基于RISC-SOC微电容测量模块的研制

　0引言

　　电容传感器广泛应用于工业、军事等领域。因而对电容特别是对微小电容的精确测量始终是一个很重要的内容。目前大部分测量方法大部分集成化水平低，有的精度不高。电桥法利用电桥平衡原理测量电容，测量结果受桥臂电容性能影响较大。振荡法电路结构简单，但对于待测电容在 100PF以下时，板间的内电容常会污染测量结果；另外，振荡法测电容的抗干扰能力差。本文提出的容抗匹配法是将待测电容接入容抗匹配电路，待测电容在高品质的交流激励下，呈现固定的容抗。通过容抗－电压转换电路，即可得与电容成比例的电压值。经 ADC采样后，可计算电容值。实验结果表明，该方法测电容可以保证测量精度，同时抗干扰能力强。

　　1 微电容测量模块基本原理

　　微电容测量模块原理框图如图1所示，外观如图2所示。

　　该模块包含引线电容抑制电路、容抗电压变换电路、一片集成的RISC-SOC混合信号处理器以及485接口、LCD显示等。模块的工作原理如下：RISC-SOC混合信号处理器芯片按CPU指令，用DDS直接数字频率合成方式，通过12位D/AC产生稳定度优于1/1000，失真度小于1/1000的稳定正弦波，作为测量的激励源。待测电容在该交流激励源作用下，呈现固定的容抗Z。

　　由式（1）可见 1/Z的大小正比于电容值的大小。通过一个1/Z－电压变换电路即可得与电容值成正比的电压信号，据此可计算出电容值。正弦波表 ROM内存有 64点的正弦波表，保持 DDS频率不变，将波表峰值提高 10倍，量程可缩小 10倍;改变正弦波表的点数为 640点，即可得到频率为 1OOHZ的正弦波，量程则扩大 10倍。因此无需硬件开关，可以通过纯软件的方法切换量程。485接口电路主要按照 Modbus-RTU协议进行数据的传输；LCD进行实时在线的显示工作。引线电容抑制电路用来消除引线本身电容对测量产生的影响，且屏蔽外部干扰。