基于RISC-SOC微電容測量模塊的研制

　0引言

　　電容傳感器廣泛應用于工業、軍事等領域。因而對電容特別是對微小電容的精確測量始終是一個很重要的內容。目前大部分測量方法大部分集成化水平低，有的精度不高。電橋法利用電橋平衡原理測量電容，測量結果受橋臂電容性能影響較大。振蕩法電路結構簡單，但對于待測電容在 100PF以下時，板間的內電容常會污染測量結果；另外，振蕩法測電容的抗干擾能力差。本文提出的容抗匹配法是將待測電容接入容抗匹配電路，待測電容在高品質的交流激勵下，呈現固定的容抗。通過容抗－電壓轉換電路，即可得與電容成比例的電壓值。經 ADC采樣后，可計算電容值。實驗結果表明，該方法測電容可以保證測量精度，同時抗干擾能力強。

　　1 微電容測量模塊基本原理

　　微電容測量模塊原理框圖如圖1所示，外觀如圖2所示。

　　該模塊包含引線電容抑制電路、容抗電壓變換電路、一片集成的RISC-SOC混合信號處理器以及485接口、LCD顯示等。模塊的工作原理如下：RISC-SOC混合信號處理器芯片按CPU指令，用DDS直接數字頻率合成方式，通過12位D/AC產生穩定度優于1/1000，失真度小于1/1000的穩定正弦波，作為測量的激勵源。待測電容在該交流激勵源作用下，呈現固定的容抗Z。

　　由式（1）可見 1/Z的大小正比于電容值的大小。通過一個1/Z－電壓變換電路即可得與電容值成正比的電壓信號，據此可計算出電容值。正弦波表 ROM內存有 64點的正弦波表，保持 DDS頻率不變，將波表峰值提高 10倍，量程可縮小 10倍;改變正弦波表的點數為 640點，即可得到頻率為 1OOHZ的正弦波，量程則擴大 10倍。因此無需硬件開關，可以通過純軟件的方法切換量程。485接口電路主要按照 Modbus-RTU協議進行數據的傳輸；LCD進行實時在線的顯示工作。引線電容抑制電路用來消除引線本身電容對測量產生的影響，且屏蔽外部干擾。