当别人问我是做什么的时候，我告诉他们我是电子工程师。下一个问题是“‘是什么意思?”我经常用温度传感器来解释这个概念。我告诉他们，我们工程师有时会使用传感器，以电压或电流的形式给出温度。为了进一步定义这个世界，我将其与数字领域进行对比，认为电压或电流信号通常被转换为1和0，以便计算机可以使用这些信息。有时这个解释就足够了;有时它不会。

这个解释所做的是暗示温度传感器的基本迁移。直到最近，市场上所有的温度传感器都提供输出。热敏电阻、rtd和热电偶之后是另一种输出装置，硅温度传感器。不幸的是，在大多数应用中，这些非输出器件需要一个比较器、ADC或放大器在其输出端才能发挥作用。

因此，当更高级别的集成变得可行时，带有数字接口的温度传感器就可用了。这些ic以各种形式出售，从简单的设备，当超过特定温度时发出信号，到报告远程和本地温度，同时在编程温度设置下提供警告。现在的选择不仅仅是在数字输出和数字输出传感器之间;有广泛的传感器类型可供选择。

温度传感器的分类

图1展示了四种温度传感器类型。理想的传感器提供的输出电压是温度的完美线性函数(a)。在数字I/O传感器(B)中，温度数据以多个1和0的形式传递给微控制器，通常通过串行总线。沿着同一总线，数据从微控制器发送到温度传感器，通常设置警报引脚的数字输出将跳闸的温度限制。当超过温度限制时，警报会中断微控制器。这种类型的设备也可以提供风扇控制。

“-plus”传感器(C)可提供各种类型的数字输出。V(OUT)与温度曲线适用于IC，当超过特定温度时，其数字输出开关。在这种情况下，添加到温度传感器的“plus”只不过是一个比较器和一个电压参考。其他类型的“附加”部件以部分经过频闪后的延迟时间的形式发送温度数据，或者以方波的频率或周期的形式发送温度数据，这些将在后面讨论。

系统监视器(D)是四个IC中最复杂的。除了数字I/O类型提供的功能外，这种类型的设备通常监视系统电源电压，当电压高于或低于通过I/O总线设置的限值时提供警报。风扇监控和/或控制有时包括在这种类型的IC中。在某些情况下，这类设备用于确定风扇是否工作。更复杂的版本控制风扇作为一个或多个测量温度的函数。这里不讨论系统监视器传感器，但简要地提到，以提供可用的温度传感器类型的完整图片。

-输出温度传感器

热敏电阻和硅温度传感器是广泛使用的输出温度传感器形式。图2清楚地表明，当电压和温度之间需要线性关系时，硅温度传感器是比热敏电阻更好的选择。然而，在一个狭窄的温度范围内，热敏电阻可以提供合理的线性和良好的灵敏度。许多电路最初是用热敏电阻构造的，随着时间的推移，已经使用硅温度传感器进行了更新。

硅温度传感器具有不同的输出刻度和偏移量。例如，有些可用于与K成比例的输出传递函数，其他可用于与°C或°F成比例。一些°C部件提供偏移，因此可以使用单端电源监测负温度。

在大多数应用中，这些设备的输出被送入比较器或a /D转换器，将温度数据转换成数字格式。尽管需要这些额外的设备，热敏电阻和硅温度传感器继续享受普及，由于在许多情况下的低成本和使用方便。

数字I/O温度传感器

大约五年前，一种新型的温度传感器问世了。这些设备包括一个允许与微控制器通信的数字接口。接口通常是I²C或SMBus串行总线，但其他串行接口(如SPI)也很常见。除了向微控制器报告温度值外，接口还接收来自微控制器的指令。这些指令通常是温度限制，如果超过，就会激活温度传感器IC上的数字信号，从而中断微控制器。然后，微控制器能够调整风扇的速度或降低微处理器的速度，例如，保持温度在控制之下。

这种类型的设备具有多种功能，其中包括远程温度传感。为了实现遥感，大多数高性能cpu都包括一个片上晶体管，该晶体管提供温度电压。(只使用了晶体管两个pn结中的一个。)图3显示了使用这种技术监视的远程CPU。其他应用使用分立晶体管来执行相同的功能。

在某些类型的传感器(包括图3所示的传感器)上发现的另一个重要特性是，当测量温度超出由高和低限制限定的范围时，能够中断微控制器。在其他传感器上，当测量温度超过高或低温度阈值(即，不同时)时，会产生中断。对于图3中的传感器，这些限制通过SMBus接口传输到温度传感器。如果温度高于或低于限定范围，警报信号将中断处理器。

如图4所示是一个类似的设备。然而，它不是监测一个pn结，而是监测四个结和它自己的内部温度。Maxim的MAX1668由于功耗小，其内部温度接近环境温度。通过测量环境温度，可以判断系统风扇是否工作正常。

在监测远程温度的同时控制风扇是图5所示IC的主要功能。用户可以选择两种不同的风机控制模式。在PWM模式下，微控制器通过改变发送到风扇的信号的占空比来控制风扇转速作为测量温度的函数。这使得功耗远远小于该部分也提供的线性控制模式。因为一些风扇在PWM信号控制的频率下发出可听到的声音，所以线性模式可能是有利的，但代价是更高的功耗和额外的电路。不过，增加的功耗只是整个系统功耗的一小部分。

当温度超出指定限制时，该IC提供警报信号，中断微控制器。还提供了一种称为“过温”(“过温”的缩写)信号形式的安全功能。如果微控制器或软件在温度上升到危险水平时锁定，警报信号将不再有用。然而，一旦温度上升到通过SMBus设置的水平以上，就会激活的overt通常用于没有微控制器帮助的控制电路。因此，在微控制器不工作的这种高温情况下，可以使用overt直接关闭系统电源，而不需要微控制器，并防止潜在的灾难性故障。

这种数字I/O类设备广泛应用于服务器、电池组和硬盘驱动器中。为了提高服务器的可靠性，在许多地方都要监控温度:主板(本质上是机箱内部的环境温度)、CPU芯片内部以及其他产生热量的组件(如图形加速器和硬盘驱动器)。出于安全考虑，电池组集成了温度传感器，并优化了充电配置，从而最大限度地延长了电池寿命。

监控硬盘驱动器的温度有两个很好的理由，这主要取决于主轴电机的速度和环境温度:在极端温度下，驱动器中的读取错误会增加，并且通过温度控制可以显着提高硬盘的MTBF。通过测量系统内的温度，您可以控制电机转速，以优化可靠性和性能。驱动器也可以被关闭。在高端系统中，可以为系统管理员生成警报，以指示极端温度或可能丢失数据的情况。

-Plus温度传感器

“+”传感器通常适用于更简单的测量应用。这些ic根据测量的温度产生逻辑输出，与数字I/O传感器不同，主要是因为它们在单线上输出数据，而不是串行总线。

在最简单的-plus传感器实例中，当超过特定温度时，逻辑输出跳闸。当温度上升超过预设阈值时，其中一些设备会跳闸，当温度下降到阈值以下时，其他设备会跳闸。这些传感器中的一些允许用电阻器调整温度阈值，而另一些则有固定的阈值。

图6所示的设备是带有特定内部温度阈值购买的。这三种电路说明了这类设备的常见用途:提供警告、关闭设备或打开风扇。

当需要实际的温度测量值，并且有微控制器可用时，在单线上传输温度的传感器可能是有用的。随着微控制器的内部计数器测量时间，从这种类型的温度传感器的信号被重新转换为温度的测量。图7中的传感器输出一个频率与开尔文环境温度成正比的方波。图8中的器件是类似的，但方波的周期与环境温度成正比，以开尔文为单位。

图9是一种真正新颖的方法，它允许在这条公共线路上连接多达8个温度传感器。从这些传感器中提取温度数据的过程开始时，微控制器的I/O端口同时对在线上的所有传感器进行频闪。然后将微控制器快速重新配置为输入，以便从每个传感器接收数据。数据被编码为传感器经过频闪后所消耗的时间量。在特定的时间范围内，每个传感器在频闪脉冲后进行编码。通过分配每个传感器自己的允许时间范围来避免碰撞。

通过这种方法实现的精度高得惊人:0.8°C在室温下是典型的，精确匹配以传输方波频率形式编码温度数据的IC。利用方波周期的装置也是如此。

这些设备在有线限制的应用中非常出色。例如，当温度传感器必须与微控制器隔离时，成本保持在最低水平，因为只需要一个光隔离器。这些传感器在汽车和暖通空调应用中也很有用，因为它们减少了长距离运行的铜量。

预期的温度传感器发展

IC温度传感器提供多种功能和接口。随着这些设备的不断发展，系统设计人员将看到更多特定于应用程序的功能以及将传感器连接到系统的新方法。最后，芯片设计者在同一模区集成更多电子器件的能力确保了温度传感器将很快包含新功能和特殊接口。

这篇文章的类似版本出现在2000年1月的《传感器》杂志上。