發布日期：2022-10-09 點擊率：44
摘要：
近些年來,在芯片設計中,溫度逐漸成為一個重要的參數.這是因為隨著超大規模集成電路的發展,CMOS芯片工藝的特征尺寸逐年減小同時集成度逐年增加,導致集成電路中的功率密度升高,系統的可靠性降低,所以片上溫度的檢測就變得愈加重要.在溫度升高情況下,CMOS工藝中元器件的性能所受到的影響也更加顯著,因此,隨著工作溫度的變化,元器件性能的變化研究也越發重要.課題研究并設計了一款溫度傳感器芯片.設計方案完全由CMOS元件構成,用于感知芯片溫度,輸出的結果為十一位數字信號.設計方案是根據MOSFET的閾值電壓隨溫度的上升而線性降低的性質設計的.在論文中,對MOSFET的閾值電壓和遷移率進行了建模推導,確定了閾值電壓保持線性變化的溫度范圍以及MOSFET遷移率隨溫度變化的情況,以此為依據,選擇了閾值電壓變化作為感溫原理進行溫度傳感器的設計.同時,這種原理設計的方案相對于傳統的利用晶體管基極-射極電壓差?V_(be)作為測溫基本物理量的方案,工作電流小,采用的工藝成本低,在CMOS芯片中有更高的適用性.電路由溫度測量單元,VCO和計數電路三部分構成.其中溫度測量單元用于輸出一個僅與溫度有關的變化量,在此設計方案中就是器件的閾值電壓,因此又將這一模塊稱為閾值電壓獲取電路,該電路用于保證在溫度范圍內,輸出的電壓線性變化,而不會因為電路中MOSFET的工作區變化導致非線性的輸出變化;VCO由反相器構成,用于將閾值電壓變化為頻率信號,以便于下一級電路對信號進行處理;計數電路用于對頻率信號計數,得到十一位的數字輸出.電路采用1.8V的電源電壓,利用Cadence軟件和tsmc018工藝庫進行仿真設計.后仿結果為,在0℃到150℃的溫度范圍內電路經過單點校正以后,分辨率可以設置為0.15℃,精度可以達到0.5℃.模擬部分誤差為12%,數字部分誤差為量化誤差,達到50%,設計方案功耗低于10μW,設計尺寸為300μm×590μm.所以,設計的電路芯片方案有望應用于便攜式儀器中.
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1、僅供個人參考 關鍵詞:單片機AT89C51；溫度傳感器DS18B20；數碼顯示 實現功能：可以測得的溫度范圍0125度 并顯示一位小數 有報警功能 當15度T30度時 紅燈亮 For personal use only in study and research; not for commercial use T15度時 綠燈亮 有調整上下限溫度功能 按下相應按鈕可以調整報警溫度范圍 For personal use only in study and research; not for commercial use 元件清單 AT89C51單片機芯片 1塊 DS18B20溫度傳感器 1個 4
2、位共陽極數碼管 1塊 紅色發光二極管 1個 不得用于商業用途僅供個人參考 綠色發光二極管 1個 八分之一W 1K電阻 10個 1W 4.7K電阻 1個 彈性開關 3個 本方案設計的系統由單片機系統、數字溫度傳感器、LED顯示模塊、按鍵控制模塊、溫度報警模塊組成，其總體架構如下圖1. P1.1P3.1/TXD 單 片 機 P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7AT89C51驅動電路 報警電路 12P3.2/INT013P3.3/INT114P3.4/T015P3.5/T116P3.6/WR17 測溫電路顯示電路 P3.7/RD按鍵輸入電路 時鐘、復位電路 不得用于商業用途僅
3、供個人參考 圖1 系統總體方框圖 DS18B20性能 1獨特的單線接口僅需一個端口引腳進行通信 2簡單的多點分布應用 3無需外部器件 4可通過數據線供電 5零待機功耗 6測溫范圍-55+125，以0.5遞增 7可編程的分辨率為912位，對應的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625 8溫度數字量轉換時間200ms，12位分辨率時最多在750ms內把溫度轉換為數字 9應用包括溫度控制、工業系統、消費品、溫度計和任何熱感測系統 10負壓特性：電源極性接反時，傳感器不會因發熱而燒毀，但不能正常工作。 不得用于商業用途僅供個人參考 DS18B20外形及引腳說明 圖3 DS18B20外
4、形及引腳 GND：地 DQ：單線運用的數據輸入/輸出引腳 VD：可選的電源引腳 存儲在18B20的兩個8比特的RAM中，二進制中的前面5位是符號位，如果測得的溫度大于0， 這5位為0，只要將測到的數值乘于0.0625即可得到實際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測到的數值需要取反加1再乘于0.0625即可得到實際 溫度。 例如+125的數字輸出為07D0H， 實際溫度=07D0H*0.0625=2000*0.0625=125。 例如-55的數字輸出為FC90H，則應先將11位數據位取反加1得370H（符號位不變，也不作運算）， 實際溫度=370H*0.0625=880*0.0625=55。 可
5、見其中低四位為小數位。 不得用于商業用途僅供個人參考 DS18B20溫度數據表 AT89C51 AT89C51單片機 Atmel公司的生產的AT89C51單片機是一種低功耗/低電壓、高性能的8位單片機，內部除CPU外，還包括128字節RAM，4個8位并行I/O口，5個中斷優先級，2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數器，片內集成4K字節可改變程序Flash存儲器，具有低功耗，速度快，程序擦寫方便等優點，完全滿足本系統設計需要。單片機P22口作為ADC0809轉換數據的輸入端。P0的輸出信號作為數碼管的顯示，P2.4P2.7則作為個數碼管的位選信號控制，P20，P21，作為報警裝置的輸出。
6、不得用于商業用途僅供個人參考 仿真圖 R16R14R15R9R10R12R13R111k1k1k1k1k1k1k1kUP0.0/AD0XTAL138P0.1/AD1R2R337P0.2/ADK1kXTAL2P0.3/AD335P0.4/AD434P0.5/AD533P0.6/AD6932RSTP0.7/AD721P2.0/A8D1D222P2.1/A923R1LED-REDLED-GREENP2.2/APSENP2.3/A.7kU2ALEP2.4/AEAP2.5/AVCCP2.6/A1425.0228DQP2.7/A151G
7、ND110P1.0P3.0/RXD211DS18B20 不得用于商業用途僅供個人參考 源程序#include #define uint unsigned int #define uchar unsigned char /宏定義 sbit p2_4=P24; sbit p2_5=P25; sbit p2_6=P26; sbit dp=P07; sbit p2_7=P27; sbit DQ=P22; /定義DS18B20總線I/O sbit SET=P31; /定義選擇調整報警溫度上限和下限（1為上限，0為上限） sbit HonGDENG=
8、P20; sbit LVDENG=P21; /定義亮燈 signed char m; /溫度值全局變量 bit sign=0; /外部中斷狀態標志 signed char shangxian=30; /上限報警溫度，默認值為30 signed char xiaxian=15; /下限報警溫度，默認值為15 uchar code LEDData=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xff,0xbf; void Delay(uint i) while( i- ); void Init
9、_DS18B20(void) unsigned char x=0; DQ=1; Delay(8); /稍作延時 DQ=0; /單片機將DQ拉低 Delay(80); /精確延時，大于480us DQ=1; /拉高總線 Delay(14); x=DQ; /稍作延時后 如果X=0則初始化成功，X=1則初始化失敗 Delay(20); unsigned char ReadOneChar(void) unsigned char i=0; unsigned char dat=0; for (i=8;i0;i-) DQ=0; /給脈沖信號 dat=1; DQ=1; /給脈沖信號 不得用
10、于商業用途僅供個人參考 if(DQ) dat|=0x80; Delay(4); return(dat); void WriteOneChar(unsigned char dat) unsigned char i=0; for (i=8; i0; i-) DQ=0; DQ=dat&0x01; Delay(5); DQ=1; dat=1; void Tmpchange(void) /發送溫度轉換命令 Init_DS18B20(); WriteOneChar(0xCC); /跳過讀序號列號的操作 WriteOneChar(0x44); /啟動溫度轉換 unsig
11、ned int ReadTemperature(void) unsigned char a=0; unsigned char b=0; unsigned int t=0; float tt=0; Tmpchange(); Init_DS18B20(); WriteOneChar(0xCC); /跳過讀序號列號的操作 WriteOneChar(0xBE); /讀取溫度寄存器 a=ReadOneChar(); /讀低8位 b=ReadOneChar(); /讀高8位 t=b; tshangxian ) HonGDENG=1; / 溫度高于范圍紅燈亮 else HonGDENG=0; if(mxia
12、xian) LVDENG=1; /溫度低于范圍綠燈亮 else LVDENG=0; p2_4=0;p2_5=0;p2_6=0;p2_7=0; P0=LEDDatad; /顯示小數點后一位 p2_4=1;p2_5=0;p2_6=0;p2_7=0; Delay(300); p2_4=0;p2_5=0;p2_6=0;p2_7=0; /顯示個位 P0=LEDDatac; dp=0; /顯示小數點 p2_4=0;p2_5=1;p2_6=0;p2_7=0; Delay(300); p2_4=0;p2_5=0;p2_6=0;p2_7=0; /顯示十位 P0=LEDDatab; p2_4=0;p2_5=
13、0;p2_6=1;p2_7=0; Delay(300); p2_4=0;p2_5=0;p2_6=0;p2_7=0; /顯示百位 P0=LEDDataa; p2_4=0;p2_5=0;p2_6=0;p2_7=1; Delay(300); /關閉顯示 p2_4=0;p2_5=0;p2_6=0;p2_7=0; disptiaozheng() uchar f,g,j,k; 不得用于商業用途僅供個人參考 f=shangxian/10; g=shangxian_x0010_; j=xiaxian/10; k=xiaxian_x0010_; p2_4=0;p2_5=0;p2_6=0;p2_7=0; P0
14、=0xc0; /顯示0 p2_4=1;p2_5=0;p2_6=0;p2_7=0; Delay(200); p2_4=0;p2_5=0;p2_6=0;p2_7=0; P0=0xc0; /顯示0 p2_4=0;p2_5=1;p2_6=0;p2_7=0; Delay(200); p2_4=0;p2_5=0;p2_6=0;p2_7=0; if(SET=1) P0=LEDDatag; dp=0; /顯示上限溫度個位 else P0=LEDDatak; dp=0; p2_4=0;p2_5=0;p2_6=1;p2_7=0; Delay(200); p2_4=0;p2_5=0;p2_6=0;p2_7=0
15、; if(SET=1) P0=LEDDataf; /顯示上限溫度十位 else if(f=0) P0=0x00; /不顯示下限溫度十位 else P0=LEDDataj; /顯示下限溫度十位 p2_4=0;p2_5=0;p2_6=0;p2_7=1; Delay(200); p2_4=0;p2_5=0;p2_6=0;p2_7=0; / 關閉顯示 Delay(20); void int0(void) interrupt 0 EX0=0; /關外部中斷0 sign=1; if(SET=1) shangxian+; else xiaxian+; Delay(500);
16、EX0=1; void int1(void) interrupt 2 EX1=0; / 關外部中斷1 sign=1; 不得用于商業用途僅供個人參考 if(SET=1) shangxian-; else xiaxian-; Delay(500); EX1=1; void main(void) uint z; IT0=1; IT1=1; EX0=1; EX1=1; EA=1; ReadTemperature(); HonGDENG=0; LVDENG=0 ; for(z=0;z100;z+) Disp_init(); while(1) Disp_Temp
17、erature(); if(sign=1) for(z=0;z300;z+) disptiaozheng(); sign=0; 不得用于商業用途僅供個人參考 僅供個人用于學習、研究；不得用于商業用途。 For personal use only in study and research; not for commercial use. Nur fr den pers?nlichen fr Studien, Forschung, zu kommerziellen Zwecken verwendet werden. Pour l tude et la recherche uniquement des fins personnelles; pas des fins commerciales. , , . 以下無正文 不得用于商業用途
描述
使用模擬MCU，LDO，外部熱敏電阻和一些分立器件，您可以構建高精度的溫度傳感應用。
圖1中的電路顯示了Analog DevicesADuC7122精密模擬微控制器的工作原理可用于精確的熱敏電阻溫度監測應用。 ADuC7122集成了多通道12位SAR ADC，12個12位DAC，1.2 V內部基準電壓源，以及ARM7內核，126 kB閃存，8 kB SRAM以及各種數字外設，如UART，定時器，SPI ，以及兩個I2C接口。 ADuC7122連接到4.7kω熱敏電阻。
圖1：ADuC7122用作溫度監控器，與熱敏電阻連接（簡化原理圖，所有連接均未由于ADuC7122（7 mm×7 mm，108球BGA封裝）的小外形尺寸，整個電路可以安裝在極小的PCB上，從而進一步降低了成本。
與RTD類似，熱敏電阻是低成本的溫度敏感電阻器，由固體半導體材料構成，具有正或負溫度系數。熱敏電阻價格低廉，靈敏度高。它們檢測溫度的微小變化，這是RTD或熱電偶無法觀察到的。但是，熱敏電阻是高度非線性的;因此，如果不應用線性化技術，它們僅限于具有非常窄的溫度范圍的應用。電路線性化技術可以用軟件完成。
盡管功能強大的ARM7內核和高速SAR ADC，ADuC7122仍然提供低功耗解決方案。 ARM7內核運行在326.4 kHz且主ADC處于活動狀態并測量外部溫度傳感器，整個電路通常消耗7 mA。在溫度測量之間，可以關閉ADC和/或微控制器，以進一步降低功耗。
電路描述
圖1所示電路完全由USB接口供電。使用ADP3333（3.3V）低壓差線性穩壓器將USB的5 V電源調節至3.3 V. 3.3 V穩壓電源為ADuC7122提供DVDD電壓。如圖所示，ADuC7122的AVDD電源具有額外的濾波功能。濾波器也放置在線性穩壓器輸入端的USB電源上。
在此應用中使用ADuC7122的以下功能：
12位SAR ADC。
ARM7TDMI內核：功能強大的16/32位ARM7內核，集成126 kB閃存和SRAM內存，運行用戶代碼，用于配置和控制ADC，處理來自熱敏電阻傳感器的ADC轉換通過UART/USB接口控制通信。
UART：UART用作主機PC的通信接口。
兩個外部開關/按鈕（未顯示）用于強制部件進入閃光啟動模式。通過將DOWNLOAD保持為低電平并切換RESET開關，ADuC7122將進入引導模式而不是正常用戶模式。在引導模式下，可以使用USB接口通過I2CWSD工具重新編程內部閃存。
BUF_VREF：帶隙參考還通過緩沖器連接到BUF_VREF1和BUF_VREF2引腳，這些引腳可用作系統中其他電路的參考。這些引腳應連接至少0.1μF的電容，以降低噪聲。
電路中使用的熱敏電阻為4.7kω電阻，型號為NCP18XM472。它采用0603表面貼裝封裝。圖2電路中使用的熱敏電阻在25°C時具有以下規格：?=3500（?參數描述電阻與溫度的關系）和電阻（R25）=4.7kω。
圖2：采用ADuC7122實現的簡單溫度傳感器電路。
ADuC7122的USB接口采用FT232R UART轉USB收發器實現，可轉換USB直接向UART協議發送信號。
除了圖1所示的去耦之外，USB電纜本身應該有一個鐵氧體，以增加EMI/RFI保護。該電路中使用的鐵氧體磁珠是Taiyo Yuden，BK2125HS102-T，在100 MHz時阻抗為1,000ω。
電路必須在具有大面積接地平面的多層PC板上構建。必須使用適當的布局，接地和去耦技術來實現最佳性能。
圖2中的輸入熱敏電阻電路設計用于在0°C至90°C范圍內進行精確的溫度測量。請注意，此系統不包含溫度校準。該電路包含一個簡單的熱敏電阻電路，不包含電路線性化。如果該電路采用線性化技術，它可以在更寬的溫度范圍內工作;然而，這會降低傳感器的分辨率。
圖2中的電路設置為分壓器配置。這將允許我們使用以下公式將ADC結果D轉換為RTH（熱敏電阻）電阻的測量值：
一旦計算出熱敏電阻的電阻，就可以使用Steinhart-Hart方程確定當前的溫度傳感器。 Steinhart-Hart方程的簡化?參數變化的傳統形式為：
其中：
T2=未知溫度V1=298Kβ=熱敏電阻@ 298K或25°C的β參數。 β=3500 R25=熱敏電阻@ 298K或25°C的電阻。 R25=4.7kωRTH=熱敏電阻的電阻@未知溫度，由上式計算得出
圖3描繪了ADuC7122對圖2中詳細說明的熱敏電阻傳感器的響應溫度。
圖3：ADuC7122熱敏電阻傳感器測量輸出（轉換為伏特），ADCO與溫度的關系。
代碼說明
源代碼和超級終端配置用于測試連接電路的文件可以通過下載為zip文件。
UART配置為波特率為9600,8個數據位，無奇偶校驗且無流量控制。如果電路直接連接到PC，則可以使用通信端口查看應用程序（如HyperTerminal）查看程序發送到UART的結果（圖4）。對源代碼進行了注釋，以便于理解和操作。使用KeilμVision3應用程序編譯和測試代碼。
圖4：HyperTerminal通信端口查看應用程序的輸出。
常見變化
ADP3333（3.3 V）可替換為ADP120（2.5 V），具有更寬的工作溫度范圍（-40°C至+ 125°C），功耗更低（通常為20μA與70μA相比，但具有較低的最大輸入電壓范圍（5.5 V與12 V）。注意，可以使用標準JTAG接口對ADuC7122進行編程或調試。對于標準的UART至RS-232接口，FT232R收發器可以替換為需要3 V電源的ADM3202等設備。
此處描述的熱敏電阻電路可以適用于其他精密模擬微控制器，如ADuC7020系列，ADuC7023和ADuC7061系列。
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溫度檢測和控制應用的范圍非常廣泛，所以有許多設計可供選擇。本方案提供深層次設計信息和電路，用于使用最流行的熱傳感器構建熱檢測信號鏈。
一般而言，設計熱檢測和控制系統的第一步是確定必須檢測的溫度范圍以及工作環境溫度范圍。下一步是選擇熱傳感器。熱傳感器的類型主要有四種：硅、熱敏電阻、RTD 和熱電偶。Maxim 提供完備的信號鏈方案或集成 IC，可接收溫度變送器信號、對其進行處理，以及提供返回至控制器件的模擬或數字通信通路。
設計溫度傳感器電路的第一步是選擇將使用的溫度變送器。為實現以上目的，就需要了解被測量介質（空氣、水，液體、固體）和測量溫度范圍。然后需要知道在測量范圍內需要達到的測量精度。
常見的溫度變送器包括：
在保證傳感器量程必須滿足應用的同時，通常還有附加選擇標準，包括傳感器的安裝以及信號鏈和傳感器的成本。
選定變送器后，下一步是確定如何從變送器提取有用信號并將其傳輸至控制器。信號析取電路稱為信號鏈。對于每種變送器，有多種信號鏈可供選擇，包括單芯片方案。影響選擇使用哪種信號鏈的因素包括準確度、靈活性、設計便利性以及成本。
熱電偶
熱電偶由兩種連接在一起的不同金屬制成。金屬絲之間的觸點所產生的電壓與溫度近似成比例關系。其特性包括寬溫范圍（可高達+1800°C）、低成本（與封裝有關）、輸出電壓非常低（K 型熱電偶的輸出大約為 40μV/°C）、合理的線性度，以及中等復雜的信號調理。熱電偶要求第二個溫度傳感器（冷端補償）作為溫度基準，信號調理要求查找表或算法修正。
下表所示為常見的熱電偶類型的輸出電壓與溫度關系：
下圖（圖 1）曲線所示為溫度量程范圍內的電壓輸出。該曲線具有合理的線性度，盡管它相對于絕對線性具有明顯的偏差。
圖 1. K 型熱電偶輸出電壓和溫度關系。
下圖所示為相對于直線近似的偏差，假設平均靈敏度為 41.28μV/°C 時在 0°C 至+1000°C 范圍內為線性輸出。為提高準確度，可通過計算實際值或利用查找表進行線性度修正。
圖 2. K 型熱電偶相對于直線近似的偏差。
如果溫度范圍較窄，熱電偶輸出非常低，利用熱電偶測量溫度就比較困難。由于熱電偶金屬絲連接到信號調理電路的銅線（或引線）時，在觸點位置又會產生額外的熱電偶，進一步加劇了測量的復雜性。該接觸點被稱為冷端（見圖 3）。
圖 3. 熱電偶電路簡圖。
圖 4 所示為完整的熱電偶至數字輸出電路。精密運放和精密電阻為熱電偶輸出信號提供增益。通過監測冷端位置處的溫度傳感器來修正冷端溫度，由 ADC 提供所需分辨率的輸出數據。一般情況下，需要通過校準來修正放大器失調電壓，以及電阻、溫度傳感器和電壓基準誤差，并且必須進行線性化，來修正熱電偶非線性溫度 - 電壓關系的影響。
圖 4. 熱電偶信號調理電路示例。
Maxim 制造的專用單芯片熱電偶接口可為各種類型的熱電偶實現信號調理功能，從而簡化了設計工作，并大大減少放大、冷端補償及數字化熱電偶輸出所需的元件數量。IC 列于“電路圖”標簽頁。
Maxim 熱電偶方案
Maxim 提供適用于熱電偶傳感器的單芯片和分立式信號鏈方案。Maxim 的單芯片熱電偶至數字輸出接口 IC 為 MAX。
電阻溫度檢測器 — RTD
RTD 本質上是阻值隨溫度變化的電阻。其特性包括寬溫范圍（高達 800°C）、卓越的精度和可重復性、合理的線性度，以及必要的信號調理功能。RTD 的信號調理通常包括一個精密電流源和一個高分辨率 ADC。盡管 RTD 的標準化程度較高，根據基材的不同，其成本會較高。鉑是最常見的 RTD 材料，鉑 RTD 表示為 PT-RTD，其準確度最高；其它 RTD 材料包括鎳、銅和鎢（罕見）。RTD 的形式有探頭、表貼封裝以及裸線。
確定 RTD 可用量程的一個因素是 RTD 封裝。通過將鉑沉積在陶瓷基片上或將鉑絲安裝在封裝內，可制成 RTD。基片或封裝相對于鉑元件的膨脹率差異會引起附加誤差。
對于 PT-RTD，最常見的阻值為：0°C 時，標稱阻值為 100Ω （PT100）、500?（PT500）和 1kΩ （PT1000），當然也有其它電阻值。0°C 和+100°C 之間的平均斜率稱為阿爾法（α）。該值與鉑中的雜質及其密度有關。最常見的兩個α值是：0. 和 0.，分別對應于 IEC 751 （Pt100）和 SAMA 標準。
阻值與溫度的關系曲線具有適當的線性度，但有一定彎曲，可由 Callendar-Van Dusen 方程表示：
R（T）=R0（1 + aT + bT2 + c（T - 100）T3）
關于該公式的更多信息請參考 Maxim 熱管理設計手冊。
下圖（圖 5）所示為一個 PT100 RTD 的阻值 - 溫度曲線，利用α進行了直線近似。注意，直線近似在 -20°C 至+120°C 范圍內的精度優于±0.4°C。
圖 5. PT100 RTD 電阻與溫度的關系曲線，同時也顯示了 0°C 至+100°C 范圍內的直線近似。
圖 6 所示為實際阻值與利用直線近似計算值之間的誤差（單位為攝氏度）。
圖 6. PT100 的非線性，與基于 0°C 至+100°C 斜率的線性近似比較。
簡單 2 線 RTD 的信號調理通常包括一個精密電阻（基準電阻），與 RTD 串聯。對 RTD 和精密基準電阻施加電流的電流源，連接至高分辨率 ADC 的輸入。基準電阻兩端的電壓為 ADC 的基準電壓。ADC 的轉換結果為 RTD 電阻與基準電阻之比。圖 7 所示為簡單 RTD 信號調理電路示例。
有幾種常見變種。電流源可能集成至 ADC，或者可能省去電流源并利用電壓源為 RTD-RREF 分壓器提供偏壓。因為電壓源只有在連接 RTD 和電路的線阻極低時才具有高準確度結果，所以該方法不像電流源那么常見。
圖 7. RTD 信號調理簡化圖。
3 線或 4 線 RTD 接口
如果 RTD 的電纜電阻較大（對 PT100 而言通常為數 m?），一般使用 3 線或 4 線 RTD。4 線接口采用加載和感應連接 RTD，以消除線阻效應；3 線提供一種折中方案，部分抵消線阻效應。盡管外部線性電路可在有限溫度范圍內提供較好的線性化，但通常使用查找表實現線性化。
為測量 RTD 的電阻，必須有一個小電流（大約 1 mA）通過傳感器，產生必要的電壓降。高電流致使 RTD 的鉑元素加熱至 RTD 的環境溫度以上（也稱為焦耳熱效應）。熱量與 RTD 中的電功率（P=I2R）以及 RTD 檢測元件與 RTD 環境之間的熱傳遞成比例。
最常用的 RTD 容限標準有美國標準（ASTM E1137） A 級和 B 級，以及歐盟標準 IEC 751 A 級和 B 級。
其中|t|為絕對溫度值，單位為°C。
Maxim RTD 方案
Maxim 提供單芯片和分立式信號鏈方案，用于 RTD 傳感器。Maxim 的單芯片 RTC 至數字輸出接口為 MAX。
熱敏電阻
熱敏電阻是一種熱變電阻，一般由半導體材料制成，如金屬氧化物陶瓷或高分子材料。應用最廣泛的熱敏電阻是負溫度系數（NTC）電阻。熱敏電阻可以是探頭、表貼、裸線等不同形式的專用封裝。
熱敏電阻能夠測量中等溫度范圍（通常可達+150°C，有些熱敏電阻可以測量更高溫度），成本為中 / 低等（取決于準確度），線性度雖然較差，但具有可重復性。熱敏電阻的線性度隨溫度波動較大。在 0°至 70°C 溫度范圍內，熱敏電阻的非線性可達±2°C 至±2.5°C；在 10°至 40°C 溫度范圍內的典型非線性可達±0.2°C。
使用熱敏電阻的一種簡單、常見方法是使用分壓器，如圖 8 所示，其中的一個熱敏電阻和一個定值電阻形成一個分壓器，其輸出被一個模數轉換器（ADC）數字化。
圖 8. 圖中的基本電路說明了熱敏電阻如何連接至 ADC。電阻 R1 和熱敏電阻形成一個分壓器，其輸出電壓依賴于溫度。
NTC 熱敏電阻在較寬溫度范圍內的負溫度系數較大。常見 NTC 的電阻值與溫度之間的關系請參見圖 9。對于較寬溫度范圍內的線性和對數修正，這是個問題。
圖 9. 標準 NTC 的電阻 - 溫度曲線。標稱電阻為 10kΩ @ +25°C。注意曲線（a）的非線性和較高負溫度系數。曲線（b）為對數坐標，也呈現明顯的非線性。
NTC 在較寬溫度范圍內的非線性會影響選擇用于數字化溫度信號的 ADC。由于圖 9 中的曲線斜率在極溫時下降明顯，所以與 NTC 一起使用的任何 ADC 的有效溫度分辨率在這些極溫下都受限，這就通常要求使用高分辨率 ADC。
如圖 8 所示一樣，將 NTC 與定值電阻組合使用，可提供一定的線性度，如圖 10 所示。通過選擇合適的定值電阻值，可將曲線上線性度最好的溫度范圍平移至滿足具體的應用需求。
圖 10. 如圖 9 所示設計一個 NTC 分壓器有助于在有限的溫度范圍內線性化 NTC 的阻值曲線。NTC 和外部電阻 R1 上的電壓表示為溫度的函數。注意電壓在 0°C 至+70°C 范圍內大體呈線性。
對于較寬溫度范圍的應用，常見方法是使用 Steinhart–Hart 方程，這提供了三階近似。Steinhart–Hart 方程中，200°C 溫度范圍內的誤差一般小于 0.02?C。
Maxim 熱敏電阻方案
Maxim 生產幾款基于單芯片熱敏電阻的不同數字輸出 IC。MAX 設計用于 RTD，也是用于熱敏電阻的極好選擇。
硅傳感器
硅溫度傳感器具有模擬或數字輸出。盡管硅傳感器的溫度范圍有限，但易于使用，并且許多具有附加功能，例如溫度監控器功能。
模擬溫度傳感器
如果需要通過電流環路將輸出發送至監測設備，模擬溫度傳感器非常有用。這種情況下也可轉換為數字輸出，但信號經過兩個額外的轉換步驟。
模擬溫度傳感器 IC 利用雙極晶體管的熱特性來形成一路與溫度成正比的輸出電壓，有些情況下為電流。
最簡單的模擬溫度傳感器只有三個有源連接：地、電源電壓輸入和輸出。其它具有增強特性的模擬傳感器還有更多的輸入或輸出，例如比較器或電壓基準輸出。
圖 11 所示為典型的模擬溫度傳感器， MAX6605 的輸出電壓 - 溫度曲線；圖 12 所示為該傳感器相對于直線的偏差。在 0°C 至+85°C 溫度范圍，線性度大約在±0.2°C 之內，這相對于熱敏電阻、RTD 及熱電偶來說是相當好的。
圖 11. MAX6605 模擬溫度檢測 IC 的輸出電壓 - 溫度曲線。
圖 12. MAX6605 輸出電壓相對于直線的偏差。從 0°C 至+85°C 內的線性度在大約±0.2°C 范圍之內。
模擬溫度傳感器可具有非常優異的準確度。例如，DS600 在 -20°C 至+100°C 范圍內的保證準確度為±0.5°C；也有誤差容限較大的模擬傳感器，但是其中許多都具有非常小的工作電流（數量級為最大 15μA），并且封裝很小（例如 SC70）。
數字溫度傳感器
將一個模擬溫度傳感器與一個 ADC 集成在一起，是創建具有直接數字接口的溫度傳感器的簡單方式。這樣的器件通常被稱為數字溫度傳感器或本地數字溫度傳感器。“本地”是指傳感器測量的是其自身的溫度，而遠端傳感器測量的是外部 IC 或分立式晶體管的溫度。
圖 13 所示為兩個數字溫度傳感器的框圖。圖 13a 所示為一個簡單測量溫度的傳感器，并通過一個 3 線數字接口輸出結果數據。圖 13b 所示的器件具備更多特性，例如過溫 / 欠溫輸出、為這些輸出設置觸發門限的寄存器，以及 EEPROM。
圖 13. 本地數字溫度傳感器框圖。（a） 帶有串行數字輸出的簡單傳感器。（b） 具有更多功能的傳感器，例如過溫 / 欠溫報警輸出和用戶 EEPROM。
使用數字溫度傳感器的好處之一是傳感器的準確度指標內包括了在將溫度值數字化時所產生的所有誤差；相比之下，模擬溫度傳感器的規定誤差還必須加上 ADC、放大器、電壓基準或傳感器所使用的其它元件的規定誤差。極高性能數字溫度傳感器的例子之一是 MAX，在 -40°C 至+105°C 溫度范圍內的準確度達到±0.5°C。MAX 可用于 -55°C 至+125°C 溫度范圍，最大溫度誤差只有±0.7°C，分辨率為 16 位（0.°C）。
大多數數字溫度傳感器都具有一路或多路輸出來指示實測溫度已經超出了預設（通常軟件可編程）限值。輸出行為可以像一個比較器輸出一樣，當溫度高于門限時為一種狀態，當溫度低于門限時為另一種狀態。另一種常見的輸出實現方法就像一個中斷，只有主控設備采取動作進行響應后才會被復位。
數字溫度傳感器可帶有各種各樣的數字接口，包括 I2C、SMBusTM、SPITM、1-Wire?和 PWM。
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