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    智能溫度傳感器發展的新趨勢

         
    智能溫度傳感器發展的新趨勢
    進入21世紀後,智能溫度傳感器正朝著高精度、多功能、總線標準化、高可靠性及安全性、開發虛擬傳感器和網絡傳感器、研製單片測溫係統等高科技的方向迅速發展。

    1提高測溫精度和分辨力 
    在20世紀90年代中期最早推出的智能溫度傳感器,采用的是8位A/D轉換器,其測溫精度較低,分辨力隻能達到1°C。目前,國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轉換器,分辨力一般可達0.5~0.0625°C。由美國DALLAS半導體公司新研製的DS1624型高分辨力智能溫度傳感器,能輸出13位二進製數據,其分辨力高達0.03125°C,測溫精度為±0.2°C。為了提高多通道智能溫度傳感器的轉換速率,也有的芯片采用高速逐次逼近式A/D轉換器。以AD7817型5通道智能溫度傳感器為例,它對本地傳感器、每一路遠程傳感器的轉換時間分別僅為27us、9us。

    2增加測試功能 
    新型智能溫度傳感器的測試功能也在不斷增強。例如,DS1629型單線智能溫度傳感器增加了實時日曆時鍾(RTC),使其功能更加完善。DS1624還增加了存儲功能,利用芯片內部256字節的E2PROM存儲器,可存儲用戶的短信息。另外,智能溫度傳感器正從單通道向多通道的方向發展,這就為研製和開發多路溫度測控係統創造了良好條件。?br>

    能溫度控製器是在智能溫度傳感器的基礎上發展而成的。典型產品有DS1620、DS1623、TCN75、LM76、MAX6625。智能溫度控製器適配各種微控製器,構成智能化溫控係統;它們還可以脫離微控製器單獨工作,自行構成一個溫控儀。

    3總線技術的標準化與規範化 
    目前,智能溫度傳感器的總線技術也實現了標準化、規範化,所采用的總線主要有單線(1-Wire)總線、I2C總線、SMBus總線和spI總線。溫度傳感器作為從機可通過專用總線接口與主機進行通信。

    4可靠性及安全性設計 
    傳統的A/D轉換器大多采用積分式或逐次比較式轉換技術,其噪聲容限低,抑製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轉換器,它能以很高的采樣速率和很低的采樣分辨力將模擬信號轉換成數字信號,再利用過采樣、噪聲整形和數字濾波技術,來提高有效分辨力。Σ-Δ式A/D轉換器不僅能濾除量化噪聲,而且對外圍元件的精度要求低;由於采用了數字反饋方式,因此比較器的失調電壓及零點漂移都不會影響溫度的轉換精度。這種智能溫度傳感器兼有抑製串模幹擾能力強、分辨力高、線性度好、成本低等優點。

    為了避免在溫控係統受到噪聲幹擾時產生誤動作,在AD7416/7417/7817、LM75/76、MAX6625/6626等智能溫度傳感器的內部,都設置了一個可編程的“故障排隊(fAultqueue)"計數器,專用於設定允許被測溫度值超過上、下限的次數。僅當被測溫度連續超過上限或低於下限的次數達到或超過所設定的次數n(n=1~4)時,才能觸發中斷端。若故障次數不滿足上述條件或故障不是連續發生的,故障計數器就複位而不會觸發中斷端。這意味著假定n=3時,那麽偶然受到一次或兩次噪聲幹擾,都不會影響溫控係統的正常工作。

    最新開發的智能溫度傳感器(例如MAX6654、LM83)還增加了傳感器故障檢測功能,能自動檢測外部晶體管溫度傳感器(亦稱遠程傳感器)的開路或短路故障。MAX6654還具有選擇“寄生阻抗抵消"(PArAsitic ResistAnce CAncellAtion,英文縮寫為prc)模式,能抵消遠程傳感器引線阻抗所引起的測溫誤差,即使引線阻抗達到100歐姆,也不會影響測量精度。遠程傳感器引線可采用普通雙絞線或者帶屏蔽層的雙絞線。

    5虛擬溫度傳感器和網絡溫度傳感器 
    (1)虛擬傳感器 
    虛擬傳感器是基於傳感器硬件和計算機平台、並通過軟件開發而成的。利用軟件可完成傳感器的標定及校準,以實現最佳性能指標。最近,美國B&K公司已開發出一種基於軟件設置的TEDS型虛擬傳感器,其主要特點是每隻傳感器都有唯一的產品序列號並且附帶一張軟盤,軟盤上存儲著對該傳感器進行標定的有關數據。使用時,傳感器通過數據采集器接至計算機,首先從計算機輸入該傳感器的產品序列號,再從軟盤上讀出有關數據,然後自動完成對傳感器的檢查、傳感器參數的讀取、傳感器設置和記錄工作。

    (2)網絡溫度傳感器 
    網絡溫度傳感器是包含數字傳感器、網絡接口和處理單元的新一代智能傳感器。數字傳感器首先將被測溫度轉換成數字量,再送給微控製器作數據處理。最後將測量結果傳輸給網絡,以便實現各傳感器之間、傳感器與執行器之間、傳感器與係統之間的數據交換及資源共享,在更換傳感器時無須進行標定和校準,可做到“即插即用(Plug&PlAy)",這樣就極大地方便了用戶。

    6單片測溫係統 
    單片係統(System On Chip)是21世紀一項高新科技產品。它是在芯片上集成一個係統或子係統,其集成度將高達108~109元件/片,這將給IC產業及IC應用帶來劃時代的進步。半導體工業協會(SIA)對單片係統集成所作的預測見表1。目前,國際上一些著名的IC廠家已開始研製單片測溫係統,相信在不久的將來即可麵市。

     

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