溫度傳感器有四種主要類型：熱電偶、熱敏電阻、電阻溫度檢測器(RTD)和IC溫度傳感器(見下表)。IC溫度傳感器又包括模擬輸出和數(shù)字輸出兩種類型。
　　熱電偶應(yīng)用很廣泛,因為它們非常堅固而且不太貴。熱電偶有多種類型,它們覆蓋非常寬的溫度范圍,從 C200℃到2000℃。它們的特點是：低靈敏度、低穩(wěn)定性、中等精度、響應(yīng)速度慢、高溫下容易老化和有漂移,以及非線性。另外,熱電偶需要外部參考端。


　　RTD精度極高且具有中等線性度。它們特別穩(wěn)定,并有許多種配置。但它們的最高工作溫度只能達到400℃左右。它們也有很大的TC,且價格昂貴(是熱電偶的4～10倍),并且需要一個外部參考源。

　　模擬輸出IC溫度傳感器具有很高的線性度 (如果配合一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器或ADC可產(chǎn)生數(shù)字輸出)、低成本、高精度(大約1%)、小尺寸和高分辨率。它們的不足之處在于溫度范圍有限(C55℃～＋150℃),并且需要一個外部參考源。

　　數(shù)字輸出IC溫度傳感器帶有一個內(nèi)置參考源,它們的響應(yīng)速度也相當慢(100 ms數(shù)量級)。雖然它們固有地會自身發(fā)熱,但可以采用自動關(guān)閉和單次轉(zhuǎn)換模式使其在需要測量之前將IC設(shè)置為低功耗狀態(tài),從而將自身發(fā)熱降到最低。

　　與熱敏電阻、RTD和熱電偶傳感器相比,IC溫度傳感器具有很高的線性,低系統(tǒng)成本,集成復(fù)雜的功能,能夠提供一個數(shù)字輸出,并能夠在一個相當有用的范圍內(nèi)進行溫度測量。


溫度測量傳感器比較。
　

模擬輸出IC傳感器和數(shù)字輸出IC傳感器之間有什么差別？

　　模擬輸出IC傳感器輸出與溫度成正比的電壓或電流,而數(shù)字輸出IC傳感器通過其內(nèi)置的ADC將將傳感器的模擬輸出轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。

　　IC溫度傳感器的實際檢測是采用一個簡單的晶體管p-n結(jié),通過測量其基極-發(fā)射極結(jié)電壓(VBE)檢測溫度變化。p-n結(jié)兩端的電壓具有大約2 mV/℃的固有溫度依賴關(guān)系(見圖1)。這也被稱為二極管溫度傳感器。通過內(nèi)置ADC對傳感器的模擬輸出進行數(shù)字化,可以得到其數(shù)字輸出。


圖1：本圖示出硅二極管的電阻響應(yīng)特性與溫度的關(guān)系曲線。


使用溫度傳感器時必須考慮哪些因素？

　　有兩個主要考慮因素：需要測量什么和必須以多高的精度進行測量。這兩個因素受使用的傳感器類型和它與溫度測量點的相對位置 (即傳感器的安裝位置) 的影響。這一點對于像IC傳感器這樣的固有自身發(fā)熱傳感器很重要,因為它測量的溫度實質(zhì)上是晶體管p-n結(jié)二極管本身的溫度。

　　對于IC溫度測量,如CPU本地溫度,溫度測量并不那么直接。精確的測量方法是使用一個集成在CPU之內(nèi)的溫度二極管監(jiān)測器(見圖2)。

　

　

圖2：可將溫度二極管測量電路集成到在CPU上的本地溫度傳感器,或在印制電路（PCB）板上作為一個分立二極管連接晶體管。

IC溫度傳感器與熱敏電阻有何不同？

　　盡管這兩種傳感器都具備小外形尺寸并且提供模擬輸出,但IC傳感器具有更高的線性和更寬的工作溫度范圍。它可以集成其它的內(nèi)置功能,例如提供數(shù)字輸出的ADC,數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)、參考電壓源和風(fēng)扇控制電路。IC傳感器集成復(fù)雜電路的能力意味著比熱敏電阻的總系統(tǒng)成本低(熱敏電阻需要許多附加的外部元件),并且隨著IC制造線寬的進一步縮小,IC傳感器的封裝尺寸也將減小。

數(shù)字輸出溫度傳感器比模擬輸出溫度傳感器有哪些優(yōu)勢？

　　與其它三種主要類型溫度傳感器(熱電偶、RTD和熱敏電阻)不同,數(shù)字輸出IC溫度傳感器不需要外部線性化電路轉(zhuǎn)換。此外,由于其IC集成特性,它們自然會降低成本。它們可與常見的計算機總線(例如I2C總線、SPI總線和SMBus等)連接。而且,它們允許與遠端其它傳感器進行通信,以完成一些控制任務(wù)(例如風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制和總體系統(tǒng)溫度控制)。

什么是自動風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制？

　　自動風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制實際上是使用一個本地數(shù)字輸出溫度傳感器來檢測CPU的實際管芯溫度。將傳感器的輸出饋送給一個控制CUP散熱風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的脈沖寬度調(diào)制器(PWM)或DAC。這樣可將CPU的溫度保持在設(shè)計要求之內(nèi)(見圖3)。風(fēng)扇轉(zhuǎn)度控制在消費電子產(chǎn)品中正變得越來越重要,在此類應(yīng)用中,減小風(fēng)扇聲學(xué)噪音、降低功耗和提高可靠性都是重要改進因素。

圖3：這一簡單的低成本PWM驅(qū)動電路控制散熱風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。