溫度傳感器應(yīng)用于電子產(chǎn)業(yè)已有多年，它們功能廣泛，可以在溫度過(guò)高時(shí)關(guān)斷系統(tǒng)，也可以在高精度設(shè)計(jì)中提供溫度校準(zhǔn)功能，或者顯示實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)。在過(guò)去十年里，市場(chǎng)對(duì)于更高性能和更緊湊設(shè)計(jì)的需求日益高漲，這促使人們不斷開(kāi)發(fā)高性能數(shù)字器件如CPU、ASIC和GPU，以及消耗大量功率的系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
而這些設(shè)計(jì)對(duì)于熱管理提出了新的需求。人們對(duì)簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)、減少芯片周邊元件數(shù)量和提高產(chǎn)品智能化水平的要求促使廠商們競(jìng)相開(kāi)發(fā)各種基于硅的溫度傳感器。近年來(lái)，市面上不斷出現(xiàn)各種硅溫度傳感器產(chǎn)品，并迅速在各種應(yīng)用領(lǐng)域得到采用。
硅溫度傳感器的幾種類型
硅溫度傳感器利用半導(dǎo)體材料各種屬性的可預(yù)測(cè)性，通過(guò)測(cè)量一個(gè)雙極二極管的電壓工作。我們一般根據(jù)其輸出信號(hào)的不同來(lái)對(duì)其進(jìn)行分類，目前主要有電壓、邏輯和(多位)數(shù)字輸出等幾種方式，不過(guò)現(xiàn)在越來(lái)越流行的趨勢(shì)是利用另外集成了一部分信號(hào)調(diào)節(jié)電路的器件。
電壓輸出(或者模擬)溫度傳感器工作方式與電熱調(diào)節(jié)器非常相似，它們提供一個(gè)與溫度成比例的電壓輸出。當(dāng)需要電壓與溫度呈線性關(guān)系的時(shí)候，采用硅溫度傳感器就優(yōu)于電熱調(diào)節(jié)器，因?yàn)樗鼰o(wú)需采用一個(gè)外部線性化電路，以及在許多情況下需要的運(yùn)算放大器。
模擬溫度傳感器具有不同的輸出范圍和偏移，它的輸出信號(hào)可以輸入一個(gè)比較器之中并生成一個(gè)過(guò)溫指示，或者直接輸入到一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)以實(shí)時(shí)顯示溫度數(shù)據(jù)。模擬溫度傳感器適用于要求低成本、小尺寸和低功耗的應(yīng)用。
另一種類型的硅溫度傳感器是溫度開(kāi)關(guān)或者邏輯輸出溫度傳感器。當(dāng)測(cè)得溫度高于(或低于)所規(guī)定的界限時(shí)，這種器件就發(fā)出一個(gè)邏輯信號(hào)。開(kāi)關(guān)點(diǎn)可以在工廠對(duì)其編程，也可以通過(guò)外部電阻設(shè)定。這種器件提供簡(jiǎn)單的邏輯電平輸出，可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)和降低成本。溫度開(kāi)關(guān)的典型應(yīng)用是以下系統(tǒng)：需要簡(jiǎn)單的過(guò)溫或者欠溫指示(溫度報(bào)警)以關(guān)斷系統(tǒng)、開(kāi)啟風(fēng)扇或者啟動(dòng)一個(gè)加熱器(自動(dòng)調(diào)溫器控制)等。
對(duì)于更復(fù)雜、更精確和更高分辨率的需求，促使人們開(kāi)發(fā)出了數(shù)字溫度傳感器。這些產(chǎn)品最初用于計(jì)算設(shè)備，但被迅速推廣至許多其它應(yīng)用領(lǐng)域。典型應(yīng)用包括：網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中需要對(duì)高性能FPGA或者CPU進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)，以防溫度過(guò)高;帶有硬盤的設(shè)備，因?yàn)闃O端溫度可能導(dǎo)致讀出錯(cuò)誤和數(shù)據(jù)丟失。
數(shù)字溫度傳感器大行其道
數(shù)字溫度傳感器不需要其它外部元件就能直接獲得溫度讀數(shù)。它們之所以能夠做到這點(diǎn)，是因?yàn)樗鼈儾捎昧斯?jié)省空間的封裝，把所有必要的功能性模塊都集成在一起。這些器件中的數(shù)字接口的主要優(yōu)點(diǎn)在于提高了溫度控制回路的性能水平，以及采用軟件控制，可以在系統(tǒng)硬件或者熱屬性發(fā)生改變時(shí)方便地進(jìn)行升級(jí)。
數(shù)字溫度傳感器目前采用各種不同的產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議。業(yè)內(nèi)的主要趨勢(shì)是開(kāi)發(fā)具有較低溫度誤差和較高溫度分辨率的傳感器。這兩種屬性使系統(tǒng)更精確地監(jiān)測(cè)溫度環(huán)境，同時(shí)探測(cè)非常小的溫度變化。這樣的性能允許系統(tǒng)迅速響應(yīng)，因而保證了較高的可靠性和熱保護(hù)。
除了通過(guò)數(shù)字接口向微控制器或者邏輯芯片報(bào)告溫度讀數(shù)以外，許多器件還能夠接收從微控制器發(fā)來(lái)的指令。這些指令通常是溫度界限，如果超過(guò)這些限度，它就激活溫度傳感器芯片上的數(shù)字信號(hào)，中斷微控制器或者微處理器。采用這種方式，當(dāng)溫度升向危險(xiǎn)水平時(shí)，甚至在軟件鎖住(無(wú)法通訊)基于硬件的信號(hào)時(shí)也能啟動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)作。然后微控制器能夠調(diào)節(jié)風(fēng)扇速度或者降低微處理器的速度，以使溫度處于控制之中。
目前可以采用幾種溫度傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量設(shè)計(jì)。對(duì)最終應(yīng)用進(jìn)行初步評(píng)價(jià)，包括其用途和要求，可以大大降低選擇的難度。為具體應(yīng)用選擇溫度傳感器的輸出(類型)，取決于微控制器硬件和軟件資源，以及傳感器電路的復(fù)雜性。了解最流行的溫度傳感器芯片類型之間的差異，可以幫助人們?yōu)榫唧w的應(yīng)用選擇理想的產(chǎn)品，從而提高系統(tǒng)性能和縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期。
作者：George Paparrizos, 微芯科技公司邏輯產(chǎn)品部市場(chǎng)經(jīng)理
