為系統(tǒng)定制的溫度傳感器及其電路設(shè)計(jì)方案

1、為系統(tǒng)定制的溫度傳感器及其電路設(shè)計(jì)方案?jìng)鹘y(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(lái)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(gè)比較器、ADC或放大器，以產(chǎn)生有效的信號(hào)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(jiǎn)單的溫度開(kāi)關(guān)（當(dāng)達(dá)到或超過(guò)特殊的溫度門限時(shí)產(chǎn)生信號(hào)）到那些可編程溫度報(bào)警以及提供遠(yuǎn)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(jiǎn)單地在模擬輸出和數(shù)字輸出之間來(lái)選擇，而

2、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(guò)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(lái)設(shè)置與ALERT數(shù)字輸出相對(duì)應(yīng)的溫度門限值。當(dāng)超過(guò)溫度門限值時(shí)，“ALERT”將中斷微控制器或提供風(fēng)扇控制。圖1（c）是增強(qiáng)型模擬傳感器?！霸鰪?qiáng)型模擬”傳感器具備各種類型的數(shù)字輸出。當(dāng)超出特殊溫度的時(shí)候，數(shù)字輸出開(kāi)關(guān)的狀態(tài)即發(fā)生改變?！霸鰪?qiáng)”只是在模擬溫度傳感器的基礎(chǔ)上增加了

3、比較器和電壓基準(zhǔn)。其它結(jié)構(gòu)的“增強(qiáng)型模擬”溫度傳感器也可將溫度轉(zhuǎn)換為延遲時(shí)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(guò)壓和欠壓報(bào)警、通過(guò)I/O總線設(shè)置報(bào)警域值等，有時(shí)也包含風(fēng)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(shuō)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

4、數(shù)正比于絕對(duì)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(shí)也能用于檢測(cè)負(fù)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(jià)格和使用簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)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(jìn)。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

5、常是設(shè)置溫度檢測(cè)門限，如果溫度超出檢測(cè)門限，溫度傳感器將激活數(shù)字信號(hào)以中斷微控制器，進(jìn)而由微控制器進(jìn)一步調(diào)整風(fēng)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(diǎn)，目前常用的有遠(yuǎn)程溫度傳感器。圖3是一個(gè)用戶可編程的溫度傳感器通過(guò)遠(yuǎn)程CPU的內(nèi)部PN結(jié)來(lái)監(jiān)控CPU溫度的CPU監(jiān)控電路。多數(shù)高性能CPU需要通過(guò)遠(yuǎn)程溫度傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，CPU內(nèi)部包括用于溫度測(cè)量的晶體管。對(duì)于不帶有內(nèi)置晶體管的系統(tǒng)，利用一個(gè)分立的晶體管可以實(shí)現(xiàn)同樣的功能。在圖3電路中，當(dāng)測(cè)量 溫度超出任何一個(gè)高溫或者低溫門限值時(shí)，MAX1618即產(chǎn)生中斷信號(hào)

6、，溫度門限值通過(guò)SMBus總線經(jīng)CPU傳送給MAX161。在圖4電路中，MAX1668可以同時(shí)監(jiān)控四個(gè)P-N結(jié)和其自身的溫度。因?yàn)镸AX1668功耗很低，因此它的內(nèi)部溫度接近于環(huán)境溫度。測(cè)量環(huán)境溫度可以給系統(tǒng)提供一個(gè)風(fēng)扇是否正常運(yùn)行的狀態(tài)指示。    利用圖5所示電路可以監(jiān)控遠(yuǎn)程溫度以控制風(fēng)扇。使用它可以選擇兩種風(fēng)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(lái)控制風(fēng)扇速度以作為測(cè)量溫度的函數(shù)，它是通過(guò)改變送給風(fēng)扇信號(hào)的占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這種方式的風(fēng)扇控制比線性控制方式能節(jié)省大量的功率消耗。因?yàn)橛行╋L(fēng)扇采用PWM信號(hào)控制時(shí)會(huì)產(chǎn)生噪聲，而線性控制方式則沒(méi)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(bào)警信號(hào)，當(dāng)溫度超出設(shè)定值時(shí)中斷微控制器。另外，通過(guò)OVERT輸出端還可提供一個(gè)安全控制模式，ALERT信號(hào)將失去作用，此時(shí)，當(dāng)溫度上升超出規(guī)定的門限時(shí)，OVERT將變?yōu)橛行В@時(shí)，它可以不通過(guò)微控制器而直接控制電路的動(dòng)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(dòng)器中。為嗇服務(wù)器的可靠性往往需要監(jiān)控許多點(diǎn)的溫度：如母板，CPU內(nèi)核、圖像加速器和硬盤驅(qū)動(dòng)器等其它發(fā)熱組件。硬盤驅(qū)動(dòng)器的讀錯(cuò)誤在溫度達(dá)到極限時(shí)會(huì)