現(xian)代信(xin)息技(ji)術的三大(da)基礎是(shi)信(xin)息采(cai)集(即傳感器技(ji)術)、信息傳(chuan)輸(通信技術(shu))和(he)信息(xi)處理(計(ji)算(suan)機技(ji)術)。傳(chuan)感(gan)器(qi)屬于(yu)信息(xi)技術(shu)的産(chan)品，尤(you)其(qi)是(shi)溫度(du)傳感器被廣泛(fan)用于工(gong)農業生(sheng)産、生(sheng)活等(deng)領域，數量(liang)各種傳感(gan)器。近百年(nian)來，溫(wen)度傳(chuan)感器的發(fa)展大(da)緻(zhi)經(jing)曆了(le)以下(xia)三(san)個(ge)階段(duan)；(1)傳統的分(fen)立式溫度傳感(gan)器(含(han)敏感元件)；(2)模拟集成(cheng)溫度傳感(gan)器／控(kong)制器(qi)；(3)智能(neng)溫度(du)傳感器。目(mu)前，溫度(du)傳(chuan)感器正從(cong)模(mo)拟式向(xiang)數字式、由(you)集成(cheng)化向智能化、網(wang)絡化(hua)的方向發展。

１集成溫度傳(chuan)感器(qi)的産品分(fen)類
1.1模拟(ni)集成溫(wen)度傳感器(qi)
集成傳感(gan)器是采用(yong)矽半導(dao)體(ti)集成(cheng)工藝(yi)而(er)制成的(de)，因此亦(yi)稱(cheng)矽傳(chuan)感器或單片集(ji)成溫度傳(chuan)感器。模拟(ni)集成溫度(du)傳感器(qi)是(shi)在20世(shi)紀80年(nian)代問(wen)世的(de)，它是(shi)将溫(wen)度傳(chuan)感器(qi)集成在一(yi)個芯(xin)片上、可完(wan)成溫度(du)測量及(ji)拟信(xin)号輸(shu)出功(gong)能的(de)專用IC。模拟(ni)集成(cheng)溫度傳感器的主(zhu)要(yao)特點(dian)是功(gong)能(neng)單(dan)一(僅測量溫(wen)度)、測溫(wen)誤差(cha)小、價(jia)格低(di)、響應速度(du)快、傳(chuan)輸距離遠(yuan)、體積小、微(wei)功耗等，适(shi)合遠距離(li)測溫(wen)、控溫(wen)，不(bu)需要進(jin)行非(fei)線(xian)性(xing)校準，外圍電(dian)路(lu)簡單(dan)。

1.2模拟(ni)集成(cheng)溫度控制(zhi)器
模(mo)拟集(ji)成溫度(du)控(kong)制器(qi)主要包括溫控(kong)開關(guan)、可編(bian)程溫度控(kong)制(zhi)器(qi)，典型(xing)産品有LM56、AD22105和(he)MAX6509。某些(xie)增強(qiang)型集成溫(wen)度控制器(qi)(例如TC652/653)中還(hai)包含(han)了A/D轉(zhuan)換器以及(ji)固化好的(de)程序(xu)，這與(yu)智能溫度傳感器有(you)某些相似(si)之處(chu)。但它自成(cheng)系統，工(gong)作時并(bing)不受(shou)微處(chu)理器(qi)的控(kong)制(zhi)，這是二(er)者的主要(yao)區别。

1.3智能(neng)溫度傳感(gan)器
智(zhi)能溫(wen)度傳感器(亦稱數字(zi)溫度傳感(gan)器)是(shi)在20世(shi)紀(ji)90年(nian)代中(zhong)期問世(shi)的(de)。它是(shi)微電(dian)子(zi)技術、計(ji)算機技術(shu)和自動測(ce)試(shi)技(ji)術(ATE)的(de)結晶。目前(qian)，已開(kai)發出(chu)多種(zhong)智能(neng)溫度傳(chuan)感器系(xi)列産品(pin)。智(zhi)能溫(wen)度傳感(gan)器内部(bu)都包含溫(wen)度傳(chuan)感器、A/D轉(zhuan)換器、信号處(chu)理器、存儲(chu)器(或(huo)寄存(cun)器)和(he)接口電(dian)路(lu)。有的(de)産品還(hai)帶多路(lu)選擇(ze)器、控制器(qi)(cpu)、随機(ji)存取(qu)存儲(chu)器(RAM)和(he)隻讀存儲(chu)器(ROM)。智(zhi)能溫度傳(chuan)感器(qi)的特點是(shi)能輸出溫(wen)度數(shu)據及(ji)相(xiang)關的溫(wen)度控制(zhi)量(liang)，适配(pei)各種(zhong)微控(kong)制器(qi)(MCU)；并且它(ta)是(shi)在硬(ying)件的基(ji)礎上通(tong)過軟(ruan)件來(lai)實現(xian)測試功能的。

2智(zhi)能溫度傳(chuan)感器(qi)發展的新(xin)趨勢(shi)
進入21世紀(ji)後，智(zhi)能溫(wen)度傳感器(qi)正朝着精(jing)度佳、多功能、總(zong)線标(biao)準化、高可靠性及安(an)全(quan)性、開發(fa)虛拟(ni)傳感器和網絡傳感(gan)器、研(yan)制單片(pian)測溫系統等(deng)方向迅速(su)發展。

2.1提高(gao)測溫精度(du)和分(fen)辨力(li)
在20世紀90年代中期最(zui)早推(tui)出的(de)智能(neng)溫度傳感(gan)器，采(cai)用的是8位(wei)A/D轉換器(qi)，其(qi)測溫精度(du)較(jiao)低，分辨(bian)力隻(zhi)能達(da)到1°C。目(mu)前，已(yi)相(xiang)繼(ji)推出(chu)多種精度(du)佳、分(fen)辨力(li)的智能溫(wen)度傳(chuan)感(gan)器(qi)，所用(yong)的是(shi)9~12位A/D轉換器(qi)，分辨力一(yi)般可達0.5~0.0625°C。由(you)美(mei)國DALLAS半導(dao)體公司新研制的DS1624型(xing)高(gao)分辨力(li)智能溫(wen)度傳感(gan)器，能(neng)輸出13位二(er)進制數據，其分辨力(li)高(gao)達(da)0.03125°C，測溫(wen)精度(du)爲±0.2°C。爲(wei)了提高多通道智能(neng)溫度(du)傳感(gan)器的(de)轉換速率(lü)，也有(you)的芯(xin)片(pian)采(cai)用高(gao)速逐(zhu)次逼(bi)近式(shi)A/D轉換器。以(yi)AD7817型5通(tong)道智(zhi)能溫度傳(chuan)感器(qi)爲(wei)例(li)，它對(dui)本地(di)傳(chuan)感器、每(mei)一路遠(yuan)程傳感器的(de)轉(zhuan)換(huan)時間(jian)分别僅爲(wei)27us、9us。

2.2增加(jia)測試功能(neng)
新型(xing)智能溫(wen)度傳感(gan)器的(de)測試功能(neng)也在不斷增強(qiang)。例如(ru)，DS1629型單線智(zhi)能溫度傳感器(qi)增加(jia)了(le)實時日(ri)曆時(shi)鍾(zhong)（RTC），使其功能更加完(wan)善。DS1624還(hai)增加(jia)了存(cun)儲功(gong)能，利(li)用芯片内(nei)部256字節的E2PROM存儲(chu)器，可(ke)存儲用戶(hu)的短信息。另外(wai)，智能(neng)溫(wen)度傳感(gan)器正從單通道(dao)向多(duo)通道的方(fang)向發(fa)展。

智(zhi)能溫(wen)度傳(chuan)感(gan)器都具(ju)有多種工作模(mo)式可供選(xuan)擇，主(zhu)要包括單(dan)次轉(zhuan)換模式、連(lian)續轉(zhuan)換模(mo)式、待(dai)機模式，有(you)的還(hai)增加(jia)了低溫(wen)極限擴(kuo)展模(mo)式，操作簡(jian)便。對某些智能(neng)溫度傳感器而(er)言，主機(ji)(外(wai)部微(wei)處理(li)器或單片(pian)機)還(hai)可(ke)通(tong)過相(xiang)應的(de)寄存(cun)器來(lai)設定(ding)其A/D轉(zhuan)換速(su)率(典(dian)型(xing)産(chan)品爲(wei)MAX6654)，分辨(bian)力及(ji)轉換(huan)時間(典(dian)型産品(pin)爲DS1624)。

能溫度(du)控制(zhi)器是(shi)在智(zhi)能溫(wen)度傳感器的基(ji)礎上(shang)發展而成(cheng)的。典(dian)型産(chan)品有(you)DS1620、DS1623、TCN75、LM76、MAX6625。智能(neng)溫度(du)控制(zhi)器适配各(ge)種微控制(zhi)器，構成智(zhi)能化溫控(kong)系統(tong)；它們還可以脫(tuo)離微控(kong)制(zhi)器單獨工作(zuo)，自行構(gou)成一個溫(wen)控儀。

2.3總線技(ji)術的标(biao)準化與(yu)規範化(hua)
目前(qian)，智能溫度(du)傳感(gan)器(qi)的總線(xian)技術(shu)也(ye)實現了(le)标準(zhun)化(hua)、規(gui)範化(hua)，所采用的(de)總線(xian)主要有(you)單(dan)線(1-Wire)總(zong)線、I2C總線、SMBus總線和(he)spI總線(xian)。溫度(du)傳感(gan)器作爲從機可(ke)通過專用(yong)總線(xian)接口(kou)與主機進(jin)行通(tong)信。

2.4可(ke)靠性(xing)及安全(quan)性設計(ji)
傳統的A/D轉(zhuan)換器(qi)大多(duo)采用積分(fen)式或(huo)逐(zhu)次比較式轉(zhuan)換技術，其(qi)噪聲容限低，抑制混疊噪聲及(ji)量化噪聲的能(neng)力比(bi)較差(cha)。新型(xing)智能(neng)溫度傳感(gan)器(例如TMP03/04、LM74、LM83)普遍采(cai)用了(le)高性能的(de)Σ－Δ式A／Ｄ轉換器，它能(neng)以很高的采樣(yang)速率(lü)和很(hen)低的(de)采樣(yang)分(fen)辨(bian)力将(jiang)模拟信号(hao)轉換(huan)成數(shu)字信(xin)号，再利用過(guo)采樣、噪(zao)聲整形，來(lai)提高(gao)有效分(fen)辨力。Σ－Δ式(shi)A／D轉換器(qi)不僅能(neng)濾除(chu)量(liang)化噪聲(sheng)，而且對外(wai)圍元(yuan)件的(de)精度要求(qiu)低；由于采(cai)用了(le)數字(zi)反(fan)饋(kui)方式(shi)，因此比較(jiao)器的(de)失調(diao)電壓及零(ling)點漂移(yi)都不會(hui)影響(xiang)溫(wen)度的轉(zhuan)換精度。這(zhe)種智(zhi)能溫(wen)度傳感器(qi)兼有抑制(zhi)串模幹擾(rao)能力強、分(fen)辨力高、線(xian)性度(du)好、成(cheng)本低等優(you)點。

爲了(le)避(bi)免在(zai)溫控系統(tong)受到(dao)噪聲(sheng)幹(gan)擾時産(chan)生誤(wu)動作(zuo)，在AD7416/7417/7817、LM75／76、MAX6625／6626等(deng)智能(neng)溫度傳感(gan)器的内部(bu)，都設(she)置了(le)一(yi)個可編(bian)程的“故(gu)障排隊(dui)(fAultqueue)”計數器，專(zhuan)用于設定(ding)允(yun)許被測(ce)溫度(du)值超過上(shang)、下限(xian)的次(ci)數。僅(jin)當被測(ce)溫度連(lian)續超(chao)過上(shang)限或(huo)低于(yu)下限(xian)的次數達到或(huo)超過(guo)所設(she)定的(de)次數n(n=1~4)時，才能觸發中(zhong)斷端。若(ruo)故(gu)障次數不(bu)滿足(zu)上述(shu)條件(jian)或故障不是連(lian)續發生的(de)，故障計(ji)數(shu)器就複位(wei)而不會觸(chu)發中(zhong)斷(duan)端。這意(yi)味着(zhe)假(jia)定n=3時，那(na)麽偶然受(shou)到一(yi)次或(huo)兩(liang)次噪聲(sheng)幹擾(rao)，都不(bu)會影(ying)響溫控系(xi)統的(de)正常工作(zuo)。

LM76型智能溫(wen)度傳感器(qi)增加了(le)溫(wen)度窗(chuang)口比(bi)較器，非常(chang)适合(he)設(she)計(ji)一個(ge)符合ACPI(AdvAnced ConfigurAtion And Power InterfAce，即(ji)“先(xian)進配(pei)置與電源(yuan)接口(kou)”)規範(fan)的溫控系(xi)統。這種系(xi)統具(ju)有完(wan)善的(de)過熱(re)保護功能，可用來監(jian)控(kong)筆記本(ben)電腦和服(fu)務器中CPU及(ji)主電路的(de)溫度(du)。微處(chu)理器(qi)可承受(shou)的(de)工作(zuo)溫度規定(ding)爲tH，台(tai)式計算機(ji)一般(ban)爲75°C，高(gao)檔(dang)筆(bi)記本(ben)電腦(nao)的專用CPU可(ke)達100°C。一旦(dan)CPU或主電(dian)路的溫(wen)度超出(chu)所設定(ding)的(de)上、下限時(shi)， INT端(duan)立即使(shi)主機(ji)産生(sheng)中斷(duan)，再通過電源控(kong)制器(qi)發出(chu)信号(hao)，迅速(su)将主電源(yuan)關斷起到保護(hu)作用(yong)。此外(wai)，當溫(wen)度超過(guo)CPU的極限(xian)溫度(du)時，嚴(yan)重超(chao)溫報(bao)警(jing)輸(shu)出端(duan)(T_CRIT_A)也能直接(jie)關斷(duan)主電源(yuan)，并且該(gai)端還(hai)可通(tong)過獨(du)立的硬(ying)件(jian)關斷(duan)電路(lu)來切斷主(zhu)電源，以(yi)防主電源控制失靈。

爲(wei)防止因人(ren)體靜(jing)電放電(ESD)而(er)損壞(huai)芯片。一些智能溫度傳感器還(hai)增加了(le)ESD保(bao)護電(dian)路，一(yi)般可(ke)承受(shou)1000~4000V的靜(jing)電放(fang)電電(dian)壓。通(tong)常是(shi)将人(ren)體等效于由100PF電容和(he)1.2K歐姆電阻(zu)串聯而成的電(dian)路模(mo)型，當人體(ti)放電時(shi)，TCN75型智能(neng)溫度傳感(gan)器的(de)串行(hang)接口(kou)端、中斷／比(bi)較器信号(hao)輸出端(duan)和(he)地址(zhi)輸入(ru)端均(jun)可承(cheng)受1000V的靜(jing)電放電(dian)電壓。LM83型智(zhi)能溫(wen)度傳(chuan)感器(qi)則可(ke)承受(shou)4000V的(de)靜電放(fang)電電(dian)壓。

新(xin)開發的智(zhi)能溫度傳(chuan)感器(例如(ru)MAX6654、LM83)還增(zeng)加了(le)傳(chuan)感(gan)器故(gu)障檢測功能，能(neng)自動(dong)檢測(ce)外部(bu)晶體管溫度傳(chuan)感器(亦稱(cheng)遠程(cheng)傳感器)的(de)開路或短路故(gu)障。MAX6654還(hai)具有選擇“寄生阻抗(kang)抵消”(PArAsitic ResistAnce CAncellAtion，英文(wen)縮寫(xie)爲prc)模(mo)式，能(neng)抵消(xiao)遠程傳感(gan)器引線(xian)阻(zu)抗所(suo)引起(qi)的測(ce)溫誤(wu)差，即使引(yin)線阻抗達到100歐姆，也(ye)不會影(ying)響測量(liang)精度。遠程(cheng)傳感(gan)器引(yin)線可采用(yong)普通(tong)雙絞線或(huo)者帶屏蔽(bi)層的(de)雙絞(jiao)線(xian)。

2.5虛(xu)拟溫(wen)度傳感器(qi)和網(wang)絡溫(wen)度傳感器(qi)
(1)虛拟傳感(gan)器 利(li)用軟(ruan)件(jian)可(ke)完成(cheng)傳感(gan)器(qi)的标定(ding)及校準，以(yi)實現(xian)性能指标。最近(jin)，美國(guo)Ｂ＆Ｋ公司(si)已開(kai)發出(chu)一種(zhong)基于(yu)軟件設置的TEDS型(xing)虛拟傳感器，其(qi)主要特點是每(mei)隻傳感器(qi)都有産品(pin)序列(lie)号并(bing)且附(fu)帶一張軟(ruan)盤，軟(ruan)盤上存儲(chu)着對該傳感器(qi)進行(hang)标定的有(you)關數據(ju)。使(shi)用時，傳感(gan)器(qi)通過數(shu)據采集器(qi)接至(zhi)計算(suan)機(ji)，首先從(cong)計算(suan)機輸(shu)入該傳感(gan)器的(de)産品(pin)序列号，再從軟(ruan)盤上(shang)讀出有關(guan)數據，然(ran)後(hou)自動完成(cheng)對(dui)傳感器(qi)的檢(jian)查、傳感器參數(shu)的讀取、傳(chuan)感器設(she)置和記(ji)錄工(gong)作(zuo)。

(2)網絡溫(wen)度傳(chuan)感(gan)器(qi)
網絡(luo)溫度(du)傳感器是(shi)包含數字(zi)傳感(gan)器、網絡(luo)接口和(he)處理單(dan)元(yuan)的新(xin)一代(dai)智能傳感(gan)器。數字傳(chuan)感器(qi)首先将被測溫(wen)度轉(zhuan)換成(cheng)數字量，再(zai)送給微控(kong)制器作(zuo)數據處理。最後(hou)将(jiang)測量(liang)結果傳(chuan)輸給網絡，以(yi)便(bian)實現各(ge)傳感(gan)器之間、傳感器(qi)與執(zhi)行器(qi)之間、傳感器與(yu)系統(tong)之間的數(shu)據交換及(ji)資源共享，在更換傳(chuan)感器(qi)時無須進行标(biao)定和校準(zhun)，可做(zuo)到(dao)“即(ji)插即用(Plug&PlAy)”，這樣就極大(da)地方便(bian)了(le)用戶(hu)。

2.6單片(pian)測(ce)溫(wen)系統(tong)
單片系(xi)統(System On Chip)是21世(shi)紀一(yi)項高新科(ke)技産品。它是在(zai)芯片上集(ji)成一(yi)個系(xi)統或(huo)子系(xi)統，其(qi)集成度将(jiang)高達108~109元(yuan)件(jian)/片，這(zhe)将給(gei)IC産業及IC應(ying)用帶來劃(hua)時代(dai)的進步。半導體(ti)工業(ye)協會(hui)(SIA)對單(dan)片系(xi)統集成所(suo)作的預測見表(biao)1。

表1單片(pian)系(xi)統集(ji)成電路(lu)的(de)發展(zhan)預測(ce)
年 份 2001 2002 2007 2010
最小(xiao)線寬/um 0.18 0.13 0.1 0.07
包含晶體(ti)管數量/片 1.3X108 2.5X108 5X108 9X108
成本(ben)/(晶體管/毫(hao)美分) 0.2 0.1 0.05 0.02
芯片尺寸/mm2 750 900 1100 1400
電源(yuan)電壓(ya)/V 1.8 1.5 1.2 0.9
新片(pian)I/O數 2000 2600 3600 4800