測量新方法促進電容傳感器在汽車中的應用
加入技術交流群
宏觀上講，電容傳感器通常是通過將電容轉換成電壓、時間或者頻率等另一種物理變量來進行分析。而在微觀上，電容傳感器已經長期用于汽車之中；微機械加速度傳感器就是基于這個原理設計的。這些經常用來檢測電荷轉移。
一種用于探測電容的新方法采用改進后的Σ-Δ轉換器的輸入級來檢測出未知的電容，并將其轉換成數字信號。 這種方法使用了電容數字轉換器(CDC)，在本文中要與幾個可以用于汽車的電容傳感器原理一起闡述說明。文末也會概要說明另一種可選方法。
電容數字轉換器
要形象描述CDC，我們必須對Σ-Δ 轉換器原理作一番介紹。圖1是Σ-Δ轉換器的簡圖。
圖1 Σ-Δ轉換器的簡圖
電容充電然后反過來提供給積分器，這樣積分器得到一個負的參考電壓。因此輸入端的高壓導致大量邏輯部分，它們反過來頻繁地運用(負)參考電壓。密度通過下面的數字濾波轉換成一個數字化的數值。經典的Σ-Δ轉換器將未知的電壓與已知的電壓相比較，即采用兩個已知的電容(通常相等)來作此比較。
事實上是對電荷進行比較，因此電容可以用公式Q=C*V來比較，如果兩個電壓都已知(在此取相同的電壓值)。同步電壓信號也必須提供給輸入支路，圖2顯示的是電容數字轉換器。
圖2 電容數字轉換器
如果我們仔細地審視圖2，可以清楚看到更多的優點。寄生電容在最初的近似值中不扮演任何角色。 一個在節點A趨向于零的寄生電容具有零電位。節點B不為零，但是它由一個確定的低阻抗電位充電，因此在該節點的寄生電容將充電到一個平均值而不影響測量結果。節點A到B的寄生電容總是與測量元件并聯，并且通常會出現一個偏移量。
現有的電容數字轉換器能提供非常好的性能。例如ADI的AD7745可達到24位分辨率和16位精度。
電容式傳感器
以前的電容分析系統要求測量的電容比較大，以及接觸時電容值的變化很大。對傳感器制造商來說，需要足夠大的變化經常會帶來問題，而在較小的電容傳感器卻不會出現。例如，典型的150pF濕度傳感器不僅相當昂貴(因為比較大)，還容易出錯，且長時間的穩定性也較差。
評論