現代信息技術(shu)的三大基礎是(shì)信息采集(即傳(chuan)感器技術)、信息(xi)傳輸(通信技術(shu))和信息處理(計(jì)算機技術)。傳感(gan)器屬于信息技(jì)術的前沿尖端(duan)産品，尤其是溫(wen)度傳感器被廣(guǎng)泛用于工農業(yè)生産、科學研究(jiū)和生活等領域(yu)，數量高居各種(zhong)傳感器之首。近(jin)百年來，溫度傳(chuan)感器的發展大(dà)緻經曆了以下(xià)三個階段；(1)傳統(tǒng)的分立式溫度(dù)傳感器(含敏感(gǎn)元件)；(2)模拟集成(cheng)溫度傳感器／控(kong)制器；(3)智能溫度(du)傳感器。目前，國(guó)際上新型溫度(du)傳感器正從模(mo)拟式向數字式(shì)、由集成化向智(zhì)能化、網絡化的(de)方向發展。

１集成(chéng)溫度傳感器的(de)産品分類
1.1模拟(ni)集成溫度傳感(gǎn)器
集成傳感器(qì)是采用矽半導(dǎo)體集成工藝而(ér)制成的，因此亦(yi)稱矽傳感器或(huò)單片集成溫度(du)傳感器。模拟集(ji)成溫度傳感器(qi)是在20世紀80年代(dài)問世的，它是将(jiāng)溫度傳感器集(ji)成在一個芯片(piàn)上、可完成溫度(du)測量及模拟信(xin)号輸出功能的(de)專用IC。模拟集成(chéng)溫度傳感器的(de)主要特點是功(gōng)能單一(僅測量(liang)溫度)、測溫誤差(cha)小、價格低、響應(ying)速度快、傳輸距(jù)離遠、體積小、微(wēi)功耗等，适合遠(yuan)距離測溫、控溫(wēn)，不需要進行非(fei)線性校準，外圍(wéi)電路簡單。它是(shi)目前在國内外(wài)應用最爲普遍(biàn)的一種集成傳(chuan)感器，典型産品(pǐn)有AD590、AD592、TMP17、LM135等。

1.2模拟集成(cheng)溫度控制器
模(mo)拟集成溫度控(kòng)制器主要包括(kuò)溫控開關、可編(bian)程溫度控制器(qi)，典型産品有LM56、AD22105和(hé)MAX6509。某些增強型集(jí)成溫度控制器(qi)(例如TC652/653)中還包含(han)了A/D轉換器以及(ji)固化好的程序(xù)，這與智能溫度(du)傳感器有某些(xie)相似之處。但它(tā)自成系統，工作(zuò)時并不受微處(chu)理器的控制，這(zhe)是二者的主要(yao)區别。

1.3智能溫度(du)傳感器
智能溫(wēn)度傳感器(亦稱(chēng)數字溫度傳感(gǎn)器)是在20世紀90年(nián)代中期問世的(de)。它是微電子技(jì)術、計算機技術(shu)和自動測試技(jì)術(ATE)的結晶。目前(qian)，國際上已開發(fa)出多種智能溫(wēn)度傳感器系列(lie)産品。智能溫度(dù)傳感器内部都(dou)包含溫度傳感(gan)器、A/D轉換器、信号(hào)處理器、存儲器(qi)(或寄存器)和接(jiē)口電路。有的産(chǎn)品還帶多路選(xuan)擇器、中央控制(zhi)器(cpu)、随機存取存(cun)儲器(RAM)和隻讀存(cún)儲器(ROM)。智能溫度(dù)傳感器的特點(dian)是能輸出溫度(du)數據及相關的(de)溫度控制量，适(shì)配各種微控制(zhi)器(MCU)；并且它是在(zài)硬件的基礎上(shàng)通過軟件來實(shí)現測試功能的(de)，其智能化程度(du)也取決于軟件(jian)的開發水平。

2智(zhì)能溫度傳感器(qì)發展的新趨勢(shì)
進入21世紀後，智(zhi)能溫度傳感器(qi)正朝着高精度(dù)、多功能、總線标(biao)準化、高可靠性(xìng)及安全性、開發(fā)虛拟傳感器和(hé)網絡傳感器、研(yán)制單片測溫系(xi)統等高科技的(de)方向迅速發展(zhǎn)。

2.1提高測溫精度(dù)和分辨力
在20世(shi)紀90年代中期最(zuì)早推出的智能(neng)溫度傳感器，采(cai)用的是8位A/D轉換(huan)器，其測溫精度(dù)較低，分辨力隻(zhi)能達到1°C。目前，國(guó)外已相繼推出(chū)多種高精度、高(gao)分辨力的智能(néng)溫度傳感器，所(suǒ)用的是9~12位A/D轉換(huàn)器，分辨力一般(ban)可達0.5~0.0625°C。由美國DALLAS半(ban)導體公司新研(yán)制的DS1624型高分辨(biàn)力智能溫度傳(chuan)感器，能輸出13位(wei)二進制數據，其(qí)分辨力高達0.03125°C，測(cè)溫精度爲±0.2°C。爲了(le)提高多通道智(zhi)能溫度傳感器(qì)的轉換速率，也(ye)有的芯片采用(yòng)高速逐次逼近(jin)式A/D轉換器。以AD7817型(xíng)5通道智能溫度(dù)傳感器爲例，它(ta)對本地傳感器(qì)、每一路遠程傳(chuan)感器的轉換時(shi)間分别僅爲27us、9us。

2.2增(zeng)加測試功能
新(xin)型智能溫度傳(chuan)感器的測試功(gōng)能也在不斷增(zēng)強。例如，DS1629型單線(xian)智能溫度傳感(gan)器增加了實時(shi)日曆時鍾（RTC），使其(qí)功能更加完善(shan)。DS1624還增加了存儲(chu)功能，利用芯片(piàn)内部256字節的E2PROM存(cun)儲器，可存儲用(yòng)戶的短信息。另(lìng)外，智能溫度傳(chuán)感器正從單通(tōng)道向多通道的(de)方向發展，這就(jiu)爲研制和開發(fā)多路溫度測控(kòng)系統創造了良(liang)好條件。?br>

智能溫(wen)度傳感器都具(jù)有多種工作模(mo)式可供選擇，主(zhǔ)要包括單次轉(zhuǎn)換模式、連續轉(zhuǎn)換模式、待機模(mó)式，有的還增加(jiā)了低溫極限擴(kuo)展模式，操作非(fēi)常簡便。對某些(xie)智能溫度傳感(gǎn)器而言，主機(外(wài)部微處理器或(huò)單片機)還可通(tong)過相應的寄存(cun)器來設定其A/D轉(zhuǎn)換速率(典型産(chan)品爲MAX6654)，分辨力及(jí)最大轉換時間(jian)(典型産品爲DS1624)。

能(neng)溫度控制器是(shi)在智能溫度傳(chuán)感器的基礎上(shang)發展而成的。典(dian)型産品有DS1620、DS1623、TCN75、LM76、MAX6625。智能(neng)溫度控制器适(shi)配各種微控制(zhi)器，構成智能化(hua)溫控系統；它們(men)還可以脫離微(wēi)控制器單獨工(gōng)作，自行構成一(yi)個溫控儀。

2.3總線(xiàn)技術的标準化(huà)與規範化
目前(qian)，智能溫度傳感(gan)器的總線技術(shù)也實現了标準(zhǔn)化、規範化，所采(cǎi)用的總線主要(yào)有單線(1-Wire)總線、I2C總(zong)線、SMBus總線和spI總線(xiàn)。溫度傳感器作(zuo)爲從機可通過(guo)專用總線接口(kǒu)與主機進行通(tōng)信。

2.4可靠性及安(ān)全性設計
傳統(tong)的A/D轉換器大多(duo)采用積分式或(huo)逐次比較式轉(zhuǎn)換技術，其噪聲(shēng)容限低，抑制混(hun)疊噪聲及量化(huà)噪聲的能力比(bǐ)較差。新型智能(neng)溫度傳感器(例(li)如TMP12/15、LM74、LM83)普遍采用了(le)高性能的Σ－Δ式A／Ｄ轉(zhuan)換器，它能以很(hen)高的采樣速率(lü)和很低的采樣(yang)分辨力将模拟(nǐ)信号轉換成數(shu)字信号，再利用(yong)過采樣、噪聲整(zheng)形和數字濾波(bō)技術，來提高有(you)效分辨力。Σ－Δ式A／D轉(zhuan)換器不僅能濾(lü)除量化噪聲，而(ér)且對外圍元件(jiàn)的精度要求低(di)；由于采用了數(shu)字反饋方式，因(yin)此比較器的失(shī)調電壓及零點(diǎn)漂移都不會影(ying)響溫度的轉換(huan)精度。這種智能(neng)溫度傳感器兼(jiān)有抑制串模幹(gan)擾能力強、分辨(bian)力高、線性度好(hǎo)、成本低等優點(diǎn)。

爲了避免在溫(wen)控系統受到噪(zao)聲幹擾時産生(shēng)誤動作，在AD7416/7417/7817、LM75／76、MAX6625／6626等智(zhì)能溫度傳感器(qì)的内部，都設置(zhì)了一個可編程(chéng)的“故障排隊(fAultqueue)”計(ji)數器，專用于設(she)定允許被測溫(wen)度值超過上、下(xià)限的次數。僅當(dāng)被測溫度連續(xu)超過上限或低(dī)于下限的次數(shù)達到或超過所(suǒ)設定的次數n(n=1~4)時(shí)，才能觸發中斷(duàn)端。若故障次數(shu)不滿足上述條(tiáo)件或故障不是(shi)連續發生的，故(gù)障計數器就複(fú)位而不會觸發(fā)中斷端。這意味(wei)着假定n=3時，那麽(me)偶然受到一次(ci)或兩次噪聲幹(gan)擾，都不會影響(xiǎng)溫控系統的正(zheng)常工作。

LM76型智能(neng)溫度傳感器增(zeng)加了溫度窗口(kǒu)比較器，非常适(shi)合設計一個符(fú)合ACPI(AdvAnced ConfigurAtion And Power InterfAce，即“先進配置(zhì)與電源接口”)規(gui)範的溫控系統(tong)。這種系統具有(you)完善的過熱保(bǎo)護功能，可用來(lái)監控筆記本電(dian)腦和服務器中(zhong)CPU及主電路的溫(wēn)度。微處理器最(zuì)高可承受的工(gōng)作溫度規定爲(wèi)tH，台式計算機一(yi)般爲75°C，高檔筆記(jì)本電腦的專用(yong)CPU可達100°C。一旦CPU或主(zhǔ)電路的溫度超(chāo)出所設定的上(shang)、下限時， INT端立即(ji)使主機産生中(zhōng)斷，再通過電源(yuán)控制器發出信(xin)号，迅速将主電(dian)源關斷起到保(bǎo)護作用。此外，當(dāng)溫度超過CPU的極(ji)限溫度時，嚴重(zhòng)超溫報警輸出(chu)端(T_CRIT_A)也能直接關(guan)斷主電源，并且(qiě)該端還可通過(guo)獨立的硬件關(guan)斷電路來切斷(duan)主電源，以防主(zhǔ)電源控制失靈(ling)。上述三重安全(quan)性保護措施已(yǐ)成爲國際上設(shè)計溫控系統的(de)新觀念。

爲防止(zhǐ)因人體靜電放(fang)電(ESD)而損壞芯片(piàn)。一些智能溫度(dù)傳感器還增加(jiā)了ESD保護電路，一(yi)般可承受1000~4000V的靜(jìng)電放電電壓。通(tong)常是将人體等(děng)效于由100PF電容和(he)1.2K歐姆電阻串聯(lián)而成的電路模(mo)型，當人體放電(dian)時，TCN75型智能溫度(du)傳感器的串行(hang)接口端、中斷／比(bǐ)較器信号輸出(chu)端和地址輸入(ru)端均可承受1000V的(de)靜電放電電壓(yā)。LM83型智能溫度傳(chuan)感器則可承受(shòu)4000V的靜電放電電(diàn)壓。

最新開發的(de)智能溫度傳感(gan)器(例如MAX6654、LM83)還增加(jiā)了傳感器故障(zhàng)檢測功能，能自(zì)動檢測外部晶(jing)體管溫度傳感(gǎn)器(亦稱遠程傳(chuan)感器)的開路或(huo)短路故障。MAX6654還具(jù)有選擇“寄生阻(zǔ)抗抵消”(PArAsitic ResistAnce CAncellAtion，英文縮(suō)寫爲prc)模式，能抵(dǐ)消遠程傳感器(qi)引線阻抗所引(yǐn)起的測溫誤差(cha)，即使引線阻抗(kang)達到100歐姆，也不(bu)會影響測量精(jīng)度。遠程傳感器(qì)引線可采用普(pu)通雙絞線或者(zhe)帶屏蔽層的雙(shuāng)絞線。

2.5虛拟溫度(du)傳感器和網絡(luò)溫度傳感器
(1)虛(xu)拟傳感器
虛拟(ni)傳感器是基于(yu)傳感器硬件和(he)計算機平台、并(bìng)通過軟件開發(fa)而成的。利用軟(ruǎn)件可完成傳感(gǎn)器的标定及校(xiao)準，以實現最佳(jiā)性能指标。最近(jìn)，美國Ｂ＆Ｋ公司已開(kāi)發出一種基于(yú)軟件設置的TEDS型(xíng)虛拟傳感器，其(qí)主要特點是每(mei)隻傳感器都有(you)唯一的産品序(xu)列号并且附帶(dài)一張軟盤，軟盤(pan)上存儲着對該(gai)傳感器進行标(biāo)定的有關數據(ju)。使用時，傳感器(qì)通過數據采集(ji)器接至計算機(jī)，首先從計算機(ji)輸入該傳感器(qi)的産品序列号(hao)，再從軟盤上讀(du)出有關數據，然(ran)後自動完成對(duì)傳感器的檢查(chá)、傳感器參數的(de)讀取、傳感器設(shè)置和記錄工作(zuò)。

(2)網絡溫度傳感(gǎn)器
網絡溫度傳(chuan)感器是包含數(shù)字傳感器、網絡(luò)接口和處理單(dān)元的新一代智(zhì)能傳感器。數字(zì)傳感器首先将(jiang)被測溫度轉換(huan)成數字量，再送(sòng)給微控制器作(zuo)數據處理。最後(hou)将測量結果傳(chuán)輸給網絡，以便(biàn)實現各傳感器(qi)之間、傳感器與(yǔ)執行器之間、傳(chuan)感器與系統之(zhi)間的數據交換(huàn)及資源共享，在(zài)更換傳感器時(shí)無須進行标定(ding)和校準，可做到(dào)“即插即用(Plug&PlAy)”，這樣(yang)就極大地方便(bian)了用戶。

2.6單片測(ce)溫系統
單片系(xi)統(System On Chip)是21世紀一項(xiang)高新科技産品(pin)。它是在芯片上(shàng)集成一個系統(tong)或子系統，其集(ji)成度将高達108~109元(yuán)件/片，這将給IC産(chǎn)業及IC應用帶來(lái)劃時代的進步(bu)。半導體工業協(xie)會(SIA)對單片系統(tǒng)集成所作的預(yù)測見表1。目前，國(guó)際上一些著名(ming)的IC廠家已開始(shi)研制單片測溫(wēn)系統，相信在不(bu)久的将來即可(kě)面市。

表1單片系(xì)統集成電路的(de)發展預測
年 份(fen) 2001 2002 2007 2010
最小線寬/um 0.18 0.13 0.1 0.07
包含(hán)晶體管數量/片(pian) 1.3X108 2.5X108 5X108 9X108
成本/(晶體管/毫(hao)美分) 0.2 0.1 0.05 0.02
芯片尺寸(cun)/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