基于RISC-SOC微電容測(cè)量模塊的研制

　0引言

　　電容傳感器廣泛應(yīng)用于工業(yè)、軍事等領(lǐng)域。因而對(duì)電容特別是對(duì)微小電容的精確測(cè)量始終是一個(gè)很重要的內(nèi)容。目前大部分測(cè)量方法大部分集成化水平低，有的精度不高。電橋法利用電橋平衡原理測(cè)量電容，測(cè)量結(jié)果受橋臂電容性能影響較大。振蕩法電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但對(duì)于待測(cè)電容在 100PF以下時(shí)，板間的內(nèi)電容常會(huì)污染測(cè)量結(jié)果；另外，振蕩法測(cè)電容的抗干擾能力差。本文提出的容抗匹配法是將待測(cè)電容接入容抗匹配電路，待測(cè)電容在高品質(zhì)的交流激勵(lì)下，呈現(xiàn)固定的容抗。通過(guò)容抗－電壓轉(zhuǎn)換電路，即可得與電容成比例的電壓值。經(jīng) ADC采樣后，可計(jì)算電容值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法測(cè)電容可以保證測(cè)量精度，同時(shí)抗干擾能力強(qiáng)。

　　1 微電容測(cè)量模塊基本原理

　　微電容測(cè)量模塊原理框圖如圖1所示，外觀如圖2所示。

　　該模塊包含引線電容抑制電路、容抗電壓變換電路、一片集成的RISC-SOC混合信號(hào)處理器以及485接口、LCD顯示等。模塊的工作原理如下：RISC-SOC混合信號(hào)處理器芯片按CPU指令，用DDS直接數(shù)字頻率合成方式，通過(guò)12位D/AC產(chǎn)生穩(wěn)定度優(yōu)于1/1000，失真度小于1/1000的穩(wěn)定正弦波，作為測(cè)量的激勵(lì)源。待測(cè)電容在該交流激勵(lì)源作用下，呈現(xiàn)固定的容抗Z。

　　由式（1）可見(jiàn) 1/Z的大小正比于電容值的大小。通過(guò)一個(gè)1/Z－電壓變換電路即可得與電容值成正比的電壓信號(hào)，據(jù)此可計(jì)算出電容值。正弦波表 ROM內(nèi)存有 64點(diǎn)的正弦波表，保持 DDS頻率不變，將波表峰值提高 10倍，量程可縮小 10倍;改變正弦波表的點(diǎn)數(shù)為 640點(diǎn)，即可得到頻率為 1OOHZ的正弦波，量程則擴(kuò)大 10倍。因此無(wú)需硬件開關(guān)，可以通過(guò)純軟件的方法切換量程。485接口電路主要按照 Modbus-RTU協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸；LCD進(jìn)行實(shí)時(shí)在線的顯示工作。引線電容抑制電路用來(lái)消除引線本身電容對(duì)測(cè)量產(chǎn)生的影響，且屏蔽外部干擾。