智能温度传感器

智能温度传感器的发展趋势

现代信息技术的三个基础是信息采集即传感器技术、信息传输通信技术和信息处理计算机技术。 传感器是信息技术的先进产品，特别是温度传感器广泛应用于工业农业生产、科研、生活等领域，居多传感器之首。 近百年来，温度传感器的发展经历了大致以下三个阶段: 1传统的分立式温度传感器包括传感器在内的双模拟综合温度传感器/控制器3智能温度传感器。 目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、集成化向智能化、网络化的方向发展。 1集成温度传感器的产品分类1.1模拟集成温度传感器集成传感器采用硅半导体集成工艺制作而成，因此也称为硅传感器或单片集成温度传感器。 模拟集成温度传感器产生于1980年代，是能够将温度传感器集成在一个芯片上，完成温度测量和模拟信号输出功能的专用集成电路。 模拟集成温度传感器的主要特点是功能仅仅测量温度，测温误差小，价格低，响应速度快，传输距离远，体积小，微功耗等，适合远距离测温、温度控制，无需进行非线性校准，外围电路简单。 这是目前国内外普及zui的集成传感器，典型的产品有AD590、AD592、TMP17、LM135等。 1.2模拟集成温度控制器模拟集成温度控制器主要包括温控开关、可编程温度控制器，典型产品有LM56、AD22105和MAX6509。 扩展的集成温度控制器(如TC652/653 )还包括A/D转换器和硬化程序。 这类似于智能温度传感器。 然而，两者的主要区别在于它本身是一个系统，在工作时不受微处理器的控制。 1.3数字温度传感器在1990年代中期登场。 是微电子、计算机技术、自动测试技术ATE的结晶。 目前，国际上开发了许多系列产品。 内部包括温度传感器、A/D转换器、信号处理器、存储器或寄存器和接口电路。 某些产品还包括多路复用器、中央控制器cpu、随机存取存储器RAM和只读存储器ROM。 该特征能够通过输出与温度数据相关联的温度控制量，能够适用于各种微控制器MCU，另外，基于硬件在软件中实现测试功能，其智能程度也依赖于软件的开发水平。 2发展的新趋势进入21世纪以来，向着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性和安全性、虚拟传感器和网络传感器的开发、单板测温系统的开发等高科技方向迅速发展。 2.1测温精度和分辨率的提高是zui早在1990年代中期发表的，采用8位A/D转换器，测温精度低，分辨率只达到1°C。 目前，国外相继出现高精度、高分辨率的产品，使用的是9~12位的A/D转换器，分辨率一般达到0.5~0.0625°C。 美国DALLAS半导体公司新开发的DS1624型高分辨率，可输出13位二进制数据，分辨率高达0.03125°C，测温精度高达±； 0.2°C。 为了提高多通道的转换速率，有的芯片采用了高速逐次近似式A/D转换器。 以AD7817型5信道为例，向本地传感器、远程传感器的转换时间分别仅为27us、9us。 2.2添加测试功能的新测试功能也在加强。 例如，DS1629型单线追加了实时日历表( RTC )，进一步增强了功能。 DS1624还添加了存储功能，可以利用芯片内部的256字节E2PROM内存来存储用户的简短信息。 同时，从单通道向多通道的方向发展为多温度测量系统的开发和开发创造了良好的条件。 br>； 全部可选择多种动作模式。 主要有单转移模式、连续转移模式、待机模式，增加低温极限扩展模式，操作非常简单。 在一些情况下，除主机之外的微处理器和单片机可以将A/D转换速率的典型产品设置为MAX6654，并且将分辨率和zui转换时间的典型产品设置为DS1624。 能量温度控制器是在基础上发展的。 典型的产品包括DS1620、DS1623、TCN75、LM76和MAX6625。 智能温度控制器适用于各种微控制器，构成智能温度控制系统，并且也可以远离微控制器单独动作，自己构成温度调节器。 2.3总线技术的标准化和规范化目前总线技术也实现了标准化和规范化，采用的总线主要为单线1-Wire总线、I2C总线、SMBus总线和spI总线。 温度传感器作为从站可通过专用总线接口与主机通信。 2.4设计可靠性和安全性常规A/D转换器多采用积分或逐级比较转换技术，噪声容限较低，抑制混合噪声和量化噪声的能力较差。 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转换器，以高采样率和低采样分辨率将模拟信号转换成数字信号，并且可以利用过采样、噪声成形和数字滤波技术来提高有效的分辨率 由于σδa/d转换器采用数字反馈系统，其不仅可以去除量化噪声，而且要求外围元件的精度低，因此比较器的失调电压和零偏移不影响温度的转换精度。 这样，兼具抑制交叉模式干扰的能力强、分辨率高、线性好、成本低等优点。 在AD7416/7417/7817、LM75/76、MAX6625/6626等内部设置可编程的“故障队列fAultqueue”计数器，设定被测温度值超过上下限的次数，以免温度调节系统受噪声影响时发生误动作。 仅在被测量温度连续超过上限或低于下限的次数超过设定次数nn=1~4时触发中断端。 故障次数不满足上述条件或连续不发生故障时，故障计数器复位，中断侧不启动。 这意味着，假设n=3，即使偶然受到一次或两次噪声干扰，也不会影响温控系统的正常工作。 LM76型适合追加温度窗比较器，设计满足acpiadvancedconfigurationandpowerinterface即“高级配置和电源接口”规格的调温系统。 该系统具有完整的过热保护功能，可用于监控笔记本电脑和服务器的CPU和主电路的温度。 微处理器zui的高工作温度通常规定为tH，台式计算机为75°C，笔记本电脑的专用CPU为100°C。 CPU和主回路的温度超过设定的上下限时，INT侧会立即使主机发生中断，从电源控制器发出信号，保护主电源迅速关闭。 另外，当温度超过CPU的界限温度时，严重的过温警报输出端T_CRIT_A也可以直接关闭主电源，另外，该端也可以独立的硬件关闭电路关闭主电源，使主电源控制不起作用。 上述三重安全保护措施已成为国际设计温控系统的新观念。 为了防止人体的静电放电ESD导致芯片破损。 也追加了ESD保护电路，一般能承受1000~4000V的静电放电电压。 通常，人体相当于串联连接100PF电容器和1.2K欧姆电阻的电路模型，在人体放电时，TCN75型串行接口端子、中断/比较器信号输出端子和地址输入端子都能够承受1000V的静电放电电压。 LM83型可承受4000V的静电放电电压。 zui添加了新开发的传感器故障检测功能，可以自动检测外部晶体管的温度传感器。 MAX6654还选择“寄生阻抗抵消”parasitic电阻canllation，在英语中简称为prc模式，能够抵消远程传感器的引线阻抗引起的测温误差，即使引线阻抗达到100欧姆也不影响测量精度。 远程传感器导线可以使用通常的双绞线或带屏蔽层的双绞线。 2.5虚拟温度传感器和网络温度传感器1虚拟传感器虚拟传感器是基于传感器硬件和计算机平台的软件开发的。 利用软件完成传感器的标定和校准，实现zui的性能指标。 zui较近由美国B&K公司开发出了基于软件设定的TEDS型虚拟传感器。 其主要特征是，各传感器带有*的产品序列号以及带有软盘，从而在软盘上存储有确定该传感器的数据。 使用时，传感器通过数据采集器与计算机连接，首先从计算机输入该传感器的产品序列号，从软盘读出相关数据，自动完成传感器的检验、传感器参数的读取、传感器的设定和记录。 2网络温度传感器网络温度传感器是下一代智能传感器，包括数字传感器、网络接口和处理单元。 数字传感器首先将被测定温度转换为数字量，向微控制器传送数据处理。 zui随后将测量结果传送到网络，实现各传感器之间、传感器与驱动器之间、传感器与系统之间的数据交换和资源共享，无需在传感器交换时进行标定和校准，“即插即用插件&； 选择“播放”将使用户非常方便。 2.6枚测温系统枚系统是21世纪的高新技术产品。 在芯片上集成系统和子系统，其集成度达到108~109个元件/芯片，给IC产业和IC应用带来划时代的进步。 半导体工业协会SIA对单片机系统整合的预测如表1所示。 目前，国际上一些IC厂商已经开始开发单片测温系统，相信不久的将来会上市。 表1单片系统集成电路发展预测年度2001年2007年2010zui小线宽/um 0.18 0.13 0.1 0.07为晶体管数量/芯片1.3x108.5x1085x108成本/晶体管/毫米0.20.050.02芯片尺寸

江苏苏科仪表有限公司

2008年至2006年13月

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