智能溫度傳感器的發展趨勢

現代信息技術的三個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。 傳感器是信息技術的先進產品，特別是溫度傳感器廣泛應用于工業農業生產、科研、生活等領域，居多傳感器之首。 近百年來，溫度傳感器的發展經歷了大致以下三個階段: 1傳統的分立式溫度傳感器包括傳感器在內的雙模擬綜合溫度傳感器/控制器3智能溫度傳感器。 目前，國際上新型溫度傳感器正從模擬式向數字式、集成化向智能化、網絡化的方向發展。 1集成溫度傳感器的產品分類1.1模擬集成溫度傳感器集成傳感器采用硅半導體集成工藝制作而成，因此也稱為硅傳感器或單片集成溫度傳感器。 模擬集成溫度傳感器產生于1980年代，是能夠將溫度傳感器集成在一個芯片上，完成溫度測量和模擬信號輸出功能的專用集成電路。 模擬集成溫度傳感器的主要特點是功能僅僅測量溫度，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、溫度控制，無需進行非線性校準，外圍電路簡單。 這是目前國內外普及zui的集成傳感器，典型的產品有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，典型產品有LM56、AD22105和MAX6509。 擴展的集成溫度控制器(如TC652/653 )還包括A/D轉換器和硬化程序。 這類似于智能溫度傳感器。 然而，兩者的主要區別在于它本身是一個系統，在工作時不受微處理器的控制。 1.3數字溫度傳感器在1990年代中期登場。 是微電子、計算機技術、自動測試技術ATE的結晶。 目前，國際上開發了許多系列產品。 內部包括溫度傳感器、A/D轉換器、信號處理器、存儲器或寄存器和接口電路。 某些產品還包括多路復用器、中央控制器cpu、隨機存取存儲器RAM和只讀存儲器ROM。 該特征能夠通過輸出與溫度數據相關聯的溫度控制量，能夠適用于各種微控制器MCU，另外，基于硬件在軟件中實現測試功能，其智能程度也依賴于軟件的開發水平。 2發展的新趨勢進入21世紀以來，向著高精度、多功能、總線標準化、高可靠性和安全性、虛擬傳感器和網絡傳感器的開發、單板測溫系統的開發等高科技方向迅速發展。 2.1測溫精度和分辨率的提高是zui早在1990年代中期發表的，采用8位A/D轉換器，測溫精度低，分辨率只達到1°C。 目前，國外相繼出現高精度、高分辨率的產品，使用的是9~12位的A/D轉換器，分辨率一般達到0.5~0.0625°C。 美國DALLAS半導體公司新開發的DS1624型高分辨率，可輸出13位二進制數據，分辨率高達0.03125°C，測溫精度高達±； 0.2°C。 為了提高多通道的轉換速率，有的芯片采用了高速逐次近似式A/D轉換器。 以AD7817型5信道為例，向本地傳感器、遠程傳感器的轉換時間分別僅為27us、9us。 2.2添加測試功能的新測試功能也在加強。 例如，DS1629型單線追加了實時日歷表( RTC )，進一步增強了功能。 DS1624還添加了存儲功能，可以利用芯片內部的256字節E2PROM內存來存儲用戶的簡短信息。 同時，從單通道向多通道的方向發展為多溫度測量系統的開發和開發創造了良好的條件。 br>； 全部可選擇多種動作模式。 主要有單轉移模式、連續轉移模式、待機模式，增加低溫極限擴展模式，操作非常簡單。 在一些情況下，除主機之外的微處理器和單片機可以將A/D轉換速率的典型產品設置為MAX6654，并且將分辨率和zui轉換時間的典型產品設置為DS1624。 能量溫度控制器是在基礎上發展的。 典型的產品包括DS1620、DS1623、TCN75、LM76和MAX6625。 智能溫度控制器適用于各種微控制器，構成智能溫度控制系統，并且也可以遠離微控制器單獨動作，自己構成溫度調節器。 2.3總線技術的標準化和規范化目前總線技術也實現了標準化和規范化，采用的總線主要為單線1-Wire總線、I2C總線、SMBus總線和spI總線。 溫度傳感器作為從站可通過專用總線接口與主機通信。 2.4設計可靠性和安全性常規A/D轉換器多采用積分或逐級比較轉換技術，噪聲容限較低，抑制混合噪聲和量化噪聲的能力較差。 新的方案可以采用例如TMP03/04、LM74、LM83等一般具有高性能的σ-δa/d轉換器，以高采樣率和低采樣分辨率將模擬信號轉換成數字信號，并且可以利用過采樣、噪聲成形和數字濾波技術來提高有效的分辨率 由于σδa/d轉換器采用數字反饋系統，其不僅可以去除量化噪聲，而且要求外圍元件的精度低，因此比較器的失調電壓和零偏移不影響溫度的轉換精度。 這樣，兼具抑制交叉模式干擾的能力強、分辨率高、線性好、成本低等優點。 在AD7416/7417/7817、LM75/76、MAX6625/6626等內部設置可編程的“故障隊列fAultqueue”計數器，設定被測溫度值超過上下限的次數，以免溫度調節系統受噪聲影響時發生誤動作。 僅在被測量溫度連續超過上限或低于下限的次數超過設定次數nn=1~4時觸發中斷端。 故障次數不滿足上述條件或連續不發生故障時，故障計數器復位，中斷側不啟動。 這意味著，假設n=3，即使偶然受到一次或兩次噪聲干擾，也不會影響溫控系統的正常工作。 LM76型適合追加溫度窗比較器，設計滿足acpiadvancedconfigurationandpowerinterface即“高級配置和電源接口”規格的調溫系統。 該系統具有完整的過熱保護功能，可用于監控筆記本電腦和服務器的CPU和主電路的溫度。 微處理器zui的高工作溫度通常規定為tH，臺式計算機為75°C，筆記本電腦的專用CPU為100°C。 CPU和主回路的溫度超過設定的上下限時，INT側會立即使主機發生中斷，從電源控制器發出信號，保護主電源迅速關閉。 另外，當溫度超過CPU的界限溫度時，嚴重的過溫警報輸出端T_CRIT_A也可以直接關閉主電源，另外，該端也可以獨立的硬件關閉電路關閉主電源，使主電源控制不起作用。 上述三重安全保護措施已成為國際設計溫控系統的新觀念。 為了防止人體的靜電放電ESD導致芯片破損。 也追加了ESD保護電路，一般能承受1000~4000V的靜電放電電壓。 通常，人體相當于串聯連接100PF電容器和1.2K歐姆電阻的電路模型，在人體放電時，TCN75型串行接口端子、中斷/比較器信號輸出端子和地址輸入端子都能夠承受1000V的靜電放電電壓。 LM83型可承受4000V的靜電放電電壓。 zui添加了新開發的傳感器故障檢測功能，可以自動檢測外部晶體管的溫度傳感器。 MAX6654還選擇“寄生阻抗抵消”parasitic電阻canllation，在英語中簡稱為prc模式，能夠抵消遠程傳感器的引線阻抗引起的測溫誤差，即使引線阻抗達到100歐姆也不影響測量精度。 遠程傳感器導線可以使用通常的雙絞線或帶屏蔽層的雙絞線。 2.5虛擬溫度傳感器和網絡溫度傳感器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的軟件開發的。 利用軟件完成傳感器的標定和校準，實現zui的性能指標。 zui較近由美國B&K公司開發出了基于軟件設定的TEDS型虛擬傳感器。 其主要特征是，各傳感器帶有*的產品序列號以及帶有軟盤，從而在軟盤上存儲有確定該傳感器的數據。 使用時，傳感器通過數據采集器與計算機連接，首先從計算機輸入該傳感器的產品序列號，從軟盤讀出相關數據，自動完成傳感器的檢驗、傳感器參數的讀取、傳感器的設定和記錄。 2網絡溫度傳感器網絡溫度傳感器是下一代智能傳感器，包括數字傳感器、網絡接口和處理單元。 數字傳感器首先將被測定溫度轉換為數字量，向微控制器傳送數據處理。 zui隨后將測量結果傳送到網絡，實現各傳感器之間、傳感器與驅動器之間、傳感器與系統之間的數據交換和資源共享，無需在傳感器交換時進行標定和校準，“即插即用插件&； 選擇“播放”將使用戶非常方便。 2.6枚測溫系統枚系統是21世紀的高新技術產品。 在芯片上集成系統和子系統，其集成度達到108~109個元件/芯片，給IC產業和IC應用帶來劃時代的進步。 半導體工業協會SIA對單片機系統整合的預測如表1所示。 目前，國際上一些IC廠商已經開始開發單片測溫系統，相信不久的將來會上市。 表1單片系統集成電路發展預測年度2001年2007年2010zui小線寬/um 0.18 0.13 0.1 0.07為晶體管數量/芯片1.3x108.5x1085x108成本/晶體管/毫米0.20.050.02芯片尺寸

江蘇蘇科儀表有限公司

2008年至2006年13月

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