在許多應(yīng)用中溫度都是必須監(jiān)測(cè)和控制的關(guān)鍵參數(shù)，這些應(yīng)用包括個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）、移動(dòng)電話、汽車(chē)、醫(yī)用設(shè)備和游戲控制臺(tái)。目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)出許多不同的測(cè)量技術(shù)以滿足這些應(yīng)用對(duì)各種技術(shù)和成本的要求。這些測(cè)量技術(shù)包括熱敏電阻、電阻溫度檢測(cè)器（RTD）、紅外（IR）測(cè)溫、熱電偶以及許多推出的集成電路（IC）溫度傳感器。

　　IC溫度傳感器

　　半導(dǎo)體溫度傳感器是以集成電路（IC）結(jié)構(gòu)制造的，基本設(shè)計(jì)原理基于半導(dǎo)體二極管的伏安特性與溫度之間的關(guān)系。IC溫度傳感器適合于-55 C～150 C溫度范圍內(nèi)的應(yīng)用。雖然IC溫度傳感器的測(cè)量范圍比熱電偶和RTD的測(cè)量范圍小一些，但是它們有小封裝、高和低價(jià)格等特點(diǎn)，并且容易與其它器件連接，例如，放大器、穩(wěn)壓器、數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）和微控制器（MCU）。IC溫度傳感器技術(shù)不斷進(jìn)步，可以提供各種各樣的功能、特性和接口。鑒于現(xiàn)在提高IC集成度的可行性，數(shù)字IC溫度傳感器能夠發(fā)送本地溫度和遠(yuǎn)程溫度測(cè)量結(jié)果，監(jiān)視其它系統(tǒng)參數(shù)、控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速或者當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定值時(shí)發(fā)出報(bào)警。

　　IC溫度傳感器的類型

　　IC溫度傳感器有兩種主要類型--模擬溫度傳感器和數(shù)字溫度傳感器，并且每一種類型都包括許多種產(chǎn)品。模擬溫度傳感器能產(chǎn)生一個(gè)與溫度成比例的電壓或者電流信號(hào)。數(shù)字溫度傳感器能監(jiān)視本地溫度和遠(yuǎn)程溫度，并且還包括許多其它功能，例如，電壓監(jiān)視、風(fēng)扇控制和超出溫度設(shè)置上限或下限報(bào)警。

　　模擬溫度傳感器

　　初期的IC溫度傳感器提供一個(gè)與溫度成比例的輸出電壓或電流。我們改進(jìn)了現(xiàn)有的熱敏電阻產(chǎn)品，其電阻隨溫度呈非線性關(guān)系變化的特性?，F(xiàn)在的模擬溫度傳感器無(wú)需附加線性化電路來(lái)校準(zhǔn)熱敏電阻的非線性。圖1示出了這種半導(dǎo)體溫度傳感器的曲線圖，當(dāng)要求電壓與溫度之間呈線性關(guān)系時(shí)，它是良好的選擇。

　　圖1 熱敏電阻的溫度特性曲線與半導(dǎo)體溫度傳感器的溫度特性曲線（略）

　　Thermistor=熱敏電阻

　　Voltage=電壓

　　Silicon Temperature Sensor=半導(dǎo)體溫度傳感器

　　Temperature=溫度

　　雖然新的數(shù)字輸出溫度傳感器已經(jīng)在許多應(yīng)用中取代了模擬輸出溫度傳感器，但是模擬輸出溫度傳感器仍然有用武之地。例如，AD590電流輸出溫度傳感器，自從面世25年多以來(lái)在許多應(yīng)用中一直是很有活力的產(chǎn)品。該器件經(jīng)常用于遠(yuǎn)程溫度檢測(cè)，因?yàn)楦咦杩闺娏鬏敵鍪蛊鋵?duì)長(zhǎng)線路傳輸?shù)碾妷航挡幻舾?，并且還能用于多種多樣的溫度檢測(cè)器應(yīng)用，具有+4 V ～ +30 V寬工作電壓范圍。

　　數(shù)字輸出溫度傳感器

　　在許多應(yīng)用中，終需要以數(shù)字形式提供溫度數(shù)據(jù)。這可以通過(guò)將一個(gè)模擬溫度傳感器的輸出接到一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）來(lái)實(shí)現(xiàn)。然而，隨著IC產(chǎn)品制造技術(shù)的進(jìn)步，將這種ADC和許多其它功能一起集成到溫度傳感器的管芯上已經(jīng)成為經(jīng)濟(jì)有效的方法。它能降低成本、印制電路板（PCB）面積和功耗，同時(shí)簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師的任務(wù)。

　　本地溫度監(jiān)視

　　數(shù)字溫度傳感器類似于模擬溫度傳感器，但是它的輸出不是以電流或電壓形式而是將其轉(zhuǎn)換為1或0形式的數(shù)字量。因此，數(shù)字輸出溫度傳感器適合于連接到一個(gè)MCU。這類的接口包括單線脈沖寬度調(diào)制（PWM）、兩線I2C和SMBus，以及3線或4線SPI協(xié)議接口。

　　PWM單線接口

　　PWM輸出溫度傳感器提供一個(gè)方波占空比與溫度成比例的方波輸出。這種信號(hào)通常連到一個(gè)MCU計(jì)時(shí)器，并且根據(jù)方波高電平時(shí)間與低電平時(shí)間的比率計(jì)算溫度。這種比率式測(cè)量方法避免了由于不同時(shí)鐘頻率偏移產(chǎn)生的誤差。這些低成本、低功耗的溫度傳感器適合于印制電路板面積受限制的應(yīng)用和僅要求使用一個(gè)光耦合器進(jìn)行隔離的應(yīng)用。例如，TMP05采用小外形SC-70封裝（2 mm 長(zhǎng)）。TMP05采用菊花鏈方式，允許串行連接幾個(gè)溫度傳感器并且共用一個(gè)MCU計(jì)時(shí)器引腳，適合要求監(jiān)測(cè)多個(gè)溫區(qū)溫度的應(yīng)用。圖2給出了一個(gè)采用菊花鏈方式的例子。

　　圖2 菊花鏈方式（略）

DAISY-CHAIN MODE=菊花鏈方式
TIMER=計(jì)時(shí)器
MICROPROCESSOR=微處理器
Temperature ( C) = 406 - (731 x (T1 / T2)) = 溫度（ C）= 406 - 〔731 x (T1 / T2)〕

　　I2C，SMBus和SPI接口

　　2線串行接口協(xié)議（例如，I2C，SMBus總線）主要應(yīng)用于PC和通信應(yīng)用。SPI是一種3線或4線串行接口，通常用于非PC環(huán)境的應(yīng)用，例如，工業(yè)儀表（I&I）和汽車(chē)應(yīng)用。MCU和溫度傳感器之間的通信可以是雙向的，可利用MCU向溫度傳感器發(fā)送指令。

　　數(shù)字溫度傳感器通常包含適合于低功耗應(yīng)用的工作模式。例如，ADT7301是一種13 bit分辨率0.5 C 帶SPI接口的傳感器，它能在轉(zhuǎn)換過(guò)程中自動(dòng)進(jìn)入待機(jī)模式。

　　許多溫度傳感器具有的另一項(xiàng)重要功能是能在超過(guò)溫度限定值時(shí)產(chǎn)生一個(gè)中斷，可以將這些溫度限定值設(shè)置到上限溫度（Thigh）寄存器和 下限溫度（Tlow）寄存器。在許多溫度傳感器連接到同一總線的應(yīng)用中，判定發(fā)出中斷信號(hào)的傳感器非常重要。兼容ALERT功能的SMBus總線具有此功能。當(dāng)中斷發(fā)生后，發(fā)出中斷信號(hào)的溫度傳感器將其地址送回MCU以便能容易判定溫度超過(guò)限定值的傳感器。

　　遠(yuǎn)程溫度監(jiān)測(cè)

　　通常要求在多個(gè)位置進(jìn)行溫度測(cè)量。這可以通過(guò)在該系統(tǒng)中放置多個(gè)本地?cái)?shù)字溫度傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)。但是遠(yuǎn)程溫度監(jiān)視器可以提供另一種解決方案，用于尺寸受限制的場(chǎng)合。數(shù)字溫度傳感器除了能測(cè)量本地溫度，還能使用一個(gè)NPN或者PNP型晶體管中的二極管來(lái)測(cè)量遠(yuǎn)程溫度。這些遠(yuǎn)程測(cè)溫二極管可以集成到MCU芯片中或者采用一個(gè)低成本的分立器件，例如可以使用2N3906。該遠(yuǎn)程測(cè)溫二極管可以放在一個(gè)距溫度傳感器100英尺的高溫地點(diǎn)。這種溫度傳感器的一個(gè)例子是ADT7461。

　　圖3 用戶可編程溫度傳感器監(jiān)視遠(yuǎn)程PN結(jié)的溫度（略）

　　該溫度傳感器的THERM輸出引腳的失效保護(hù)功能在溫度快接近一個(gè)危險(xiǎn)的溫度值時(shí)特別有用。例如，當(dāng)軟件或MCU崩潰時(shí)，如果將中斷信號(hào)送到該MCU將不再有用。在高溫情況下，THERM引腳輸出能直接開(kāi)啟或者關(guān)斷一個(gè)散熱風(fēng)扇，無(wú)需使用該MCU，從而防止了一種潛在的災(zāi)難。

THERM 引腳用于在高溫時(shí)開(kāi)啟風(fēng)扇。

OR CPU THERMAL DIODE= 或CPU測(cè)溫二極管

SHIELD=屏蔽線

SMBUS CONTROLLER= SMBUS總線控制器

TYP 10 k ＝10K 典型值

FAN ENABLE=風(fēng)扇啟動(dòng)

FAN CONTROL CIRCUIT=風(fēng)扇控制電路

3V TO 3.5 V=3V ～ 3.5 V

5V OR 12 V=5V 或 12 V

　　溫度監(jiān)視系統(tǒng)

　　采用超大規(guī)模集成電路（VLSI）技術(shù)能提高系統(tǒng)的集成度，需要對(duì)溫度監(jiān)視和控制的系統(tǒng)通常要求監(jiān)視其它系統(tǒng)的參數(shù)，例如，電源電壓、電流和關(guān)鍵信號(hào)的直流（DC）偏移。另外，由于現(xiàn)代的VLSI技術(shù)能夠在數(shù)字溫度傳感器內(nèi)核的周?chē)鷺?gòu)造高度復(fù)雜的系統(tǒng)IC。例如，ADT7516除了能測(cè)量本地溫度，還能提供4通道10 bit ADC和一個(gè)片內(nèi)基準(zhǔn)電壓源。它還包含12 bitDAC，提供對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的控制能力。

　　這類應(yīng)用的一個(gè)是LCD投影儀的風(fēng)扇控制。這里有兩個(gè)需要考慮的主要熱源：一個(gè)是投影儀燈泡產(chǎn)生的熱量，另一個(gè)是電源耗散的熱量。ADM1034作為這類器件的一個(gè)例子，具有監(jiān)視兩路遠(yuǎn)程溫度和自動(dòng)控制兩個(gè)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的能力，這里采用兩路獨(dú)立的PWM輸出。圖4給出了如何將這樣一種器件用于上述應(yīng)用。

　　圖4 LCD投影儀中的溫度監(jiān)視和風(fēng)扇控制（略）

Temperature source Power Supply=電源產(chǎn)生的熱源

Temperature source Bulb of projector=投影儀的燈泡產(chǎn)生的熱源

　　因?yàn)橛性S多利用風(fēng)扇對(duì)系統(tǒng)散熱的應(yīng)用，所以為了有效地控制風(fēng)扇，開(kāi)發(fā)出了許多方法。其中兩種主要方法是風(fēng)扇轉(zhuǎn)速線性控制方法和風(fēng)扇轉(zhuǎn)速PWM控制方法。

　　風(fēng)扇轉(zhuǎn)速線性控制

　　在這種控制方法中，MCU讀取溫度值。根據(jù)讀取的溫度值，MCU決定合適的風(fēng)扇轉(zhuǎn)速并且將一個(gè)相應(yīng)的值寫(xiě)入該溫度傳感器片內(nèi)DAC中。然后，溫度傳感器的DAC輸出用于設(shè)置風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的電壓值。這類IC風(fēng)扇控制器的一個(gè)例子是ADM1028，見(jiàn)圖5。當(dāng)檢測(cè)到溫度超過(guò)限定值時(shí)，利用這種器件的默認(rèn)自動(dòng)硬件跳脫點(diǎn)能夠驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇全速率運(yùn)轉(zhuǎn)。雖然這類器件中有一些功能要求CPU干預(yù)控制風(fēng)扇，ADI公司也提供帶自動(dòng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制的更的產(chǎn)品。

　　圖5 采用ADM1028實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速線性控制（略）

FAN=風(fēng)扇

FAN-SPD=風(fēng)扇轉(zhuǎn)速

　　風(fēng)扇轉(zhuǎn)速PWM控制

　　散熱風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速可以通過(guò)改變施加信號(hào)的占空比來(lái)調(diào)節(jié)?？刂骑L(fēng)扇轉(zhuǎn)速的PWM輸出方法的兩個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的變化范圍比線性控制方法寬，并且其外部電路也有明顯簡(jiǎn)化，見(jiàn)圖6。

　　圖6 ADT7460采用PWM控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速（略）

　　注意外部電路比線性控制方法簡(jiǎn)單。

FAN=風(fēng)扇

TACH=測(cè)速

　　ADT7460還包含用于自動(dòng)風(fēng)扇控制的獨(dú)立工作軟件，并以對(duì)應(yīng)給定芯片溫度的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。由于多種原因，無(wú)需主機(jī)干預(yù)的自動(dòng)風(fēng)扇速率控制功能在PC應(yīng)用中特別有用。一經(jīng)設(shè)置好，即使該P(yáng)C機(jī)出現(xiàn)意外崩潰，它也能對(duì)系統(tǒng)的溫度變化做出反應(yīng)，另外，它確保風(fēng)扇僅以任意給定溫度所需要的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，降低了功耗和噪音。