CAV424實現電容壓力傳感器測量電路設計

隨著差動式硅電容傳感器廣泛應用于各行各業中， 對差動電容信號的檢測至關重要。文中提出基于CAV424電容檢測芯片作為前置檢測單元， 實現了電容壓力傳感器測量電路。該電路具有穩定性好， 抗干擾性強， 且通過非線性補償有良好的線性。實驗結果表明， 實際電路與理論分析具有良好的一致性。

　 引言

　　差動電容式壓力傳感器的輸出差動電容信號通常都非常微弱， 因此， 如何將微小電容變化量檢測及轉換為后續電路容易處理的信號至關重要。文中將采用一款電容專用檢測轉換芯片CAV424作為調理電路的核心部件。實驗表明該電路穩定性高， 功耗低， 且非線性度在02%~ 0 1%, 非常適合使用干電池供電的儀表儀器。

　　1 CAV424工作原理

　　1. 1 測量原理

　　CAV424是專門用于電容檢測轉換的集成芯片， 其工作原理圖及外圍連接圖如圖1所示。

　　圖1 CAV424工作原理圖及外圍連接圖

　　由圖1可知， 通過電容C osc調整參考振蕩器的頻率來驅動2個構造對稱的積分器并使它們在時間和相位上同步。2 個被控制的積分器的振幅分別由電容C X1和C X2來決定， 這里C X1作參考電容， C X2作為測量電容。由于積分器具有很高的共模抑制比和分辨率， 所以2個振幅的差值所提供的信號就反映出2個電容C X1和C X2的差值。這個電壓差值通過后面的有源濾波器濾波為直流電源信號(整流效應)， 然后送到可調的放大器， 調整RL 1和RL 2的值， 可得到所需要的輸出電壓值。如果2 個電容C X1和C X2值相同， 那么經過整流和濾波得到的一個直流電壓信號就是零。如果測量C X2電容改變了△C X2, 那么得到的輸出電壓與之是成正比的。如果2個電容C X1和C X2值不相同， 那么當C X2 = 0時， 在輸出端得到的是一個偏置值， 它始終是疊加在直流電壓信號上的。

　　1.2 測量輸出

　　根據CAV424工作原理及外圍電路連接圖， 可得測量輸出表達式：

　　這里取ICX1= ICX2= IC, 所以輸出表達式( 1)可簡化為：

　　式中：

　　VM 為參考電壓2 5 V; Ic 為2個積分器的充電電流， 這里取常數5 A; fOSC為參考振蕩器頻率范圍， 其由被測電容的最小值決定。