(pǐn)有ad590、ad592、tmp17、lm135等(děng)。

1.2模拟集成(chéng)溫度(dù)控制(zhì)器
模拟集(jí)成(chéng)溫度控(kòng)制器主要(yào)包(bāo)括溫控開(kāi)關(guān)、可編(biān)程溫度(dù)控制器(qì)，典型(xíng)産品有lm56、ad22105和(hé)max6509。某些增強型集(jí)成溫度控(kòng)制器(qì)(例如tc652/653)中還包含(hán)了a/d轉換器以及(jí)固化(huà)好的程序(xù)，這(zhè)與智能(néng)溫度(dù)傳感(gǎn)器有某些(xiē)相似之處。但它(tā)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。

1.3智能(néng)溫度(dù)傳感(gǎn)器
智能溫(wēn)度傳(chuán)感器(亦稱(chēng)數字(zì)溫度(dù)傳感(gǎn)器)是在20世紀90年代中期問世的(de)。它是(shì)微電(diàn)子技(jì)術、計(jì)算機技術(shù)和自動測試技(jì)術(ate)的結晶。目(mù)前(qián)，國際上已(yǐ)開發(fā)出多種智能溫(wēn)度傳(chuán)感器系列(liè)産品(pǐn)。智能(néng)溫度(dù)傳感(gǎn)器内部都(dōu)包含溫度(dù)傳感(gǎn)器、a/d轉換器(qì)、信号(hào)處理器、存儲器(qì)(或寄存器)和接口電路。有的(de)産(chǎn)品還帶(dài)多路選擇器、中央控制(zhì)器(cpu)、随機存(cún)取存(cún)儲器(ram)和隻讀存(cún)儲器(qì)(rom)。智能溫(wēn)度傳感(gǎn)器(qì)的特點(diǎn)是能輸出(chū)溫度(dù)數據(jù)及相關的溫度控制量，适(shì)配各種微(wēi)控制器(mcu)；并(bìng)且(qiě)它(tā)是在(zài)硬件的基礎上(shàng)通過軟(ruǎn)件(jiàn)來實(shí)現測試(shì)功能的(de)，其智能(néng)化(huà)程度(dù)也取決于(yú)軟件(jiàn)的開(kāi)發(fā)水(shuǐ)平。

2智能溫(wēn)度傳(chuán)感器(qì)發展的新(xīn)趨勢(shì)
進入(rù)21世紀(jì)後，智(zhì)能溫度傳感器正朝着高精度(dù)、多功能、總(zǒng)線标(biāo)準化(huà)、高可靠性(xìng)及安全性、開發虛拟傳感器和(hé)網絡傳感(gǎn)器、研(yán)制單(dān)片測溫系(xì)統(tǒng)等(děng)高科(kē)技的(de)方向(xiàng)迅速發(fā)展(zhǎn)。

2.1提高(gāo)測溫精度和分辨(biàn)力
在20世(shì)紀90年(nián)代中期最(zuì)早推出的(de)智能(néng)溫度傳感(gǎn)器(qì)，采(cǎi)用的(de)是8位a/d轉換(huàn)器，其測(cè)溫精度(dù)較低，分辨(biàn)力隻(zhī)能達到1°c。目(mù)前，國(guó)外已(yǐ)相繼(jì)推出(chū)多種高精度、高(gāo)分辨力(lì)的智能(néng)溫度傳感器，所用(yòng)的(de)是9~12位a/d轉換(huàn)器，分辨力一(yī)般(bān)可達0.5~0.0625°c。由美國dallas半(bàn)導體(tǐ)公司(sī)新研制的(de)ds1624型高(gāo)分辨(biàn)力智(zhì)能溫(wēn)度傳(chuán)感器，能輸出13位二進制(zhì)數(shù)據，其(qí)分辨(biàn)力高(gāo)達0.03125°c，測(cè)溫精(jīng)度爲(wèi)±0.2°c。爲了(le)提(tí)高多通道智(zhì)能溫度(dù)傳感(gǎn)器的轉(zhuǎn)換速率，也(yě)有的芯片采用(yòng)高速(sù)逐次逼近(jìn)式a/d轉換器。以ad7817型(xíng)5通道智能溫度傳感器(qì)爲例，它對本地(dì)傳感器(qì)、每一路遠(yuǎn)程傳感器的(de)轉換時(shí)間分(fèn)别僅爲(wèi)27us、9us。

2.2增加測試(shì)功(gōng)能
新型智能溫度傳(chuán)感器的(de)測試功(gōng)能也在不斷增(zēng)強。例如，ds1629型單(dān)線(xiàn)智能溫度(dù)傳感器增(zēng)加了實時(shí)日曆(lì)時(shí)鍾(zhōng)（rtc），使其(qí)功能(néng)更加完善(shàn)。ds1624還增(zēng)加了(le)存(cún)儲功能，利用芯片(piàn)内部256字(zì)節的e2prom存(cún)儲器(qì)，可存儲用(yòng)戶的短信息。另外，智(zhì)能溫度傳(chuán)感器正從單通(tōng)道向(xiàng)多通道的(de)方向發展(zhǎn)，這就(jiù)爲研制和開發(fā)多路溫度(dù)測控(kòng)系統(tǒng)創造了良好條件(jiàn)。?br>

智(zhì)能溫度傳感(gǎn)器都具(jù)有多(duō)種工作模(mó)式可(kě)供選擇，主(zhǔ)要包括單(dān)次轉(zhuǎn)換模式、連續轉(zhuǎn)換模(mó)式、待(dài)機模式(shì)，有(yǒu)的還增加(jiā)了低溫(wēn)極(jí)限擴展模(mó)式，操作非常簡便。對某些(xiē)智能溫度傳感(gǎn)器而言，主(zhǔ)機(外(wài)部微處理器(qì)或(huò)單片機(jī))還可通(tōng)過相(xiàng)應(yīng)的(de)寄存(cún)器來(lái)設定(dìng)其a/d轉換速率(典(diǎn)型産(chǎn)品爲max6654)，分辨力及最大轉換(huàn)時間(jiān)(典型産品爲ds1624)。

能溫度控(kòng)制器是(shì)在智(zhì)能溫(wēn)度傳(chuán)感器(qì)的基礎上(shàng)發展而(ér)成(chéng)的。典(diǎn)型産品有ds1620、ds1623、tcn75、lm76、max6625。智能(néng)溫度控制器适(shì)配各種(zhǒng)微控制(zhì)器，構成智能(néng)化(huà)溫控(kòng)系統(tǒng)；它們(men)還可以(yǐ)脫(tuō)離微(wēi)控制器單獨工(gōng)作，自行構成一(yī)個溫控儀(yí)。

2.3總(zǒng)線(xiàn)技術的标(biāo)準化(huà)與規範化
目前，智能(néng)溫度傳感(gǎn)器(qì)的總線技術(shù)也實(shí)現了(le)标準(zhǔn)化、規(guī)範化，所采用的(de)總線主要有單線(1-wire)總線、i2c總(zǒng)線、smbus總線和spi總線。溫度傳感器作爲從機可通過(guò)專用(yòng)總(zǒng)線接口(kǒu)與主機進行通信。

2.4可靠性及安(ān)全性設計(jì)
傳統的a/d轉換(huàn)器(qì)大多采用積分式或(huò)逐次比較式轉(zhuǎn)換技(jì)術，其噪聲(shēng)容限(xiàn)低，抑制混(hùn)疊噪聲及(jí)量化噪聲的(de)能力比(bǐ)較差。新(xīn)型智能溫度傳感器(例(lì)如tmp03/04、lm74、lm83)普遍采用了高性(xìng)能的(de)Σ－Δ式a／Ｄ轉(zhuǎn)換器(qì)，它能(néng)以很(hěn)高的采樣速率(lǜ)和(hé)很低的采樣分辨力将模拟(nǐ)信号轉換(huàn)成數(shù)字信号(hào)，再利用(yòng)過采樣、噪聲整(zhěng)形和數字濾波(bō)技術，來(lái)提高有效分(fèn)辨力(lì)。Σ－Δ式a／d轉(zhuǎn)換器(qì)不(bú)僅(jǐn)能濾除量化(huà)噪聲，而(ér)且對(duì)外圍(wéi)元件(jiàn)的精(jīng)度要求低；由于采用了數(shù)字反饋方式，因(yīn)此比(bǐ)較器的失調電壓及零點(diǎn)漂移都不會影(yǐng)響溫度的(de)轉換精度。這種(zhǒng)智能溫度(dù)傳感器兼有抑(yì)制串(chuàn)模幹(gàn)擾能(néng)力強、分辨(biàn)力高、線(xiàn)性(xìng)度好(hǎo)、成本低等優點(diǎn)。

爲了避免(miǎn)在溫控系(xì)統受到噪(zào)聲幹擾時(shí)産生(shēng)誤動作，在ad7416/7417/7817、lm75／76、max6625／6626等智(zhì)能溫度傳(chuán)感器(qì)的内(nèi)部，都(dōu)設置(zhì)了(le)一個可編程(chéng)的“故障(zhàng)排隊(faultqueue)”計(jì)數器，專用于設(shè)定允許(xǔ)被測溫(wēn)度值超(chāo)過上、下(xià)限的次數。僅當(dāng)被測溫度連續(xù)超過上限(xiàn)或低(dī)于下限(xiàn)的次數(shù)達到(dào)或超過所(suǒ)設定(dìng)的次數n(n=1~4)時(shí)，才能觸發中斷端。若故(gù)障次數(shù)不滿足(zú)上(shàng)述條(tiáo)件或故(gù)障(zhàng)不是(shì)連(lián)續發生的，故(gù)障計數(shù)器就複(fú)位而不會觸發(fā)中斷端(duān)。這意味(wèi)着假(jiǎ)定n=3時(shí)，那麽(me)偶然(rán)受到一次(cì)或兩(liǎng)次噪聲(shēng)幹(gàn)擾，都不會(huì)影響(xiǎng)溫控系統的正常工作。

lm76型(xíng)智能(néng)溫度傳感(gǎn)器增(zēng)加了溫(wēn)度窗(chuāng)口(kǒu)比較器，非常适合設計(jì)一(yī)個符(fú)合acpi(advanced configuration and power interface，即“先進配置(zhì)與電源接口”)規(guī)範的溫(wēn)控系統(tǒng)。這種系統(tǒng)具有(yǒu)完善的過熱保(bǎo)護功能，可(kě)用來(lái)監(jiān)控筆(bǐ)記本電(diàn)腦和服務器中(zhōng)cpu及主電路的溫(wēn)度。微處(chù)理器最高可(kě)承受的工(gōng)作(zuò)溫度規定爲(wèi)th，台式(shì)計算機一般爲(wèi)75°c，高檔筆記(jì)本電(diàn)腦的專用(yòng)cpu可達(dá)100°c。一旦cpu或主(zhǔ)電(diàn)路(lù)的溫度超(chāo)出所(suǒ)設定的上(shàng)、下限時， int端(duān)立即(jí)使主機産生中斷，再通過電源控制器發出信号，迅速将主電(diàn)源關斷起到保護作用。此外，當(dāng)溫度超過cpu的極(jí)限溫度時，嚴重(zhòng)超溫(wēn)報警(jǐng)輸出(chū)端(t_crit_a)也能直接關(guān)斷主電源(yuán)，并且該端(duān)還可(kě)通過獨立(lì)的硬(yìng)件關(guān)斷電路來切斷主電(diàn)源，以防主電源控制失靈。上述(shù)三重安全(quán)性(xìng)保(bǎo)護(hù)措(cuò)施已(yǐ)成爲國際(jì)上設(shè)計溫控(kòng)系(xì)統的(de)新觀念(niàn)。

爲防止因人體靜電放電(diàn)(esd)而損壞芯片(piàn)。一些(xiē)智能溫度(dù)傳感器還增加(jiā)了esd保(bǎo)護電路，一般可承受1000~4000v的靜(jìng)電放電電壓。通(tōng)常是将人(rén)體(tǐ)等(děng)效于由100pf電容和(hé)1.2k歐姆電(diàn)阻串聯而成(chéng)的電路模(mó)型，當人體放電(diàn)時，tcn75型智能溫度(dù)傳感器(qì)的(de)串行接口(kǒu)端、中斷／比(bǐ)較器(qì)信号輸出(chū)端和地址輸入(rù)端均可(kě)承受(shòu)1000v的靜電(diàn)放電(diàn)電壓。lm83型智能(néng)溫度傳(chuán)感器(qì)則(zé)可承受(shòu)4000v的靜(jìng)電放電電(diàn)壓。

最新開發的智能溫度傳感(gǎn)器(例(lì)如max6654、lm83)還(hái)增加了傳感(gǎn)器故障(zhàng)檢(jiǎn)測功能，能自(zì)動檢測外(wài)部晶體管溫(wēn)度(dù)傳感(gǎn)器(亦稱遠(yuǎn)程傳感器(qì))的開路或(huò)短路故障。max6654還具(jù)有選擇“寄生阻(zǔ)抗抵消”(parasitic resistance cancellation，英(yīng)文縮(suō)寫爲prc)模式，能抵(dǐ)消遠程傳感器(qì)引線(xiàn)阻抗所引(yǐn)起的測溫(wēn)誤差(chà)，即使引(yǐn)線阻抗達到100歐姆，也不(bú)會影(yǐng)響(xiǎng)測(cè)量精(jīng)度。遠程(chéng)傳感器(qì)引線可采用(yòng)普(pǔ)通雙(shuāng)絞線(xiàn)或者(zhě)帶屏蔽(bì)層的雙(shuāng)絞線。

2.5虛拟(nǐ)溫度(dù)傳(chuán)感(gǎn)器和網絡(luò)溫度傳感器
(1)虛(xū)拟傳感器
虛拟(nǐ)傳感器(qì)是基于(yú)傳感(gǎn)器硬件和(hé)計算機平(píng)台、并(bìng)通過軟(ruǎn)件開發而成(chéng)的。利用軟(ruǎn)件可(kě)完成傳感(gǎn)器的标定(dìng)及校(xiào)準，以實現(xiàn)最佳(jiā)性能指标(biāo)。最近，美國Ｂ＆Ｋ公司(sī)已開(kāi)發出一種(zhǒng)基于軟件(jiàn)設置的teds型(xíng)虛拟傳(chuán)感器，其(qí)主要(yào)特(tè)點是(shì)每(měi)隻傳感(gǎn)器都有(yǒu)唯一(yī)的(de)産品序(xù)列号并且(qiě)附帶一張軟盤，軟盤(pán)上存(cún)儲着對該(gāi)傳感(gǎn)器(qì)進(jìn)行标(biāo)定的有關數據(jù)。使用(yòng)時，傳感器通過數據(jù)采集(jí)器接至計算機(jī)，首先從計(jì)算機(jī)輸入該(gāi)傳感器(qì)的産(chǎn)品序(xù)列号(hào)，再(zài)從(cóng)軟盤(pán)上讀(dú)出有關數據，然(rán)後自動完成對(duì)傳感器的檢查(chá)、傳感(gǎn)器參(cān)數的讀取、傳感器設(shè)置和記錄工(gōng)作(zuò)。

(2)網絡溫度傳感器
網(wǎng)絡溫度傳(chuán)感器(qì)是包(bāo)含數字傳(chuán)感器、網絡(luò)接口和處(chù)理單元的(de)新一(yī)代智(zhì)能傳感器(qì)。數字傳感(gǎn)器首先将(jiāng)被測溫度(dù)轉換(huàn)成數(shù)字量，再(zài)送給微(wēi)控制(zhì)器作數據處(chù)理。最後(hòu)将測(cè)量結果傳輸(shū)給(gěi)網(wǎng)絡，以便(biàn)實現(xiàn)各傳感器(qì)之間(jiān)、傳(chuán)感(gǎn)器與(yǔ)執行器之間、傳(chuán)感器與系統之(zhī)間的(de)數據(jù)交換(huàn)及資源共享，在更換傳(chuán)感(gǎn)器時(shí)無須(xū)進行标定(dìng)和校(xiào)準，可做到(dào)“即插即用(plug&play)”，這樣(yàng)就極大地方便了用戶(hù)。

2.6單片測(cè)溫系統(tǒng)
單片系(xì)統(system on chip)是21世紀一項(xiàng)高新科技産品(pǐn)。它是在芯片上(shàng)集成一個系統或子(zǐ)系統(tǒng)，其集(jí)成度(dù)将(jiāng)高達108~109元件/片(piàn)，這将給ic産(chǎn)業及ic應用帶來(lái)劃時(shí)代的進步(bù)。半導體工業協(xié)會(sia)對(duì)單片系統(tǒng)集成所作的預(yù)測見(jiàn)表1。目前，國(guó)際上一些(xiē)著名(míng)的ic廠(chǎng)家已開始(shǐ)研制單片測溫系統(tǒng)，相信在不(bú)久的将(jiāng)來(lái)即可面市。

表1單片系統集成(chéng)電(diàn)路的(de)發展(zhǎn)預測(cè)
年 份 2001 2002 2007 2010
最(zuì)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/(晶體管/毫美分(fèn)) 0.2 0.1 0.05 0.02
芯片尺寸/mm2 750 900 1100 1400
電源電壓/v 1.8 1.5 1.2 0.9
新片(piàn)i/o數 2000 2600 3600 4800