基于CAV424的電容式壓力傳感器測(cè)量電路設(shè)計(jì)

硅電容壓力傳感器是利用硅基材料， 應(yīng)用電容原理， 采用MEMS 工藝制作的一類新型壓力傳感器。因其具有穩(wěn)定性好，非線性和可靠性優(yōu)越的性能被廣泛用于工業(yè)控制和測(cè)量領(lǐng)域。但是差動(dòng)電容式壓力傳感器的輸出差動(dòng)電容信號(hào)通常都非常微弱， 因此，如何將微小電容變化量檢測(cè)及轉(zhuǎn)換為后續(xù)電路容易處理的信號(hào)至關(guān)重要。目前， 比較常用的檢測(cè)調(diào)理電路如諧振法、振蕩法、開關(guān)電容法、AC 電橋法、運(yùn)算放大器檢測(cè)法等。這些調(diào)理電路都是采用分離元件設(shè)計(jì)而成的，而文中將采用一款電容專用檢測(cè)轉(zhuǎn)換芯片CAV424作為調(diào)理電路的核心部件。實(shí)驗(yàn)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(cè)量原理

　　CAV424是專門用于電容檢測(cè)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(dòng)2個(gè)構(gòu)造對(duì)稱的積分器并使它們?cè)跁r(shí)間和相位上同步。2 個(gè)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(cè)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(gè)振幅的差值所提供的信號(hào)就反映出2個(gè)電容C X1和C X2的差值。這個(gè)電壓差值通過后面的有源濾波器濾波為直流電源信號(hào)(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(gè)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(gè)直流電壓信號(hào)就是零。如果測(cè)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(gè)電容C X1和C X2值不相同， 那么當(dāng)C X2 = 0時(shí)，在輸出端得到的是一個(gè)偏置值， 它始終是疊加在直流電壓信號(hào)上的。

　　1.2 測(cè)量輸出

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

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