。上述解...
IC類(lèi)溫度傳感器的簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)
當(dāng)有人問(wèn)我目前從事何種工作時(shí)，我常常告訴別人我是一位從事模擬線路的工程師。模擬是什么意思？我常常用溫度傳感器來(lái)解釋這個(gè)概念。我告訴他們我們工程人員有時(shí)用傳感器將溫度這個(gè)模擬值用電壓或電流形式表達(dá)出。為了進(jìn)一步定義模擬的概念，我采用數(shù)字領(lǐng)域的東西進(jìn)行對(duì)比，而說(shuō)電壓或電流信號(hào)要被計(jì)算機(jī)識(shí)別就必須轉(zhuǎn)換成1或0這樣的數(shù)字信號(hào)。有時(shí)這種解釋挺有力，有時(shí)卻行不同。
上述解釋的目的就是暗示溫度傳感器現(xiàn)在已發(fā)生了很大變化。迄今為止，市場(chǎng)上提供的所有溫度傳感器都不具有模/數(shù)輸出功能。熱敏電阻、RTDs和熱電偶的使用都伴隨著一個(gè)模擬轉(zhuǎn)換裝置的使用或硅溫度傳感器。不幸的是，在重要應(yīng)用中，這些模擬輸出裝置都要求一個(gè)比較器，一塊ADC
，或者一個(gè)放大器，以將它們的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成有用的信號(hào)
。
因而，當(dāng)集成能力達(dá)到較高的水平時(shí)，具有數(shù)字界面的溫度傳感器就可出現(xiàn)了
。目前所售的Ics溫度傳感器品種繁多，從處理越限溫度信號(hào)的簡(jiǎn)單裝置到遠(yuǎn)程溫度的遙控和測(cè)量
，并可進(jìn)行溫度的科編程設(shè)置
。目前的選擇并不是僅對(duì)模擬輸出或數(shù)字輸出傳感器兩種功能的挑選，對(duì)傳感器的型號(hào)還有更廣的選擇
，所用這些選擇都應(yīng)與你的系統(tǒng)匹配為準(zhǔn)則
。
溫度傳感器的種類(lèi)
理想的模擬傳感器提供一種輸出電壓，該電壓對(duì)溫度具有A的線性功能
。傳感器B為數(shù)字I/O型，放大成1和0溫度數(shù)字信號(hào)可以通過(guò)一個(gè)串行總線到微處理器
。沿著同樣的總線，數(shù)據(jù)也可從微處理器傳送到溫度傳感器
，通常設(shè)置數(shù)字溫度輸出報(bào)警
。當(dāng)溫度達(dá)到限值時(shí)
，報(bào)警中斷信號(hào)就傳到微控制器
。這種類(lèi)型傳感器可用于風(fēng)扇控制
。
“模擬脈沖”傳感器（C）可具有各種形式的數(shù)字輸出
。電壓VVOUT與溫度的曲線是由IC決定的
，當(dāng)出現(xiàn)一個(gè)特別的越限溫度時(shí)，其數(shù)字輸出發(fā)生變化
。在這種情況下
，“脈沖”加到模擬溫度傳感器
，而不需要比較器和參考電壓。當(dāng)器件被選通后
，其它類(lèi)型的“脈沖”部件會(huì)以延遲時(shí)間的形式傳輸溫度數(shù)據(jù)，也可能用頻率形式或方波形式（將在后面討論）
。
系統(tǒng)監(jiān)控型(D)是四種中最復(fù)雜的類(lèi)型
?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">？膳c數(shù)字I/O口配合使用
，這類(lèi)裝置一般用來(lái)檢測(cè)系統(tǒng)電壓
，當(dāng)電壓升高或降低到某一I/O設(shè)定值時(shí)
，提供一個(gè)報(bào)警信號(hào)。
風(fēng)扇檢測(cè)的與/或控制有時(shí)就采用這種類(lèi)型的IC。有些情況下
，這種裝置用來(lái)確定風(fēng)扇是否正常工作。更復(fù)雜的型號(hào)可用于控制風(fēng)扇的一個(gè)和多個(gè)溫度測(cè)量點(diǎn)
。系統(tǒng)監(jiān)測(cè)傳感器在此處并不討論
，因?yàn)樗婕暗浇o出溫度傳感器可用的復(fù)雜函數(shù)模型。
模擬輸出溫度傳感器
熱敏電阻和硅溫度傳感器都被廣泛地用做模擬輸出溫度傳感器。圖2清楚地表明電壓和溫度之間的線性關(guān)系
，硅溫度傳感器的線性比熱敏電阻的要好得多
。然而，在狹窄的溫度范圍內(nèi)
，熱敏電阻也能提供合理的線性和好的靈敏度
。很多早期被熱敏電阻構(gòu)建的電路，現(xiàn)在已過(guò)時(shí)
，目前已用硅溫度傳感器所替代。
硅溫度傳感器可采用不同的刻度輸出形式 ，例如，在輸出轉(zhuǎn)換上它可以用K
、0C和0F表示
。
在大部分應(yīng)用中
，這些裝置的輸出被饋入到比較器或A/D轉(zhuǎn)換器用來(lái)把溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式
，盡管這是裝置的額外需要，但是熱敏電阻和硅溫度傳感器由于其價(jià)格低廉而能連續(xù)多年應(yīng)用
。
具有數(shù)字I/O接口的溫度傳感器
大約在五年前 ，一種新型的溫度傳感器被引進(jìn)。這些裝置包括數(shù)字接口（允許與微控制器進(jìn)行通訊）
。這種通信界面一般包括I2C和SMBus串行總線
，而另外一些串行通信界面（諸如SPI）也是通用的
。該接口可傳送數(shù)字到微處理器，該接口也能接受到微控制器的指令
。這些指令常常是溫度的域值
，即溫度如果越限
，就會(huì)在溫度傳感器IC上產(chǎn)生一個(gè)數(shù)字信號(hào)（它將對(duì)微控制器產(chǎn)生一個(gè)中斷）。微控制器然后就能調(diào)節(jié)風(fēng)扇速度或調(diào)整微處理器
，使溫度處于控制之中
。
這類(lèi)裝置可廣泛使用，在這些應(yīng)用中
，可進(jìn)行遙控溫度測(cè)量。為了進(jìn)行遙控測(cè)量
，大部分高性能CPUs都包括一個(gè)onchip轉(zhuǎn)換器
，該轉(zhuǎn)換器可提供溫度的模擬電壓值。（僅在轉(zhuǎn)換器的兩個(gè)p-n結(jié)的一個(gè)被使用
。）
。另一種應(yīng)用是采用一個(gè)離散的轉(zhuǎn)換器進(jìn)行同樣的功能
。
這類(lèi)傳感器（包括顯示在圖3中的傳感器）的另一個(gè)重要特點(diǎn)是當(dāng)所測(cè)得溫度處不在高限和低限之間的范圍時(shí)具有中斷微處理器的能力。在其它的傳感器中 ，當(dāng)測(cè)量溫度值越過(guò)高限或低限時(shí)（不能同時(shí)有兩值）
，一個(gè)中斷信號(hào)應(yīng)被產(chǎn)生。這些域值通過(guò)SMBus接口被傳送到溫度傳感器
。如果溫度變化到域值范圍之外，報(bào)警信號(hào)應(yīng)能中斷微處理器。
然而
，它不是監(jiān)測(cè)一個(gè)p-n結(jié)
，而是監(jiān)測(cè)四個(gè)結(jié)點(diǎn)及自己的內(nèi)部溫度。因?yàn)镸axim的 MAX1668只消耗很少的電量
，它的內(nèi)部溫度接近環(huán)境溫度
。測(cè)量環(huán)境溫度就能判斷出該系統(tǒng)風(fēng)扇是否正常運(yùn)行。
通過(guò)遠(yuǎn)端監(jiān)控溫度來(lái)控制風(fēng)扇是IC的主要功能。這種情況的用戶能在風(fēng)扇控制的兩個(gè)不同模式中選擇 。用PWM模式
，微處理器靠改變發(fā)送給風(fēng)扇的信號(hào)周期控制風(fēng)扇速度作為測(cè)量溫度的一個(gè)功能。這種情況所需的消耗電能遠(yuǎn)低于控制件的線性模式產(chǎn)生的
。由于某些風(fēng)扇在PWM信號(hào)頻率控制時(shí)發(fā)出能聽(tīng)得見(jiàn)的聲音
，而線性模式在這方面則更具有優(yōu)點(diǎn)，但存在電能消耗高和需要其它的附加電路
，雖然額外的電能消耗只是整個(gè)系統(tǒng)電能消耗的一小部分。
當(dāng)溫度超過(guò)規(guī)定的域值時(shí)，該IC 提供中斷微處理器的報(bào)警信號(hào)。明顯信號(hào)的安全（一種短期的過(guò)溫信號(hào)）模式也被提供。當(dāng)溫度升高到一個(gè)危險(xiǎn)值時(shí)，如果微處理器或軟件非正常運(yùn)行，報(bào)警信號(hào)將會(huì)失去意義。然而，明顯的是，一旦溫度升高到某一設(shè)定值時(shí)（經(jīng)由SMBus），它將會(huì)對(duì)控制電路動(dòng)作，而不需要微處理器的幫助。因此，在這種高溫時(shí)，微處理器最明顯方式應(yīng)是直接關(guān)閉電源，而不用微處理器控制，防止?jié)撛诘貫?zāi)難故障。
裝置的數(shù)字I/O可廣泛的用在服務(wù)器，電池封裝和硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)。眾多的溫度點(diǎn)可用來(lái)監(jiān)控眾多的測(cè)量點(diǎn)，以增加服務(wù)器的科靠性。在母板上（它是底盤(pán)上的基本環(huán)境溫度），在CPU內(nèi)部，在其它的熱產(chǎn)生元件（諸如圖形加速器和硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器）。為了安全原因電池封裝中合并了溫度傳感器和優(yōu)化的電池外形，它可以增加電池的壽命。
有兩種好的方法監(jiān)控硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的溫度 ，依靠電動(dòng)機(jī)的初始速度和環(huán)境溫度
。在驅(qū)動(dòng)器中的讀數(shù)錯(cuò)誤加大了溫度的錯(cuò)誤范圍
。硬盤(pán)的MTBF一般通過(guò)溫度的控制而改進(jìn)。通過(guò)測(cè)量系統(tǒng)內(nèi)的溫度
，你能控制馬達(dá)速度以優(yōu)化系統(tǒng)的可靠性
。驅(qū)動(dòng)裝置可被關(guān)閉
。在要求可靠性高的系統(tǒng)中
，為了管理系統(tǒng)產(chǎn)生警報(bào)可以指示溫度域值或數(shù)據(jù)可能丟失的情況。
模擬脈沖傳感器
“模擬脈沖”傳感器一般適宜于較簡(jiǎn)單的測(cè)量應(yīng)用。這些ICs能產(chǎn)生一個(gè)從測(cè)量溫度轉(zhuǎn)換而來(lái)得邏輯輸出到微處理器。而數(shù)字I/O傳感器具有雙向傳輸?shù)墓δ?div id="d48novz" class="flower left">
在一個(gè)模擬脈沖傳感器最簡(jiǎn)單的實(shí)例中，當(dāng)一個(gè)特殊的溫度越限時(shí)，邏輯輸出脈沖觸發(fā)。當(dāng)溫度升高到規(guī)定的限值或降到規(guī)定的限值時(shí)，這些裝置的部分被觸發(fā)。這種傳感器允許其它部分固定域值時(shí)，其溫度域值能隨著阻值調(diào)整。
顯示在圖6的應(yīng)用裝置中采用了一個(gè)特殊的內(nèi)部溫度域值。對(duì)于這種裝置三個(gè)電路顯示了一個(gè)共同用處：報(bào)警、設(shè)備關(guān)閉或風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)。
當(dāng)一個(gè)實(shí)際的溫度讀數(shù)需要時(shí)，可采用一個(gè)微處理器，以及傳輸單一信號(hào)的傳感器。用微處理器內(nèi)部的計(jì)數(shù)器計(jì)量時(shí)間
，則來(lái)自這種溫度傳感器的信號(hào)就能被很容易地轉(zhuǎn)換成測(cè)量溫度。圖7中的傳感器輸出一個(gè)方波
，它的頻率與周?chē)鷾囟龋ń^對(duì)溫度）成比例。圖8中的裝置是類(lèi)似的
，但方波的周期與周?chē)臏囟龋ń^對(duì)溫度）成比例
。
作為一個(gè)實(shí)際中的應(yīng)用情況，允許八個(gè)溫度傳感器連在同一個(gè)總線上。當(dāng)微處理器的I/O口同時(shí)選通總線上的傳感器時(shí)
，就開(kāi)始從這些溫度傳感器讀取溫度的過(guò)程。為了從每一個(gè)傳感器中接受數(shù)據(jù)微處理器快速的調(diào)配接口以滿足輸入條件
。在傳感器選通后，微處理器即對(duì)讀入的數(shù)據(jù)進(jìn)行譯碼
。每一個(gè)傳感器都在特別范圍的時(shí)間內(nèi)選通脈沖到來(lái)時(shí)譯碼。通過(guò)分配給每一個(gè)傳感器傳數(shù)的時(shí)間范圍
，就可以避免譯碼沖突
。
這種方法達(dá)到的精度驚奇的高：在室溫下是0.80C,正好匹配于IC用方波頻率形式傳輸?shù)臏囟葦?shù)據(jù)譯碼。同樣的情況在方波的周期中也適用。
該器件在導(dǎo)線受限制的應(yīng)用場(chǎng)所效果是非常明顯得。例如，當(dāng)溫度傳感器應(yīng)與微處理器絕緣時(shí)，因?yàn)閮H需要一個(gè)光耦，故造價(jià)可做的很小。在自動(dòng)化和HVAC應(yīng)用中，這些傳感器也特別適用，因?yàn)榫嚯x的緣故，使得它們所用的銅量少。
展望溫度傳感器的發(fā)展
IC傳感器能提供各種功能界面的組合。因?yàn)檫@些裝置在不斷的改進(jìn)
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