電容感測：你應該選擇哪個架構？

　　電容感測在很多應用中大展拳腳，從接近度檢測和手勢識別，到液面感測。無論是哪種應用，電容感測的決定性因素都是根據一個特定的基準來感測傳感器電容值變化的能力。根據特定應用和系統要求的不同，你也許需要不同的方法來測量這個變化。在這篇博文章，我將介紹2個特定的架構類型—開關電容器電路和電感器-電容器LC諧振槽路—這是當前一種用于電容感測的電路。

　　開關電容器電路

　　圖1顯示的是針對電容感測的經簡化電路，它以電荷轉移為基礎;電路中的開關執行采樣保持運行。在采樣之間，傳感器電感器上的電荷的變化會導致輸出電壓的變化，然后，通過測量電壓的變化量可以確定電容值的變化。

　　圖1：支持采樣保持的經簡化開關電容器電路的電路原理圖

　　要對傳感器上的電荷進行采樣，通過閉合開關S1，并且打開開關S2和S3，使傳感器電容器，CS，充滿電。一旦CS被充滿，S1和S3將打開，而S2將閉合。這就使得傳感器電容器上累積的電荷被直接傳輸到保持電容器，CH中。一旦CH被充滿，S1和S2將打開，而S3將閉合。這就強制地將傳感器電容器的放電(為下一次采樣做準備)與輸出電壓電勢的緩沖(由CH保持穩定)隔離開來。

　　這是一款廣泛用于電容感測的架構，其原因在于這個架構由開關操作，所以其采樣狀態和保持狀態全都是去耦合的。然而，這個技術也存在一些缺點，那就是它更容易受到噪聲的影響。由于這個傳感器具有寬頻帶特點，來自于外部干擾源的噪聲—即使這個干擾源的運行頻率不同于工作頻率—仍然會出現問題。你也許需要用于濾波的外部電路，而這將會增加系統的復雜程度，并且在濾波器引入明顯的寄生電容時，這有可能降低靈敏度。然而，如果系統并未暴露在寬頻帶噪聲中，這個架構也許就足夠用了。

　　LC諧振槽路

　　圖2中顯示的LC諧振器是電容感測中使用的另外一個傳感器架構。方程式1確定了LC諧振槽路的振蕩頻率。

　　圖2：簡單LC諧振槽路的電路原理圖

　　請看一看方程式1，很明顯，振蕩頻率只取決于諧振槽路的總電感和總電容值。因此，如果電容感測的目的在于測量電容值的變化，那么諧振槽路的總電感是固定的，而諧振器的電容組件形成了傳感器。由于電容值會隨著傳感器對目標的響應而發生變化，所以振蕩頻率將會改變。然后，諧振回路頻率的變化成為你的測量值，以確定測得的電容值變化。

　　圖3：LC諧振器特性曲線

　　雖然LC諧振槽路的架構很簡單，不過，這個電路所具有的幾個主要優勢使其成為電容感測領域內的一個相對新型的方法。首先，由于其內在的窄帶特點(如圖3中所示)，一個LC諧振器提供出色的電磁干擾 (EMI) 抗擾性。此外，如果在任何已知的頻率上的確存在噪聲源，有可能在不使用外部濾波器的情況下，通過移動傳感器的運行頻率來過濾掉這些噪聲源。這將有助于增加系統的靈敏度(如果應用需要高靈敏度的話)，并且減少其復雜程度。