適用于微型儀器的精密電容傳感器接口

　　在某些電容傳感器|0">電容傳感器的應用中，儀器的前端必須足夠小才能裝入狹窄的空間里。圖1是一個這種用途的精密電容傳感器接口。一個低電壓555定時器IC1的方波輸出不斷觸發精密單穩IC2，產生用于時間周期T1和T2的半穩定輸出，兩個時間周期與外接時序電容成正比：T1=KR0(CS+C0)和T2=KR0CS，其中K是乘數。當電容大于100pF時，K近似與外接時序電容無關（參考文獻1）。因此，一只150pF電容C0與電容傳感器CS并聯，提供一個偏置，使單穩的工作保持在一個線性范圍內，即使CS的值小于100pF。

　　為達到好的測量精度，用一個固定值150pF電容連接一個參考通道。這種方法可同時消除雜散電容和轉換時間的影響。這個接口電路采用單3.3V供電。電路緊湊的設計實現了靈活性，你可以很容易將其集成到一個靠近測量點的微型測量頭內。IC3將輸出轉換為LVDS（低壓差分信令）電平，然后用一根標準的5e類電纜將這些輸出傳送給可能距離較遠的終端。只要電纜短于10m，傳輸帶寬就足以保證測量精度在可接受的數皮法至數百皮法之間（參考文獻2）。在圖2中，IC4的終端將從接口收到的信號轉換為LVTTL（低壓晶體管-晶體管邏輯）電平，然后將其送至一組無源濾波器。每個DC輸出均與信號的占空比成正比：
和
　　其中VH是IC4的高電平輸出電壓，而TP是IC1的振蕩周期。通過將兩個輸出數字化，你可以獲得一個與傳感器電容成正比的讀數VO1–VO2。要確保T1TP，即CSTP/(K×R0)–C0；否則，最終的輸出就不正確。考慮寬的測量范圍，TP要保持為目標應用允許的值。