一種高精度測量微小電容的電路

3 軟件設(shè)計
為實現(xiàn)低功耗，系統(tǒng)接入電源后進入低功耗狀態(tài)，需要外部電平信號才能喚醒。為了避免系統(tǒng)的誤開始測量，當(dāng)需要測量電容信號時，將觸發(fā)信號置高，如果20 s內(nèi)觸發(fā)信號一直置高，則系統(tǒng)進入循環(huán)采集存儲狀態(tài)。為得到包括觸發(fā)前和觸發(fā)后的完整電容信號曲線，一旦電容信號達到預(yù)設(shè)的觸發(fā)值，系統(tǒng)便進入觸發(fā)態(tài)，將電容信號存儲到閃存，閃存存滿后，將RAM中的FIFO數(shù)據(jù)導(dǎo)入閃存預(yù)留地址。之后，系統(tǒng)進入待讀數(shù)態(tài)，此時插上USB接口，接收到計算機的讀數(shù)命令之后即可將數(shù)據(jù)發(fā)送至計算機，并且在第一次讀取數(shù)據(jù)之后和掉電以后再上電可重復(fù)無數(shù)次讀取并顯示測量結(jié)果。系統(tǒng)的狀態(tài)設(shè)計如圖5。

為實現(xiàn)低功耗的系統(tǒng)，電路不工作時，即接通電源態(tài)和待讀數(shù)態(tài)，系統(tǒng)處于值更狀態(tài)、超低功耗態(tài)LPM4；工作時都處于全功耗態(tài)。

4 測量結(jié)果
傳感器的標(biāo)定就是通過實驗確定傳感器的輸入量和輸出量之間的關(guān)系，用以確定傳感器系統(tǒng)的線性度、靈敏度和重復(fù)性等靜態(tài)性能指標(biāo)。
表1為測量0～5pF電容的數(shù)據(jù)。由最小二乘法相關(guān)計算公式可得，擬合直線為y=0．993x+0．049，重復(fù)性誤差為1．77％，非線性誤差為0．84％，基本誤差為2．61％。

5 結(jié)論
本設(shè)計的核心硬件由芯片和單片機實現(xiàn)，省去了昂貴的電容測量芯片，由低功耗，低成本的數(shù)字芯片組成，有效降低了測量系統(tǒng)的成本。整個系統(tǒng)電路板面積小于2．7 cm2，工作電流小于8 mA，低功耗電流為0．02 uA，由于待測電容和標(biāo)準(zhǔn)電容均有接地端，所以具有較強的抗干擾能力，并體現(xiàn)了低功耗、體積小等優(yōu)點。本測量方案可以非常靈活，實現(xiàn)模塊化，所設(shè)計的同一塊PCB可以移植到許多電容式傳感器的設(shè)計中去。