智能溫度傳感器正朝著高科技的方向迅速發(fā)展

進(jìn)入21世紀(jì)后，智能溫度傳感器正朝著高精度、多功能、總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及**性、開(kāi)發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測(cè)溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。
現(xiàn)代信息工藝的三大基礎(chǔ)是信息采集（即傳感器工藝）、信息傳輸（通信工藝）和信息處理（計(jì)算機(jī)工藝）。傳感器屬于信息工藝的前沿**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(xué)研究和生活等領(lǐng)域，數(shù)量高居各種傳感器之首。
1提高測(cè)溫精度和分辨力
在20世紀(jì)90年代中期*早推出的智能溫度傳感器，采用的是8位A/D轉(zhuǎn)變器，其測(cè)溫精度較低，分辨力只能達(dá)到1℃。目前，國(guó)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(zhuǎn)變器，分辨力一般可達(dá)0.5~0.0625℃。由美國(guó)DALLAS半導(dǎo)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(jìn)制數(shù)據(jù)，其分辨力高達(dá)0.03125℃，測(cè)溫精度為±0.2℃。為了提高多通道智能溫度傳感器的轉(zhuǎn)變速率，也有的芯片采用高速逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)變器。以AD7817型5通道智能溫度傳感器為例，它對(duì)本地傳感器、每一路遠(yuǎn)程傳感器的轉(zhuǎn)變時(shí)間分別僅為27μs、 9μs。
2增加測(cè)試功能
新型智能溫度傳感器的測(cè)試功能也在不斷增強(qiáng)。例如，DS1629型單線(xiàn)智能溫度傳感器增加了實(shí)時(shí)日歷時(shí)鐘（RTC），使其功能更加完善。DS1624還增加了存儲(chǔ)功能，利用芯片內(nèi)部256字節(jié)的E2PROM存儲(chǔ)器，可存儲(chǔ)用戶(hù)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(kāi)發(fā)多路溫度測(cè)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(zhuǎn)變模式、連續(xù)轉(zhuǎn)變模式、待機(jī)模式，有的還增加了低溫極限擴(kuò)展模式，操作非常簡(jiǎn)便。對(duì)某些智能溫度傳感器而言，主機(jī)（外部微處理器或單片機(jī)）還可通過(guò)相應(yīng)的寄存器來(lái)設(shè)定其A/D轉(zhuǎn)變速率（典型產(chǎn)品為MAX6654），分辨力及*大轉(zhuǎn)變時(shí)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(chǔ)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(gòu)成智能化溫控系統(tǒng);它們還可以脫離微控制器單獨(dú)工作，自行構(gòu)成一個(gè)溫控儀。
3總線(xiàn)工藝的標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化
目前，智能溫度傳感器的總線(xiàn)工藝也實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，所采用的總線(xiàn)主要有單線(xiàn)（-Wire）總線(xiàn)、I2C總線(xiàn)、SMBus總線(xiàn)和spI總線(xiàn)。
4可靠性及**性設(shè)計(jì)
傳統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)變器大多采用積分式或逐次比較式轉(zhuǎn)變工藝，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(zhuǎn)變器，它能以很高的采樣速率和很低的采樣分辨力將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)，再利用過(guò)采樣、噪聲整形和數(shù)字濾波工藝，來(lái)提高有效分辨力。
Σ-Δ式A/D轉(zhuǎn)變器不僅能濾除量化噪聲，而且對(duì)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(shí)產(chǎn)生誤動(dòng)作，在AD7416/7417 /7817、LM75/76、MAX6625/6626等智能溫度傳感器的內(nèi)部，都設(shè)置了一個(gè)可編程的“故障排隊(duì)”計(jì)數(shù)器，專(zhuān)用于設(shè)定允許被測(cè)溫度值超過(guò)上、下限的次數(shù)。僅當(dāng)被測(cè)溫度連續(xù)超過(guò)上限或低于下限的次數(shù)達(dá)到或超過(guò)所設(shè)定的次數(shù)n（n=1~4）時(shí)，才能觸發(fā)中斷端。若故障次數(shù)不滿(mǎn)足上述條件或故障不是連續(xù)發(fā)生的，故障計(jì)數(shù)器就復(fù)位而不會(huì)觸發(fā)中斷端。這意味著假定n=3時(shí)，那么偶然受到一次或兩次噪聲干擾，都不會(huì)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(shè)計(jì)一個(gè)符合ACPI規(guī)范的溫控系統(tǒng)。這種系統(tǒng)具有完善的過(guò)熱保護(hù)功能，可用來(lái)監(jiān)控筆記本電腦和服務(wù)器中CPU及主電路的溫度。微處理器*高可承受的工作溫度規(guī)定為tH，臺(tái)式計(jì)算機(jī)一般為75℃，**筆記本電腦的專(zhuān)用CPU可達(dá)100℃。一旦CPU 或主電路的溫度超出所設(shè)定的上、下限時(shí)，INT端立即使主機(jī)產(chǎn)生中斷，再通過(guò)電源控制器發(fā)出信號(hào)，迅速將主電源關(guān)斷起到保護(hù)作用。此外，當(dāng)溫度超過(guò)CPU 的極限溫度時(shí)，嚴(yán)重超溫報(bào)警輸出端也能直接關(guān)斷主電源，并且該端還可通過(guò)獨(dú)立的硬件關(guān)斷電路來(lái)切斷主電源，以防主電源控制失靈。上述三重**性保護(hù)措施已成為國(guó)際上設(shè)計(jì)溫控系統(tǒng)的新觀念。
為防止因人體靜電放電而損壞芯片。一些智能溫度傳感器還增加了ESD保護(hù)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(dāng)人體放電時(shí)，TCN75型智能溫度傳感器的串行接口端、中斷/比較器信號(hào)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。
*新開(kāi)發(fā)的智能溫度傳感器還增加了傳感器故障檢測(cè)功能，能自動(dòng)檢測(cè)外部晶體管溫度傳感器（亦稱(chēng)遠(yuǎn)程傳感器）的開(kāi)路或短路故障。MAX6654還具有選擇 “寄生阻抗抵消”模式，能抵消遠(yuǎn)程傳感器引線(xiàn)阻抗所引起的測(cè)溫誤差，即使引線(xiàn)阻抗達(dá)到100歐姆，也不會(huì)影響測(cè)量精度。遠(yuǎn)程傳感器引線(xiàn)可采用普通雙絞線(xiàn)或者帶屏蔽層的雙絞線(xiàn)。

5單片測(cè)溫系統(tǒng)
單片系統(tǒng)是21世紀(jì)一項(xiàng)高新科技產(chǎn)品。它是在芯片上集成一個(gè)系統(tǒng)或子系統(tǒng)，其集成度將高達(dá)108~109元件/片，這將給IC產(chǎn)業(yè)及IC應(yīng)用帶來(lái)劃時(shí)代的進(jìn)步。半導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會(huì)（SIA）對(duì)單片系統(tǒng)集成所作的預(yù)測(cè)見(jiàn)表。目前，國(guó)際上一些有名的IC廠家已開(kāi)始研制單片測(cè)溫系統(tǒng)，相信在不久的將來(lái)即可面市。
6虛擬溫度傳感器和網(wǎng)絡(luò)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(jì)算機(jī)平臺(tái)、并通過(guò)軟件開(kāi)發(fā)而成的。利用軟件可完成傳感器的標(biāo)定及校準(zhǔn)，以實(shí)現(xiàn)*佳性能指標(biāo)。*近，美國(guó)B&K公司已開(kāi)發(fā)出一種基于軟件設(shè)置的TEDS型虛擬傳感器，其主要特點(diǎn)是每只傳感器都有**的產(chǎn)品序列號(hào)并且附帶一張軟盤(pán)，軟盤(pán)上存儲(chǔ)著對(duì)該傳感器進(jìn)行標(biāo)定的有關(guān)數(shù)據(jù)。使用時(shí)，傳感器通過(guò)數(shù)據(jù)采集器接至計(jì)算機(jī)，首先從計(jì)算機(jī)輸入該傳感器的產(chǎn)品序列號(hào)，再?gòu)能洷P(pán)上讀出有關(guān)數(shù)據(jù)，然后自動(dòng)完成對(duì)傳感器的檢查、傳感器參數(shù)的讀取、傳感器設(shè)置和記錄工作。
（2）網(wǎng)絡(luò)溫度傳感器
網(wǎng)絡(luò)是包含數(shù)字傳感器、網(wǎng)絡(luò)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(cè)溫度轉(zhuǎn)變成數(shù)字量，再送給微控制器作數(shù)據(jù)處理。*后將測(cè)量結(jié)果傳輸給網(wǎng)絡(luò)，以便實(shí)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(shí)無(wú)須進(jìn)行標(biāo)定和校準(zhǔn)，可做到“即插即用”，這樣就極大地方便了用戶(hù)。

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