CAV424實現(xiàn)電容壓力傳感器測量電路設(shè)計

隨著差動式硅電容傳感器廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)中， 對差動電容信號的檢測至關(guān)重要。文中提出基于CAV424電容檢測芯片作為前置檢測單元， 實現(xiàn)了電容壓力傳感器測量電路。該電路具有穩(wěn)定性好， 抗干擾性強(qiáng)， 且通過非線性補(bǔ)償有良好的線性。實驗結(jié)果表明， 實際電路與理論分析具有良好的一致性。

　 引言

　　差動電容式壓力傳感器的輸出差動電容信號通常都非常微弱， 因此， 如何將微小電容變化量檢測及轉(zhuǎn)換為后續(xù)電路容易處理的信號至關(guān)重要。文中將采用一款電容專用檢測轉(zhuǎn)換芯片CAV424作為調(diào)理電路的核心部件。實驗表明該電路穩(wěn)定性高， 功耗低， 且非線性度在02%~ 0 1%, 非常適合使用干電池供電的儀表儀器。

　　1 CAV424工作原理

　　1. 1 測量原理

　　CAV424是專門用于電容檢測轉(zhuǎn)換的集成芯片， 其工作原理圖及外圍連接圖如圖1所示。

　　圖1 CAV424工作原理圖及外圍連接圖

　　由圖1可知， 通過電容C osc調(diào)整參考振蕩器的頻率來驅(qū)動2個構(gòu)造對稱的積分器并使它們在時間和相位上同步。2 個被控制的積分器的振幅分別由電容C X1和C X2來決定， 這里C X1作參考電容， C X2作為測量電容。由于積分器具有很高的共模抑制比和分辨率， 所以2個振幅的差值所提供的信號就反映出2個電容C X1和C X2的差值。這個電壓差值通過后面的有源濾波器濾波為直流電源信號(整流效應(yīng))， 然后送到可調(diào)的放大器， 調(diào)整RL 1和RL 2的值， 可得到所需要的輸出電壓值。如果2 個電容C X1和C X2值相同， 那么經(jīng)過整流和濾波得到的一個直流電壓信號就是零。如果測量C X2電容改變了△C X2, 那么得到的輸出電壓與之是成正比的。如果2個電容C X1和C X2值不相同， 那么當(dāng)C X2 = 0時， 在輸出端得到的是一個偏置值， 它始終是疊加在直流電壓信號上的。

　　1.2 測量輸出

　　根據(jù)CAV424工作原理及外圍電路連接圖， 可得測量輸出表達(dá)式：

　　這里取ICX1= ICX2= IC, 所以輸出表達(dá)式( 1)可簡化為：

　　式中：

　　VM 為參考電壓2 5 V; Ic 為2個積分器的充電電流， 這里取常數(shù)5 A; fOSC為參考振蕩器頻率范圍， 其由被測電容的最小值決定。