基于電容數字轉換器技術AD7147和AD7148的醫療保健設計方案

簡介

近年來，電子技術的進步為醫療保健行業的諸多創新和改進創造了條件。醫療保健設備面臨的挑戰包括提出新的診斷和治療方法，實現遠程監控，開發家庭護理設備，提高質量和可靠性，以及增強靈活性和易用性。

40余年以來，ADI公司豐富而全面的線性、混合信號、MEMS和數字信號處理技術給儀器儀表、成像和病人監護等領域的醫療設備設計帶來了重大的變革。本文將集中探討電容數字轉換器(CDC)技術，該技術使得在醫療保健應用中使用高性能電容檢測成為可能。

電容式觸摸傳感器控制器——一種全新的用戶輸入法

電容式觸摸傳感器以類似圖1所示的按鈕、滑動條、滾輪或其他方式提供一種用戶界面。

圖1. 觸摸傳感器布局示例

各個藍色幾何區域表示印刷電路板(PCB)上的一個傳感器電極，構成虛擬電容器的一個極板。另一極板則由用戶的手指構成，實際上，該極板相對于傳感器輸入是接地的。 AD7147/AD7148 CapTouch控制器系列專為激勵電容式觸摸傳感器和與之接口而設計，能夠測量來自單電極傳感器的電容變化。器件首先輸出一個激勵信號，使電容器極板充電。當一個物體(如用戶手指)靠近傳感器時，用戶充當電容器的令一個極板，將形成虛擬電容器(如圖2)。利用電容數字轉換器(CDC)可以測量該電容。

圖2.電容檢測示意圖和典型響應

該CDC能夠感知外部傳感器的電容變化，并借助此信息來記錄傳感器激活事件。AD7147和AD7148分別有13個和8個電容輸入，并均配有片內校準邏輯，用以對環境變化引起的測量變化進行補償，從而確保不會因溫度變化或濕度變化而在外部傳感器上產生誤觸發事件。

AD7147和AD7148提供多種工作模式、用戶可編程的轉換序列和極其靈活的控制功能。這些特性使其成為高分辨率觸摸傳感器功能的理想選擇，比如滑動條或滾輪，而且其對軟件的要求很低。另外，無需使用任何軟件，即可用片內數字邏輯完整實現按鈕傳感器應用。

電容檢測和測量的基本原理

電容 是指電容器在電場中存儲能量的能力。在其標稱形態中——平行板電容器——電容C衡量在給定電壓V下電容器中存儲的電荷Q，計算公式為

。

對于平行板電容器，電容檢測和測量技術的本質如圖3所示。

圖3.測量平行板電容器的電容

平行板電容器由兩個導體(金屬板)構成，其特性為

導體面積， a × b

兩個導體極板之間的 距離d

兩個導體之間的電介質，用介電常數er表示r

根據這種幾何結構，電容計算公式如下

其中，ε0為自由空間的介電常數

其中，ε0為自由空間的介電常數。

圖4.傳感器電氣配置