最好把一篇关于温度检测和上下限报警的论文翻译成英文。
像摩托罗拉公司这样的公司正在为真正的片上系统(SOC)铺平道路。这些新的SOC不仅可以分析数据，还可以测量、分析环境并对其做出反应。
电源和模拟元件与CMOS微控制器单元(MCU)的集成已有数年历史。产品已经推出，如集成68HC05电机控制器，带有H-b脊形配置的集成功率器件(1990)。在1993年，推出了一种称为系统芯片MCU的产品，它提供了汽车工程师协会J1850接口，包括物理层。基于MCU的功率和模拟能力的组合，该芯片可以承受40 V。然而，系统输入不包括在以前的单芯片设计中。
有望真正实现片上系统的最新进展是什么？它是将CMOS和MEMS(微机电系统)结构结合到一个工艺流程中的能力。照片1显示了一个68HC05微控制器，该微控制器在一个sil icon芯片上集成了一个100 kPa压力传感器。一个可能的应用是侧面安全气囊传感器。
汽车门板内的压力传感器可以在门板受到冲击而起皱时检测到压力的变化。对片上微控制器进行编程的能力将使汽车制造商能够将控制算法嵌入芯片内部。为了完成整个系统，只需要增加一个用于启动气囊的机构。这种驱动能力可能是硅和电子/机电系统持续集成的又一步骤。该平台提供了电子与机电结构集成的第一步，同时提出了在低成本、高质量的产品可以大规模生产之前必须解决的几个问题。其中一个问题是可测试性。
典型的逻辑电路具有多年积累的测试数据，可用作构建下一代产品的基础。然而，对于传感器来说，以前的技术很少能被重复使用。原因是传感器技术的相对幼稚和每种类型传感器的独特性。例如，用于测量压力的技术(带有集成应变仪的薄膜片)与用于测量加速度的技术(形成移动电容器的检测质量)有很大不同。测试技术也不同。压力测量需要将压力源连接到传感器；加速度或震动检测需要以某种已知的频率和力度摇动设备。
系统配置
为了开发概念验证车辆(见图1)，将100 kPa压力传感器与相关模拟电路[ 1]一起集成到摩托罗拉的标准8位68HC05微控制器内核中。在这个基本内核上增加了用于信号调理的模拟电路、电压和电流调节器以及10位模数和8位数模转换器。出于补偿目的，温度传感器也被结合到设计中。
压力传感器与温度相关，具有固有的非线性。为了提高系统的精度，必须将校准或调理算法编程到微控制器中。
压力传感器的输出由可变增益和输入失调放大器调节，该放大器由MCU中存储的程序控制。A/ D转换器用于读取温度传感器和压力传感器的输出。带隙电压调节器为压力传感器、放大器和A/D转换器提供恒定电压。带隙电流调节器为温度传感器提供恒流源。
校准法
MCU校准并补偿压力传感器的非线性和温度漂移。为了提供最大精度，选择10位的A/D输入分辨率，计算分辨率设置为16位，定点。为了校准量程和失调并补偿传感器输出的非线性，校准软件对传感器输出进行二阶多项式校正，如下所示:
vout = c0+c 1Vp+c2vp 2(1)
Cp = (c0，c1，c2 ) (2)
其中:
Vout =校准输出
Vp =未补偿压力传感器输出
为了补偿Cp的温度依赖性，校准软件使用二阶多项式拟合方程来计算Cp:
c0 = c00 + c01Vt + c02 Vt2 (3)
c 1 = c 10+c 11Vt+c 12 Vt2(4)
c2 = c20 + c21Vt + c22Vt2 (5)
(6)
其中:
Vt =温度传感器输出
在校准过程中读取CT，并存储在EPROM中。MCU根据温度传感器输出、Vt和Ct计算Cp。然后，Cp用于利用压力传感器的输出Vp计算校准的压力传感器输出。
校准程序
校准系统首先调整放大器的增益和失调，以使用完整的模数范围。然后在几个温度点检查未补偿压力传感器输出的特性。在每个温度下，通过最小二乘拟合获得方程1中描述的二阶多项式，并确定系数组Cp。在完成所有温度点的Cp计算后，通过等式3、4和5的最小二乘拟合来确定Ct，以确定温度点的Cp。目前，至少需要三个单独的温度采样点来完成拟合计算。
图二。在四个不同温度下绘制了基于传感器的片上系统的未补偿输出。
特征
图2显示了调整增益和失调后不同温度下的未补偿传感器输出特性。基于这些数据，校准系统计算校准系数并写入片上EPROM。补偿值四舍五入为8位。图3显示了集成MCU的校准和补偿输出。图4显示了预期值的误差。由于1位的误差为0.4%，因此结果表明误差在满量程输出的0.4%以内。
图3。通过在三个温度下的测试和校准，改善了片上系统的补偿输出。
测试问题
这项初步工作提出了几个问题，包括所需的不同类型的测试，独特的测试设备，以及多次测试的需要。为了使低成本集成解决方案成为可能，必须解决这些问题。
将物理测量功能集成到已经很复杂的混合模式模数芯片上增加了对额外类型测试的需求。被测试的物理介质必须应用于设备，并且必须测量响应。测量对物理刺激的反应不是
图4。30°C和85°C时，补偿输出的位误差在1位以内
半导体工业的标准测试，尤其是在多种温度下。标准设备可以测试芯片的数字和模拟部分，但是物理刺激的应用以及加热和冷却被测器件的过程快速而准确地推动了对改进的和独特的测试仪的需求。这些测试仪是独一无二的，不是标准配置。因此，测试仪代表了最终单元成本的很大一部分。
不仅测试器昂贵，而且生产能力有限。这增加了每个部件的成本，因为分配给每个设备的折旧成本增加了。由于需要多次测试，成本进一步增加。请记住，首先使用至少三种不同的温度对每个器件进行测试，以确定传感器在整个温度范围内的输出特性。然后，这些值用于导出补偿算法，并载入片内EPROM。为了完成这一循环，再次对器件进行温度测试，以证明其准确性。因此，不仅需要特殊的测试仪，而且这也成为一个瓶颈，因为必须使用两次测试仪来完成每个器件——一次用于测量特性，另一次用于验证结果。
未来方向
找到降低测试成本的方法是实现低成本集成传感器和MCU的关键之一。有希望的想法包括:
彻底表征设计
限制工作温度
限制了精确度
对MCU编程以在测试期间获取数据
测试前将测试和补偿算法加载到MCU中
由于这是第一个概念验证器件，进一步的表征可以提供一种限制补偿所需温度数量的方法。限制工作温度范围还可以减少补偿测试所需的温度数量。图3所示数据表明，5°C至25°C范围内的精度为5%,另一个潜在的降低成本措施是在测试期间利用MCU的可编程性进行数据记录。通过在测试前将补偿程序存储在onchi p EPROM中，然后在测试期间将未补偿的输出记录到EPROM中，有可能开发出一种在整个温度范围内一次通过测试的算法。
如果在降低这种新型集成传感器和MCU的测试成本方面没有突破，系统设计人员可能会局限于继续使用目前的解决方案——独立的MCU和传感器。
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所有用于多点温度测试的DS18B20传感器都在一条IO总线上与单片机相连，轮流采集温度数据。如果系统有大量的传感器，单片机处理温度数据的时间明显延长，因此交替测试的周期变长。本文提出了一种对DS18B20进行合理分组的新方法，并在软件上采取了一些措施；因此，交替测试的速度明显提高。
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