国内研究现状及发展
国内研究现状及发展
我国改革开放在“发展高科技，实现产业化”、“大力加强传感器的开发和在国民经济中的普遍应用”等一些列政策导向和支持下，在蓬勃发展的我国电子信息产业市场的推动下，传感器已形成了一定的产业基础，并在技术创新、自主研发、成果转化和竞争能力等方面有 了长足进展，为促进国民经济的发展做出了重要贡献。但由于国内的半导体产业起步较晚， 基础比较薄弱，对温度传感芯片的设计和研究才处于起步阶段，与国际先进技术相比还存在相当大的差距。为此，相关的企业和部门正朝着更高的目标前进，做出了一系列积极的尝试和探索，例如由中国电子器材总公司主办的、由中国电子元件行业协会等公司共同携手组织的“中国热敏电阻及温度传感器展览会”，该展览会是中国最大的热敏电阻及温度传感器展，以共同探讨交流中国“热敏电阻及温度传感器”之发展机会，促进行业发展。在集成数字智能温度传感器领域，国内相关的设计和研究尚处于较基础的阶段。目前市场上流行的同类温度传感器诸如DS18B20，AD7416 ，AD7417，AD7418，AD590等F，大多出自国外DALLAS、ADI等大公司。国内公司不仅相关产品少，而且已申请到的相关专利也比较少，除了厦门大学等高校申请的专利外，还有香港应用科技研究院、苏州纳芯微电子、北京中电华大电子设计、上海贝岭等少数研究机构或企业的专利，虽然其专利名称较大，但技术涉及点比较有限。因此，在集成数字温度传感器方面，我国尚有较大的发展空间。
2.1.2
国外研究现状及发展
国外情况方面，全世界现在大概有50个国家从事传感器的研制生产工作，研发、生产单位数千余家。在市场上，温度传感器的种类众多，在应用与高精度、高可靠性的场合时DALLAS(达拉斯)公司生产的DS18B20温度传感器当仁不让。DS18B20是美国DALLAS半导体公司继DS1820之后最新推出的一种改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比，他能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现9-12位的数字值读书方式。可以分别在93.75ms和750ms内完成9位和12位的数字量，并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根口线（单线接口）读写，温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电，而无需额外电源。因而使用DS18B20可是系统结构更趋简单，可靠性更高，而其超小的体积，超低的硬件开消，抗干扰能力强，精度高，附加功能强，使得DS18B20更受欢迎。对于普通的电子爱好者来说，DS18B20的优势更是学习单片机技术和开发温度相关的小产品的不二选择。DS18B20的主要特征有：全数字温度转换及输出；先进的单总线数据通信；最高12位分辨率，精度可达土0.5摄氏度；12位分辨率时的最大工作周期为750毫秒；可选择寄生工作方式；检测温度范围为–55°C ~+125°C (–67°F ~+257°F)；内置EEPROM，限温报警功能；64位光刻ROM，内置产品序列号，方便多机挂接；多样封装形式，适应不同硬件系统。DS18B20以其较高的综合性能获得了较高的市场率，但其精度仅能实现-10°C～+85°C下误差土0.5°C，这与其使用的测温原理有关，DS18B20采用了不同温度系数的振荡器测量振荡周期的方法进行测温，
较高的非线性可能导致其精度无法提升。纵观国外温度传感器的研制情况，精度及其他指标最高的，还属于智能型的CMOS集成温度传感器。该传感器使用的是双极型晶体管的基极-发射极电压VBE作为测温信号，通过直流低频信号直接测量出温度的变化。从集电极电流IC和基极-发射极电压VBE之间著名的指数关系，可以得到以下VBE与绝对温度T的关系函数。VBE(T)几乎是温度的线性函数，其典型的斜率是-2mV/K。如果集电极电流比是常数，两个不同集电极电流IC1和IC2驱动的晶体管VBE的差值ΔVBE与绝对温度成正比关系（PTAT）。在一个带隙基准电压源中，放大的ΔVBE加到VBE上产生一个与温度无关的基准电压VREF，在后面的ADC中可以利用这些量准确的测量出与温度正比的物理量，从而计算得到比较准确的温度值。国外的智能温度传感芯片多采用9-12位的A/D转换器，其分辨力可达0.5-0.0625℃。这些只能的温度传感器大多由片上Σ-Δ ADC和数字总线接口在CMOS工艺下实现。传感器使用衬底PNP晶体管用于产生温度传感器和ADC的参考电压。通过使用斩波放大器和动态元件匹配使得读出电路获得了高的初始精度，采用二阶曲率校正获得高线性度。通过一系列的措施降低或消除各种非理想因素，最后使得传感器的温度偏差主要由PNP晶体管的基极-发射极电压决定的，并利用片内额外的晶体管测量校准得到环境温度，与传感器的输出相比较整理后得到最终结果。相比于传统的测量校准技术，这个方案更迅速、生产成本更低。2002年由MAXIM公司研制的MAX6657型智能温度传感器，输出11位二进制数据，其分辨力可达0.125℃，测温精度为1℃；2005年菲利普Michiel A. P. Pertijs及其团队发表的温度传感技术，其研究成果可以实现-50℃到120℃时±0.5℃的精度，同年将精度提高到最高的±0.1℃，成为当时精度标准最高的温度传感器；2009年英特尔Hasnain Lakdawala及其团队发表了体积更小的32nm、精度0.45℃的温度传感器。这几年来温度传感器的研究仍朝着精度更高、体积更小的发展趋势在前进。
2.2
存在问题
CMOS温度传感器存在的问题主要是由于各个模块的各种非理想因素，引起输出的误差，造成温度传感器精度下降。为了消除这些非理想因素的影响，就需要使用各种各样的方法来解决问题。由于传感器使用衬底PNP晶体管的温度测量，其误差还会来源于读出电路的其他非理想因素。通过使用动态元件匹配、不依赖PTAT偏置电路的斩波电流增益、结合斩波相关双采样的低偏置二阶Σ-Δ ADC，该误差减少到更低的水平。
（1）提高测温精度和分辨力（2）增加测试功能（3）总线技术的标准化与规范化（4）可靠性及安全性设计（5）虚拟温度传感器和网络温度传感器（6）单片测温系统