基于单片机的模拟开关时序设计与仿真

目前用于测量微电容的方法主要是交流法， 其测量原理是通过激励信号对被测电容连续充放电， 形成与被测电容成比例的电压或电流信号， 从而测得被测电容值。采用此方法测量的信号中具有脉动噪声， 需要通过滤波器滤除其脉动成分， 但滤波器的引入将降低测量电路信号采集的速度。所以， 本文设计了一种基于电荷放大原理的微电容测量电路， 该电路中使用的模拟开关存在电荷注入效应， 此效应影响电路的分辨率。为了解决该问题， 本文从微电容测量电路中的电荷注入效应入手， 对模拟开关的电荷注入效应进行分析， 结合单片机对开关时序进行设计， 并基于Proteus 和Keil 软件设计的电路进行仿真， 进而检验设计的合理性。

　　1 微电容测量电路中的电荷注入效应

　　基于电荷放大原理的微电容测量电路如图1 所示。

图1 基于电荷放大原理的微电容测量电路

　　图中Vin为充放电的激励电压源，CX为传感器两极板之间的电容即待测电容；S1～S5为模拟开关； 运放A1、电容Cf、电阻Rf和开关S3构成电荷放大器； 开关S4和S5及运放A2和A3构成两个采样保持器，A4为仪表放大器。模拟开关基本上由一个NMOS 管和一个PMOS 管并联而成， 是一种三稳态电路， 它可以根据选通端的电平决定输人端与输出端的状态。当选通端处在选通状态时， 输出端的状态取决于输入端的状态； 当选通端处于截止状态时， 则不管输入端电平如何， 输出端都呈高阻状态。