為系統(tǒng)定制的溫度傳感器及其電路設(shè)計方案

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　　傳統(tǒng)的溫度傳感器只能提供模擬輸出如：電熱調(diào)節(jié)器、RTDs、熱電偶以及后來出現(xiàn)的硅溫度傳感器。而在大多數(shù)應(yīng)用中這些模擬輸出的溫度傳感器的輸出端需要配置一個比較器、ADC或放大器以產(chǎn)生有效的信號輸出。

  

　　隨著集成工藝的發(fā)展溫度傳感器和數(shù)字接口已能夠集成在單片IC內(nèi)這些IC被應(yīng)用于多種產(chǎn)品從最簡單的溫度開關(guān)（當達到或超過特殊的溫度門限時產(chǎn)生信號）到那些可編程溫度報警以及提供遠程和本地溫度數(shù)字量的復(fù)雜功能器件目前的傳感器并不是簡單地在模擬輸出和數(shù)字輸出之間來選擇而是具有多種選擇類型以滿足各種系統(tǒng)的需要。

　　1、溫度傳感器的分類
　　圖1列出了四種類型的溫度傳感器。圖1（a）是理想的模擬輸出傳感器它的輸出電壓是溫度的線性函數(shù)。圖1（b）是帶數(shù)字I/O的傳感器它可以直接連接到微控制器溫度以數(shù)字形式通過串行總線注入微控制器。在同一總線上控制指令可以從微處理器傳送給溫度傳感器通常用來設(shè)置與ALERT數(shù)字輸出相對應(yīng)的溫度門限值。當超過溫度門限值時“ALERT”將中斷微控制器或提供風扇控制。圖1（c）是增強型模擬傳感器。“增強型模擬”傳感器具備各種類型的數(shù)字輸出。當超出特殊溫度的時候數(shù)字輸出開關(guān)的狀態(tài)即發(fā)生改變�！霸鰪姟敝皇窃谀�擬溫度傳感器的基礎(chǔ)上增加了比較器和電壓基準。其它結(jié)構(gòu)的“增強型模擬”溫度傳感器也可將溫度轉(zhuǎn)換為延遲時間或用方波的周期或頻率表示。圖1（d）為比較復(fù)雜的集成溫度傳感器即系統(tǒng)監(jiān)控器。該類芯片除了能提供數(shù)字I/O接口功能之外還可監(jiān)控系統(tǒng)電源電壓、提供過壓和欠壓報警、通過I/O總線設(shè)置報警域值等有時也包含風扇監(jiān)控和控制功能。

　　2、模擬輸出溫度傳感器
　　電熱調(diào)節(jié)器和硅溫度傳感器被廣泛地使用在模擬輸出溫度傳感器中。圖2說明了電壓和溫度成線性關(guān)系的必要性與電熱調(diào)節(jié)器相比硅溫度傳感器是更好的選擇但在比較狹窄的溫度范圍內(nèi)電熱調(diào)節(jié)器也能提供合理的線性度和靈敏度。
　　硅溫度傳感器可以有不同的輸出刻度和偏移量。例如有些硅傳感器的傳輸函數(shù)正比于絕對溫度K有些則正比于攝氏溫度℃或華氏溫度。一些正比于攝氏溫度的芯片在使用單電源電壓時也能用于檢測負溫。
　　在大多數(shù)應(yīng)用中這些器件的輸出被送至比較器或模數(shù)轉(zhuǎn)換器以將溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式。然而盡管需要附加器件電熱調(diào)節(jié)器和硅溫度傳感器以它的低價格和使用簡單的優(yōu)勢繼續(xù)為大眾所采用。

　　3、數(shù)字I/O溫度傳感器
　　大約五年以前一種新的溫度傳感器類型被引進。這些器件包含數(shù)字接口允許和微控制器通信這些接口通常采用I2C或SMBus串行總線SPI也是一種通用的總線方式。除了將溫度送至微控制器之外接口也可以從微控制器接收指令通常是設(shè)置溫度檢測門限，振動測量儀如果溫度超出檢測門限溫度傳感器將激活數(shù)字信號以中斷微控制器進而由微控制器進一步調(diào)整風扇速度或減慢微處理器速度從而使溫度處于正常范圍。

　　這種類型的器件具備不同特點，目前常用的有遠程溫度傳感器。圖3是一個用戶可編程的溫度傳感器通過遠程CPU的內(nèi)部PN結(jié)來監(jiān)控CPU溫度的CPU監(jiān)控電路。多數(shù)高性能CPU需要通過遠程溫度傳感器進行監(jiān)測CPU內(nèi)部包括用于溫度測量的晶體管。對于不帶有內(nèi)置晶體管的系統(tǒng)利用一個分立的晶體管可以實現(xiàn)同樣的功能。在圖3電路中當測量 溫度超出任何一個高溫或者低溫門限值時MAX1618即產(chǎn)生中斷信號溫度門限值通過SMBus總線經(jīng)CPU傳送給MAX161。在圖4電路中MAX1668可以同時監(jiān)控四個P-N結(jié)和其自身的溫度。因為MAX1668功耗很低因此它的內(nèi)部溫度接近于環(huán)境溫度。測量環(huán)境溫度可以給系統(tǒng)提供一個風扇是否正常運行的狀態(tài)指示。

　　利用圖5所示電路可以監(jiān)控遠程溫度以控制風扇。使用它可以選擇兩種風扇控制方式。即PWM方式和線性控制方式在PWM方式下微控制器用來控制風扇速度以作為測量溫度的函數(shù)它是通過改變送給風扇信號的占空比來實現(xiàn)的。這種方式的風扇控制比線性控制方式能節(jié)省大量的功率消耗。因為有些風扇采用PWM信號控制時會產(chǎn)生噪聲而線性控制方式則沒有因此可根據(jù)系統(tǒng)需要選擇控制方式。MAX16690還可提供ALERT報警信號當溫度超出設(shè)定值時中斷微控制器。另外通過OVERT輸出端還可提供一個安全控制模式ALERT信號將失去作用此時當溫度上升超出規(guī)定的門限時OVERT將變?yōu)橛行�，這時它可以不通過微控制器而直接控制電路的動作如直接關(guān)閉系統(tǒng)電源以防止系統(tǒng)損壞等。
　　數(shù)字I/O類的集成溫度傳感器普遍應(yīng)用在服務(wù)器、電池組和硬盤驅(qū)動器中。為嗇服務(wù)器的可靠性往往需要監(jiān)控許多點的溫度：如母板CPU內(nèi)核、圖像加速器和硬盤驅(qū)動器等其它發(fā)熱組件。硬盤驅(qū)動器的讀錯誤在溫度達到極限時會大大增加同時硬盤的平均無故障時間通過溫度控制也可以有效的改善。通過在系統(tǒng)內(nèi)部測量溫度還能控制馬達的速度以提高其可靠性和性能。為保證電池組的安全使用通常也會將溫度傳感器與電池組安裝在一起以優(yōu)化充電并延長電池壽命。