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集成温度传感器的分类与发展趋势

发布时间:2012-4-19      发布人:泽天科技      点击:

集成温度传感器的原理是基于硅基p-n结对温度的敏感效应,它有三种类型:1.线性输出集成温度传感器,电压与温度成比例关系;2.临界点输出集成温度传感器,探测温度以防止过热,临界温度点的调整可通过电阻设置来完成。3.数字传感器,用数据总线传输温度值,用数字输出取代模拟输出。集成温度传感器的工作温度范围是有限的,通常在-55°C~150°C之间,但却具有价格低廉、设计简易、测量精确等优越性。集成温度传感器特有的低价格是制造商手中的法宝,在温度传感器中集成温度传感器价格最低,但它也有两个弱点,即受温度限制和受电磁干扰,但这些消极因素并不能影响制造商的信心。

1 集成温度传感器的产品分类

现代信息技术的传感器属于信息技术的前沿尖端产品,尤其是温度传感器被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域,数量高居各种传感器之首。近百年来,温度传感器的发展大致经历了以下三个阶段;(1)传统的分立式温度传感器(含敏感元件);(2)模拟集成温度传感器/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、由集成化向智能化、网络化的方向发展。

1.1 模拟集成温度传感器

集成传感器是采用硅半导体集成工艺而制成的,因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。模拟集成温度传感器是在20世纪80年代问世的,它是将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出功能的专用IC。模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一(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、控温,不需要进行非线性校准,外围电路简单。

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。某些增强型集成温度控制器中还包含了A/D转换器以及固化好的程序,这与智能温度传感器有某些相似之处。但它自成系统,工作时并不受微处理器的控制,这是二者的主要区别。

1.3 智能温度传感器

智能温度传感器(亦称数字温度传感器)是在20世纪90年代中期问世的。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE)的结晶。目前,国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品。智能温度传感器内部都包含温度传感器、A/D转换器、信号处理器、存储器(或寄存器)和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器(cpu)、随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。智能温度传感器的特点是能输出温度数据及相关的温度控制量,适配各种微控制器(MCU);并且它是在硬件的基础上通过软件来实现测试功能的,其智能化程度也取决于软件的开发水平。

2 智能温度传感器发展的新趋势

进入21世纪后,智能温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。

2.1 提高测温精度和分辨力

在20世纪90年代中期最早推出的智能温度传感器,采用的是8位A/D转换器,其测温精度较低,分辨力只能达到1℃。目前,国外已相继推出多种高精度、高分辨力的智能温度传感器,所用的是9~12位A/D转换器,分辨力一般可达0.5~0.0625℃。由美国DALLAS半导体公司新研制的DS1624型高分辨力智能温度传感器,能输出13位二进制数据,其分辨力高达0.03125℃,测温精度为±0.2℃。

2.2 增加测试功能

新型智能温度传感器的测试功能也在不断增强。例如,DS1629型单线智能温度传感器增加了实时日历时钟(RTC),使其功能更加完善。DS1624还增加了存储功能,利用芯片内部256字节的E2PROM存储器,可存储用户信息。另外,智能温度传感器正从单通道向多通道的方向发展,这就为研制和开发多路温度测控系统创造了良好条件。

智能温度传感器都具有多种工作模式可供选择,主要包括单次转换模式、连续转换模式、待机模式,有的还增加了低温极限扩展模式,操作非常简便。对某些智能温度传感器而言,主机(外部微处理器或单片机)还可通过相应的寄存器来设定其A/D转换速率,分辨力及最大转换时间。

2.3 总线技术的标准化与规范化

目前,智能温度传感器的总线技术也实现了标准化、规范化,所采用的总线主要有单线(Wire)总线、I2C总线、SMBus总线和spI总线。

2.4 可靠性及安全性设计

传统的A/D转换器大多采用积分式或逐次比较式转换技术,其噪声容限低,抑制混叠噪声及量化噪声的能力比较差。新型智能温度传感器普遍采用了高性能的Σ-Δ式A/D转换器,它能以很高的采样速率和很低的采样分辨力将模拟信号转换成数字信号,再利用过采样、噪声整形和数字滤波技术,来提高有效分辨力。Σ-Δ式A/D转换器不仅能滤除量化噪声,而且对外围元件的精度要求低。为了避免在温控系统受到噪声干扰时产生误动作。为防止因人体静电放电(ESD)而损坏芯片。一些智能温度传感器还增加了ESD保护电路,一般可承受1000~4000V的静电放电电压。本文源自泽天传感,转载请保留出处。