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電容感測:你應該選擇哪個架構?

作者: 時間:2015-12-11 來源:網(wǎng)絡 收藏

  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,感測的決定性因素都是根據(jù)一個特定的基準來感測傳感器值變化的能力。根據(jù)特定應用和系統(tǒng)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。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/284248.htm

  開關電容器電路

  圖1顯示的是針對電容感測的經(jīng)簡化電路,它以電荷轉移為基礎;電路中的開關執(zhí)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(jīng)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?shù)奖3蛛娙萜?,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(wěn)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(tài)和保持狀態(tài)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(xiàn)問題。你也許需要用于濾波的外部電路,而這將會增加系統(tǒng)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(tǒng)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(fā)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(yōu)勢使其成為電容感測領域內(nèi)的一個相對新型的方法。首先,由于其內(nèi)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 () 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(tǒng)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。





關鍵詞: 電容 EMI

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