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溫度傳感器的發(fā)展趨勢
點擊次數(shù)：8610 發(fā)布時間：2010-3-11
溫度傳感器的發(fā)展趨勢
| 年 份 | 2001 | 2002 | 2007 | 2010 |
| zui小線寬/um | 0.18 | 0.13 | 0.1 | 0.07 |
| 包含晶體管數(shù)量/片 | 1.3×108 | 2.5×108 | 5×108 | 9×108 |
| 成本/（晶體管/毫美分） | 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I/O數(shù) | 2000 | 2600 | 3600 | 4800 |
摘要：介紹集成溫度 傳感器 的產(chǎn)品分類，并全面系統(tǒng)地闡述智能溫度傳感器的發(fā)展趨勢,。
關鍵詞：智能溫度傳感器;發(fā)展趨勢;總線;虛擬傳感器;單片測溫系統(tǒng)
現(xiàn)代信息技術的三大基礎是信息采集（即傳感器技術）,、信息傳輸（通信技術）和信息處理（計算機技術）,。傳感器屬于信息技術的前沿產(chǎn)品，尤其是溫度傳感器被廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn),、科學研究和生活等領域,，數(shù)量高居各種傳感器。近百年來,，溫度傳感器的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下三個階段;（1）傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器（含敏感元件）;（2）模擬集成溫度傳感器/控制器;（3）智能溫度傳感器,。目前，上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式,、由集成化向智能化、網(wǎng)絡化的方向發(fā)展
1 集成溫度傳感器的產(chǎn)品分類
1.1模擬集成溫度傳感器
集成傳感器是采用硅半導體集成工藝而制成的,，因此亦稱硅傳感器或單片集成溫度傳感器,。模擬集成溫度傳感器是在20世紀80年代問世的，它是將溫度傳感器集成在一個芯片上,、可完成溫度測量及模擬信號輸出功能的IC,。模擬集成溫度傳感器的主要特點是功能單一（僅測量溫度）、測溫誤差小,、價格低,、響應速度快、傳輸距離遠,、體積小,、微功耗等，適合遠距離測溫,、控溫,，不需要進行非線性校準，外圍電路簡單,。它是目前在國內外應用zui為普遍的一種集成傳感器,，典型產(chǎn)品有AD590、AD592,、TMP17,、LM135等,。
1.2模擬集成溫度控制器
模擬集成溫度控制器主要包括溫控開關、可編程溫度控制器,，典型產(chǎn)品有LM56,、AD22105和MAX6509。某些增強型集成溫度控制器（例如TC652/653）中還包含了A/D轉換器以及固化好的程序,，這與智能溫度傳感器有某些相似之處,。但它自成系統(tǒng)，工作時并不受微處理器的控制,，這是二者的主要區(qū)別,。
1.3智能溫度傳感器
智能溫度傳感器（亦稱數(shù)字溫度傳感器）是在20世紀90年代中期問世的。它是微電子技術,、計算機技術和自動測試技術（ATE）的結晶,。目前，上已開發(fā)出多種智能溫度傳感器系列產(chǎn)品,。智能溫度傳感器內部都包含溫度傳感器,、A/D轉換器、信號處理器,、存儲器（或寄存器）和接口電路,。有的產(chǎn)品還帶多路選擇器、中央控制器（cpu）,、隨機存取存儲器（RAM）和只讀存儲器（ROM）,。智能溫度傳感器的特點是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關的溫度控制量，適配各種微控制器（MCU）;并且它是在硬件的基礎上通過軟件來實現(xiàn)測試功能的,，其智能化程度也取決于軟件的開發(fā)水平,。
2智能溫度傳感器發(fā)展的新趨勢
進入21世紀后，智能溫度傳感器正朝著高精度,、多功能,、總線標準化、高可靠性及安全性,、開發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡傳感器,、研制單片測溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。
2.1提高測溫精度和分辨力
在20世紀90年代中期zui早推出的智能溫度傳感器,，采用的是8位A/D轉換器,，其測溫精度較低，分辨力只能達到1℃,。目前,，國外已相繼推出多種高精度、高分辨力的智能溫度傳感器,，所用的是9~12位A/D轉換器,，分辨力一般可達0.5~0.0625℃,。由美國DALLAS半導體公司新研制的DS1624型高分辨力智能溫度傳感器，能輸出13位二進制數(shù)據(jù),，其分辨力高達0.03125℃,，測溫精度為±0.2℃。為了提高多通道智能溫度傳感器的轉換速率,，也有的芯片采用高速逐次逼近式A/D轉換器,。以AD7817型5通道智能溫度傳感器為例，它對本地傳感器,、每一路遠程傳感器的轉換時間分別僅為27μs,、9μs。
2.2增加測試功能
新型智能溫度傳感器的測試功能也在不斷增強,。例如,，DS1629型單線智能溫度傳感器增加了實時日歷時鐘（RTC），使其功能更加完善,。DS1624還增加了存儲功能,，利用芯片內部256字節(jié)的E2PROM存儲器，可存儲用戶的短信息,。另外,，智能溫度傳感器正從單通道向多通道的方向發(fā)展，這就為研制和開發(fā)多路溫度測控系統(tǒng)創(chuàng)造了良好條件,。
智能溫度傳感器都具有多種工作模式可供選擇,，主要包括單次轉換模式、連續(xù)轉換模式,、待機模式，有的還增加了低溫極限擴展模式,，操作非常簡便,。對某些智能溫度傳感器而言，主機（外部微處理器或單片機）還可通過相應的寄存器來設定其A/D轉換速率（典型產(chǎn)品為MAX6654）,，分辨力及zui大轉換時間（典型產(chǎn)品為DS1624）,。
智能溫度控制器是在智能溫度傳感器的基礎上發(fā)展而成的。典型產(chǎn)品有DS1620,、DS1623,、TCN75、LM76,、MAX6625,。智能溫度控制器適配各種微控制器，構成智能化溫控系統(tǒng);它們還可以脫離微控制器單獨工作,，自行構成一個溫控儀,。
2.3總線技術的標準化與規(guī)范化
目前,，智能溫度傳感器的總線技術也實現(xiàn)了標準化、規(guī)范化,，所采用的總線主要有單線（-Wire）總線,、I2C總線、SMBus總線和spI總線,。
2.4可靠性及安全性設計
傳統(tǒng)的A/D轉換器大多采用積分式或逐次比較式轉換技術,，其噪聲容限低，抑制混疊噪聲及量化噪聲的能力比較差,。新型智能溫度傳感器（例如TMP03/04,、LM74、LM83）普遍采用了高性能的Σ-Δ式A/D轉換器,，它能以很高的采樣速率和很低的采樣分辨力將模擬信號轉換成數(shù)字信號,，再利用過采樣、噪聲整形和數(shù)字濾波技術,，來提高有效分辨力,。Σ-Δ式A/D轉換器不僅能濾除量化噪聲，而且對外圍元件的精度要求低,。為了避免在溫控系統(tǒng)受到噪聲干擾時產(chǎn)生誤動作,，在AD7416/7417/7817、LM75/76,、MAX6625/6626等智能溫度傳感器的內部,，都設置了一個可編程的“故障排隊（fAultqueue）”計數(shù)器，于設定允許被測溫度值超過上,、下限的次數(shù),。僅當被測溫度連續(xù)超過上限或低于下限的次數(shù)達到或超過所設定的次數(shù)n（n=1~4）時，才能觸發(fā)中斷端,。若故障次數(shù)不滿足上述條件或故障不是連續(xù)發(fā)生的,，故障計數(shù)器就復位而不會觸發(fā)中斷端。這意味著假定n=3時,，那么偶然受到一次或兩次噪聲干擾,，都不會影響溫控系統(tǒng)的正常工作。
LM76型智能溫度傳感器增加了溫度窗口比較器,，非常適合設計一個符合ACPI（AdvAnced ConfigurAtion And Power InterfAce,，即“*配置與 電源 接口”）規(guī)范的溫控系統(tǒng)。這種系統(tǒng)具有完善的過熱保護功能,，可用來監(jiān)控筆記本電腦和服務器中CPU及主電路的溫度,。微處理器zui高可承受的工作溫度規(guī)定為tH，臺式計算機一般為75℃,，筆記本電腦的CPU可達100℃,。一旦CPU或主電路的溫度超出所設定的上,、下*， INT端立即使主機產(chǎn)生中斷,，再通過電源控制器發(fā)出信號,，迅速將主電源關斷起到保護作用。此外,，當溫度超過CPU的極限溫度時,，嚴重超溫報警輸出端（T_CRIT_A）也能直接關斷主電源，并且該端還可通過獨立的硬件關斷電路來切斷主電源,，以防主電源控制失靈,。上述三重安全性保護措施已成為上設計溫控系統(tǒng)的新觀念。
為防止因人體靜電放電（ESD）而損壞芯片,。一些智能溫度傳感器還增加了ESD保護電路,，一般可承受1000~4000V的靜電放電電壓。通常是將人體等效于由100PF電容和1.2K歐姆電阻串聯(lián)而成的電路模型,，當人體放電時,，TCN75型智能溫度傳感器的串行接口端、中斷/比較器信號輸出端和地址輸入端均可承受1000V的靜電放電電壓,。LM83型智能溫度傳感器則可承受4000V的靜電放電電壓,。
開發(fā)的智能溫度傳感器（例如MAX6654、LM83）還增加了傳感器故障檢測功能,，能自動檢測外部晶體管溫度傳感器（亦稱遠程傳感器）的開路或短路故障,。MAX6654還具有選擇“寄生阻抗抵消”（PArAsitic ResistAnce CAncellAtion，英文縮寫為prc）模式,，能抵消遠程傳感器引線阻抗所引起的測溫誤差,，即使引線阻抗達到100歐姆，也不會影響測量精度,。遠程傳感器引線可采用普通雙絞線或者帶屏蔽層的雙絞線,。
2.5虛擬溫度傳感器和網(wǎng)絡溫度傳感器
（1）虛擬傳感器
虛擬傳感器是基于傳感器硬件和計算機平臺、并通過軟件開發(fā)而成的,。利用軟件可完成傳感器的標定及校準，以實現(xiàn)*性能指標,。zui近,，美國B&K公司已開發(fā)出一種基于軟件設置的TEDS型虛擬傳感器，其主要特點是每只傳感器都有*的產(chǎn)品序列號并且附帶一張軟盤,，軟盤上存儲著對該傳感器進行標定的有關數(shù)據(jù),。使用時，傳感器通過數(shù)據(jù)采集器接至計算機,，首先從計算機輸入該傳感器的產(chǎn)品序列號,，再從軟盤上讀出有關數(shù)據(jù),，然后自動完成對傳感器的檢查、傳感器參數(shù)的讀取,、傳感器設置和記錄工作,。
（2）網(wǎng)絡溫度傳感器
網(wǎng)絡溫度傳感器是包含數(shù)字傳感器、網(wǎng)絡接口和處理單元的新一代智能傳感器,。數(shù)字傳感器首先將被測溫度轉換成數(shù)字量,，再送給微控制器作數(shù)據(jù)處理。zui后將測量結果傳輸給網(wǎng)絡,，以便實現(xiàn)各傳感器之間,、傳感器與執(zhí)行器之間、傳感器與系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換及資源共享,，在更換傳感器時無須進行標定和校準,，可做到“即插即用（Plug&PlAy）”，這樣就極大地方便了用戶,。
2.6單片測溫系統(tǒng)
單片系統(tǒng)（System On Chip）是21世紀一項高新科技產(chǎn)品,。它是在芯片上集成一個系統(tǒng)或子系統(tǒng)，其集成度將高達108~109元件/片,，這將給IC產(chǎn)業(yè)及IC應用帶來劃時代的進步,。半導體工業(yè)協(xié)會（SIA）對單片系統(tǒng)集成所作的預測見表。目前,，上一些的IC廠家已開始研制單片測溫系統(tǒng),，相信在不久的將來即可面市。