車用電容傳感器的新契機(jī)

過去，在汽車?yán)锖苌偈褂秒娙輦鞲衅?，因?yàn)樗鼈儾缓每刂?，難以讀取數(shù)據(jù)，容易老化，并且依賴于溫度。然而，其低廉的生產(chǎn)成本、簡(jiǎn)單的外形適應(yīng)性及低功耗特性都是有利于其應(yīng)用吸引人的屬性。一種新的電容測(cè)量技術(shù)的興起，使得車用電容傳感器的數(shù)量急劇上升。

宏觀上說，電容傳感器通常通過將電容轉(zhuǎn)換成其它物理量，例如電壓、時(shí)間或頻率進(jìn)行分析。微觀上說，電容傳感器應(yīng)用于汽車已經(jīng)很長(zhǎng)時(shí)間了；微電子機(jī)械（MEMS）加速度傳感器就是基于電容傳感器原理。這些傳感器通常用于檢測(cè)電荷的轉(zhuǎn)移。美國(guó)模擬器件公司（ADI）現(xiàn)已開發(fā)出一種新的檢測(cè)電容的方法，它采用了改進(jìn)的Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）的輸入級(jí)檢測(cè)未知的電容并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。ADI公司稱其為電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器或CDC。本文首先解釋一下CDC轉(zhuǎn)換方法。接著介紹幾種可在汽車中使用的電容傳感器的工作原理。最后，簡(jiǎn)要介紹一下交替轉(zhuǎn)換方法。

為了直觀描述CDC轉(zhuǎn)換方法，我們必須先著重介紹一下Σ-Δ ADC的工作原理。圖1示出了一個(gè)簡(jiǎn)化原理圖。

圖1：Σ-ΔADC原理圖

為了清楚地了解Σ-ΔADC的工作原理，我們首先考察積分器的輸入端，它必須對(duì)長(zhǎng)時(shí)間積分保持為零。它對(duì)短時(shí)間的跳變應(yīng)將其轉(zhuǎn)化成斜坡。當(dāng)參考支路的輸出幅度變化到與輸入支路的幅度相同時(shí)其積分平均值為零，接著用比較器的輸出對(duì)它起作用。當(dāng)將參考支路切換到后續(xù)電容時(shí)，比較器輸出為邏輯“1”。電容充電后對(duì)積分器反相積分，以便對(duì)積分器施加負(fù)參考電壓。因此當(dāng)輸入端施加高電壓時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的邏輯“1”，同樣頻繁地施加正（負(fù)）參考電壓。由后面的數(shù)字濾波器轉(zhuǎn)換的由“1”組成的數(shù)據(jù)流生成數(shù)字量。標(biāo)準(zhǔn)的Σ-ΔADC將未知電壓與已知電壓進(jìn)行比較，通常與兩個(gè)已知的（通常是相等的）電容器進(jìn)行比較。因此實(shí)際上比較的是電荷。如果兩個(gè)電壓都已知（在本例中使用的是相等的電壓），那么可以用公式Q=C