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(yīng)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(gè)這種用途的精密電容傳感器接口。一個(gè)低電壓555定時(shí)器IC1的方波輸出不斷觸發(fā)精密單穩(wěn)IC2，產(chǎn)生用于時(shí)間周期T1和T2的半穩(wěn)定輸出，兩個(gè)時(shí)間周期與外接時(shí)序電容成正比：T1=KR0(CS+C0)和T2=KR0CS，其中K是乘數(shù)。當(dāng)電容大于100pF時(shí)，K近似與外接時(shí)序電容無關(guān)（參考文獻(xiàn)1）。因此，一只150pF電容C0與電容傳感器CS并聯(lián)，提供一個(gè)偏置，使單穩(wěn)的工作保持在一個(gè)線性范圍內(nèi)，即使CS的值小于100pF。

　　為達(dá)到好的測量精度，用一個(gè)固定值150pF電容連接一個(gè)參考通道。這種方法可同時(shí)消除雜散電容和轉(zhuǎn)換時(shí)間的影響。這個(gè)接口電路采用單3.3V供電。電路緊湊的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了靈活性，你可以很容易將其集成到一個(gè)靠近測量點(diǎn)的微型測量頭內(nèi)。IC3將輸出轉(zhuǎn)換為LVDS（低壓差分信令）電平，然后用一根標(biāo)準(zhǔn)的5e類電纜將這些輸出傳送給可能距離較遠(yuǎn)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(shù)皮法至數(shù)百皮法之間（參考文獻(xiàn)2）。在圖2中，IC4的終端將從接口收到的信號轉(zhuǎn)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(gè)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(gè)輸出數(shù)字化，你可以獲得一個(gè)與傳感器電容成正比的讀數(shù)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(biāo)應(yīng)用允許的值。