車用電容傳感器的新契機

過去，在汽車里很少使用電容傳感器，因為它們不好控制，難以讀取數據，容易老化，并且依賴于溫度。然而，其低廉的生產成本、簡單的外形適應性及低功耗特性都是有利于其應用吸引人的屬性。一種新的電容測量技術的興起，使得車用電容傳感器的數量急劇上升。

宏觀上說，電容傳感器通常通過將電容轉換成其它物理量，例如電壓、時間或頻率進行分析。微觀上說，電容傳感器應用于汽車已經很長時間了；微電子機械（MEMS）加速度傳感器就是基于電容傳感器原理。這些傳感器通常用于檢測電荷的轉移。美國模擬器件公司（ADI）現已開發出一種新的檢測電容的方法，它采用了改進的Σ-Δ模數轉換器（ADC）的輸入級檢測未知的電容并將其轉換成數字量。ADI公司稱其為電容數字轉換器或CDC。本文首先解釋一下CDC轉換方法。接著介紹幾種可在汽車中使用的電容傳感器的工作原理。最后，簡要介紹一下交替轉換方法。

為了直觀描述CDC轉換方法，我們必須先著重介紹一下Σ-Δ ADC的工作原理。圖1示出了一個簡化原理圖。

圖1：Σ-ΔADC原理圖

為了清楚地了解Σ-ΔADC的工作原理，我們首先考察積分器的輸入端，它必須對長時間積分保持為零。它對短時間的跳變應將其轉化成斜坡。當參考支路的輸出幅度變化到與輸入支路的幅度相同時其積分平均值為零，接著用比較器的輸出對它起作用。當將參考支路切換到后續電容時，比較器輸出為邏輯“1”。電容充電后對積分器反相積分，以便對積分器施加負參考電壓。因此當輸入端施加高電壓時會產生大量的邏輯“1”，同樣頻繁地施加正（負）參考電壓。由后面的數字濾波器轉換的由“1”組成的數據流生成數字量。標準的Σ-ΔADC將未知電壓與已知電壓進行比較，通常與兩個已知的（通常是相等的）電容器進行比較。因此實際上比較的是電荷。如果兩個電壓都已知（在本例中使用的是相等的電壓），那么可以用公式Q=C