1.5　智能传感器的实现方式

1.5.1　非集成化智能传感器

非集成化智能传感器是一个由传统传感器（采用非集成化工艺制作的传感器仅有获取信号的功能）、信号调理电路、带数字总线接口的微处理器组合而成的智能传感器系统，其框图如图1-6所示。

图1-6中的信号调理电路是用来调理传感器输出的信号的，即把传感器输出信号进行放大并转换为数字信号后输入微处理器，再由微处理器的数字总线接口挂接在现场数字总线上。这是一种实现智能传感器系统的最快途径。例如，美国的罗斯蒙特公司、SMAR公司生产的电容式智能压力（差）变送器系列产品，就是在原有传统非集成化电容式变送器基础上，附加一块带数字总线接口的微处理器插板后组装而成的，并开发和配备通信、控制、自校正、自补偿、自诊断等智能化软件，从而使传感器智能化。

这种非集成化智能传感器是在现场总线控制系统发展形势的推动下迅速发展起来的。因为这种控制系统要求挂接的传感器/变送器必须是智能型的，对于自动化仪表生产厂家来说，原有的一整套生产工艺设备基本不变，所对厂家而言，非集成化是一种实现智能传感器系统最经济、最快捷的途径。

广大的科研工作者、工程技术人员为了提高测量精度，提高系统的性能，也都针对各自的传统传感器采用各种智能化技术，构建了符合自己需求的智能传感器系统。非集成化智能传感器不仅应用在自动化仪表领域，也应用在更多领域。

1.5.2　集成化智能传感器

大规模集成电路工艺技术以硅作为基本材料制作敏感元件、信号调理电路、微处理器单元，并把它们集成在一块芯片上构成智能传感器系统。

然而，要在一块芯片上实现智能传感器系统存在着许多困难和棘手的问题。例如：

（1）哪一种敏感元件比较容易采用标准的集成电路工艺来制作？

（2）选用何种信号调理电路，使需要外接的元件如精密电阻、电容、晶振等数量最少？

（3）由于制作了敏感元件后留下的芯片面积有限，因此需要寻求占用面积最小的模/数转换器形式。

（4）由于芯片面积有限，以及制作敏感元件与数字电路的优化工艺不兼容，因此微处理器单元及可编程只读存储器的规模、复杂性与完善性受到很大限制。

（5）对功耗与环境、电磁耦合给芯片带来的相互影响，应该如何消除？

1.5.3　智能传感器混合集成

根据需求，将系统的敏感单元、信号调理电路、微处理器单元、数字总线接口，以不同的组合方式集成在两块或三块芯片上，并把芯片装在一个外壳里，实现混合集成，可采用如图1-7所示的4种方式来实现。图中，集成化敏感单元包括（对结构型传感器）弹性敏感元件及变换器。信号调理电路包括多路开关、仪表放大器、基准、模/数转换器等。微处理器单元包括数字存储器（EPROM、ROM/RAM）、I/O接口、微处理器、数/模转换器等。

在图1-7（a）中，三块集成化芯片被封装在一个外壳里。在图1-7（b）、图1-7（c）、图1-7（d）中，两块集成化芯片被封装在一个外壳里。

图1-7（a）、图1-7（c）中的（智能）信号调理电路具有部分智能化功能，如自动校零、自动进行温度补偿，因为这种电路带有零点校正电路和温/湿度补偿电路，它们不用与微处理单元封装在一起而单独出售。图1-7（a）、图1-7（b）中的集成化敏感单元也可以用片外传感器来替代。