测量新方法促进电容传感器在汽车中的应用
宏观上讲，电容传感器通常是通过将电容转换成电压、时间或者频率等另一种物理变量来进行分析。而在微观上，电容传感器已经长期用于汽车之中；微机械加速度传感器就是基于这个原理设计的。这些经常用来检测电荷转移。
一种用于探测电容的新方法采用改进后的Σ-Δ转换器的输入级来检测出未知的电容，并将其转换成数字信号。 这种方法使用了电容数字转换器(CDC)，在本文中要与几个可以用于汽车的电容传感器原理一起阐述说明。文末也会概要说明另一种可选方法。
电容数字转换器
要形象描述CDC，我们必须对Σ-Δ 转换器原理作一番介绍。图1是Σ-Δ转换器的简图。
图1 Σ-Δ转换器的简图
电容充电然后反过来提供给积分器，这样积分器得到一个负的参考电压。因此输入端的高压导致大量逻辑部分，它们反过来频繁地运用(负)参考电压。密度通过下面的数字滤波转换成一个数字化的数值。经典的Σ-Δ转换器将未知的电压与已知的电压相比较，即采用两个已知的电容(通常相等)来作此比较。
事实上是对电荷进行比较，因此电容可以用公式Q=C*V来比较，如果两个电压都已知(在此取相同的电压值)。同步电压信号也必须提供给输入支路，图2显示的是电容数字转换器。
图2 电容数字转换器
如果我们仔细地审视图2，可以清楚看到更多的优点。寄生电容在最初的近似值中不扮演任何角色。 一个在节点A趋向于零的寄生电容具有零电位。节点B不为零，但是它由一个确定的低阻抗电位充电，因此在该节点的寄生电容将充电到一个平均值而不影响测量结果。节点A到B的寄生电容总是与测量元件并联，并且通常会出现一个偏移量。
现有的电容数字转换器能提供非常好的性能。例如ADI的AD7745可达到24位分辨率和16位精度。
电容式传感器
以前的电容分析系统要求测量的电容比较大，以及接触时电容值的变化很大。对传感器制造商来说，需要足够大的变化经常会带来问题，而在较小的电容传感器却不会出现。例如，典型的150pF湿度传感器不仅相当昂贵(因为比较大)，还容易出错，且长时间的稳定性也较差。
评论