智能溫度傳感器的發(fā)展趨勢

現(xiàn)代信息技術(shù)的三個基礎(chǔ)是信息采集即傳感器技術(shù)、信息傳輸通信技術(shù)和信息處理計算機(jī)技術(shù)。 傳感器是信息技術(shù)的先進(jìn)產(chǎn)品，特別是溫度傳感器廣泛應(yīng)用于工業(yè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科研、生活等領(lǐng)域，居多傳感器之首。 近百年來，溫度傳感器的發(fā)展經(jīng)歷了大致以下三個階段: 1傳統(tǒng)的分立式溫度傳感器包括傳感器在內(nèi)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(shù)字式、集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)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采用硅半導(dǎo)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(chǎn)生于1980年代，是能夠?qū)囟葌鞲衅骷稍谝粋€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(yīng)速度快，傳輸距離遠(yuǎn)，體積小，微功耗等，適合遠(yuǎn)距離測溫、溫度控制，無需進(jìn)行非線性校準(zhǔn)，外圍電路簡單。 這是目前國內(nèi)外普及zui的集成傳感器，典型的產(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(guān)、可編程溫度控制器，典型產(chǎn)品有LM56、AD22105和MAX6509。 擴(kuò)展的集成溫度控制器(如TC652/653 )還包括A/D轉(zhuǎn)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(qū)別在于它本身是一個系統(tǒng)，在工作時不受微處理器的控制。 1.3數(shù)字溫度傳感器在1990年代中期登場。 是微電子、計算機(jī)技術(shù)、自動測試技術(shù)ATE的結(jié)晶。 目前，國際上開發(fā)了許多系列產(chǎn)品。 內(nèi)部包括溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、信號處理器、存儲器或寄存器和接口電路。 某些產(chǎn)品還包括多路復(fù)用器、中央控制器cpu、隨機(jī)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(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)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(xiàn)測試功能，其智能程度也依賴于軟件的開發(fā)水平。 2發(fā)展的新趨勢進(jìn)入21世紀(jì)以來，向著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性和安全性、虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器的開發(fā)、單板測溫系統(tǒng)的開發(fā)等高科技方向迅速發(fā)展。 2.1測溫精度和分辨率的提高是zui早在1990年代中期發(fā)表的，采用8位A/D轉(zhuǎn)換器，測溫精度低，分辨率只達(dá)到1°C。 目前，國外相繼出現(xiàn)高精度、高分辨率的產(chǎn)品，使用的是9~12位的A/D轉(zhuǎn)換器，分辨率一般達(dá)到0.5~0.0625°C。 美國DALLAS半導(dǎo)體公司新開發(fā)的DS1624型高分辨率，可輸出13位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，分辨率高達(dá)0.03125°C，測溫精度高達(dá)±； 0.2°C。 為了提高多通道的轉(zhuǎn)換速率，有的芯片采用了高速逐次近似式A/D轉(zhuǎn)換器。 以AD7817型5信道為例，向本地傳感器、遠(yuǎn)程傳感器的轉(zhuǎn)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(qiáng)。 例如，DS1629型單線追加了實時日歷表( RTC )，進(jìn)一步增強(qiáng)了功能。 DS1624還添加了存儲功能，可以利用芯片內(nèi)部的256字節(jié)E2PROM內(nèi)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(fā)展為多溫度測量系統(tǒng)的開發(fā)和開發(fā)創(chuàng)造了良好的條件。 br>； 全部可選擇多種動作模式。 主要有單轉(zhuǎn)移模式、連續(xù)轉(zhuǎn)移模式、待機(jī)模式，增加低溫極限擴(kuò)展模式，操作非常簡單。 在一些情況下，除主機(jī)之外的微處理器和單片機(jī)可以將A/D轉(zhuǎn)換速率的典型產(chǎn)品設(shè)置為MAX6654，并且將分辨率和zui轉(zhuǎn)換時間的典型產(chǎn)品設(shè)置為DS1624。 能量溫度控制器是在基礎(chǔ)上發(fā)展的。 典型的產(chǎn)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(gòu)成智能溫度控制系統(tǒng)，并且也可以遠(yuǎn)離微控制器單獨(dú)動作，自己構(gòu)成溫度調(diào)節(jié)器。 2.3總線技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化目前總線技術(shù)也實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)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(jī)通信。 2.4設(shè)計可靠性和安全性常規(guī)A/D轉(zhuǎn)換器多采用積分或逐級比較轉(zhuǎn)換技術(shù)，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(zhuǎn)換器，以高采樣率和低采樣分辨率將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并且可以利用過采樣、噪聲成形和數(shù)字濾波技術(shù)來提高有效的分辨率 由于σδa/d轉(zhuǎn)換器采用數(shù)字反饋系統(tǒng)，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(diào)電壓和零偏移不影響溫度的轉(zhuǎn)換精度。 這樣，兼具抑制交叉模式干擾的能力強(qiáng)、分辨率高、線性好、成本低等優(yōu)點。 在AD7416/7417/7817、LM75/76、MAX6625/6626等內(nèi)部設(shè)置可編程的“故障隊列fAultqueue”計數(shù)器，設(shè)定被測溫度值超過上下限的次數(shù)，以免溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)受噪聲影響時發(fā)生誤動作。 僅在被測量溫度連續(xù)超過上限或低于下限的次數(shù)超過設(shè)定次數(shù)nn=1~4時觸發(fā)中斷端。 故障次數(shù)不滿足上述條件或連續(xù)不發(fā)生故障時，故障計數(shù)器復(fù)位，中斷側(cè)不啟動。 這意味著，假設(shè)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(tǒng)的正常工作。 LM76型適合追加溫度窗比較器，設(shè)計滿足acpiadvancedconfigurationandpowerinterface即“高級配置和電源接口”規(guī)格的調(diào)溫系統(tǒng)。 該系統(tǒng)具有完整的過熱保護(hù)功能，可用于監(jiān)控筆記本電腦和服務(wù)器的CPU和主電路的溫度。 微處理器zui的高工作溫度通常規(guī)定為tH，臺式計算機(jī)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(shè)定的上下限時，INT側(cè)會立即使主機(jī)發(fā)生中斷，從電源控制器發(fā)出信號，保護(hù)主電源迅速關(guān)閉。 另外，當(dāng)溫度超過CPU的界限溫度時，嚴(yán)重的過溫警報輸出端T_CRIT_A也可以直接關(guān)閉主電源，另外，該端也可以獨(dú)立的硬件關(guān)閉電路關(guān)閉主電源，使主電源控制不起作用。 上述三重安全保護(hù)措施已成為國際設(shè)計溫控系統(tǒng)的新觀念。 為了防止人體的靜電放電ESD導(dǎo)致芯片破損。 也追加了ESD保護(hù)電路，一般能承受1000~4000V的靜電放電電壓。 通常，人體相當(dāng)于串聯(lián)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(fā)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(yuǎn)程傳感器的引線阻抗引起的測溫誤差，即使引線阻抗達(dá)到100歐姆也不影響測量精度。 遠(yuǎn)程傳感器導(dǎo)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(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算機(jī)平臺的軟件開發(fā)的。 利用軟件完成傳感器的標(biāo)定和校準(zhǔn)，實現(xiàn)zui的性能指標(biāo)。 zui較近由美國B&K公司開發(fā)出了基于軟件設(shè)定的TEDS型虛擬傳感器。 其主要特征是，各傳感器帶有*的產(chǎn)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(shù)據(jù)。 使用時，傳感器通過數(shù)據(jù)采集器與計算機(jī)連接，首先從計算機(jī)輸入該傳感器的產(chǎn)品序列號，從軟盤讀出相關(guān)數(shù)據(jù)，自動完成傳感器的檢驗、傳感器參數(shù)的讀取、傳感器的設(shè)定和記錄。 2網(wǎng)絡(luò)溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)溫度傳感器是下一代智能傳感器，包括數(shù)字傳感器、網(wǎng)絡(luò)接口和處理單元。 數(shù)字傳感器首先將被測定溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，向微控制器傳送數(shù)據(jù)處理。 zui隨后將測量結(jié)果傳送到網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)各傳感器之間、傳感器與驅(qū)動器之間、傳感器與系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換和資源共享，無需在傳感器交換時進(jìn)行標(biāo)定和校準(zhǔn)，“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(tǒng)枚系統(tǒng)是21世紀(jì)的高新技術(shù)產(chǎn)品。 在芯片上集成系統(tǒng)和子系統(tǒng)，其集成度達(dá)到108~109個元件/芯片，給IC產(chǎn)業(yè)和IC應(yīng)用帶來劃時代的進(jìn)步。 半導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會SIA對單片機(jī)系統(tǒng)整合的預(yù)測如表1所示。 目前，國際上一些IC廠商已經(jīng)開始開發(fā)單片測溫系統(tǒng)，相信不久的將來會上市。 表1單片系統(tǒng)集成電路發(fā)展預(yù)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(shù)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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