電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器(CDC) AD7150用于近程傳感應(yīng)用(CN0095)

本文所述電路為利用電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器(CDC) AD7150的近程傳感應(yīng)用開發(fā)提供了一個基礎(chǔ)。

AD7150 CDC測量兩個電極之間的電容，并將測量結(jié)果與一個閾值相比較；該閾值可以是固定值，也可以由片內(nèi)自適應(yīng)閾值算法引擎動態(tài)調(diào)整。

如果輸入電容發(fā)生改變（例如手靠近過來），就會設(shè)置一個輸出標(biāo)志，指示電容已超過閾值，表明有物體接近。

濕度或溫度等環(huán)境變化可能會導(dǎo)致傳感電容緩慢變化，而利用該片內(nèi)自適應(yīng)閾值算法引擎，AD7150便能適應(yīng)這種變化，而不會喪失近程傳感的能力。

圖1：AD7150作為近程檢測器獨立工作

電路描述

采用AD7150獨立工作的近程傳感應(yīng)用只需非常少的外圍元件，如圖1所示。該電路需要一個電源電壓（電池B1）、對電源電壓進(jìn)行一些濾波處理（R1、 C1）以及I2C?兼容I/O引腳上較弱的上拉電阻（R2、R3）。如果AD7150檢測到有物體接近（例如手），紅色LED D1將提供視覺指示。該電路需采用一個容性傳感元件(SENS1)，它可以簡單地由FR4 PCB上的兩片軌道組成，如圖2所示。

圖2：AD7150近程檢測器演示板

常見變化

AD7150近程電路的變化形式取決于環(huán)境和目標(biāo)應(yīng)用。例如，汽車應(yīng)用必須能夠承受系統(tǒng)級的較高水平EMC噪聲和瞬變脈沖。因此，此類應(yīng)用要求設(shè)計須適合惡劣的電氣和物理環(huán)境。

AD7150獨特的浮地式電容傳感器測量設(shè)計允許將一個濾波器結(jié)構(gòu)放在容性前端中。該濾波器結(jié)構(gòu)（R1至R6、C1至C6）如圖3所示，可濾除耦合到傳感器電極中的噪聲。可選網(wǎng)絡(luò)由R7、R8、C7和C8組成，可防止來自外部I2C兼容接口的噪聲回耦至電路中。

圖3：AD7150在車門把手應(yīng)用中獨立工作

AD7150經(jīng)過大量的EMC測試。AD7150 EMC性能的測試結(jié)果可參考 應(yīng)用筆記AN-1011 ：“AD7150的EMC保護(hù)”。

用來驅(qū)動容性傳感器的激勵電壓（EXC1、EXC2）由AD7150內(nèi)部電路產(chǎn)生，這些電路由VDD供電。因此，高噪聲電源電壓會在容性輸入端產(chǎn)生干擾噪聲信號。

圖3所示的電壓供應(yīng)電路使用ADP1720 LDO（3.3 V工作模式）濾除電池噪聲，并抑制汽車應(yīng)用中的瞬變脈沖。

如果AD7150的輸出未與微控制器直接相連，則可能需要調(diào)理，以便轉(zhuǎn)換電平和/或信號極性。OUT1和OUT2的典型調(diào)理電路如圖3所示。DMOS FET（Q1和Q2）充當(dāng)開漏輸出驅(qū)動器，27 V壓敏電阻（V1和V2）則可保護(hù)電路不受較大外部瞬變影響。

當(dāng)AD7150與微控制器相連時，通過I2C 兼容接口，片內(nèi)自適應(yīng)閾值算法引擎所用的一些寄存器可通過編程來實現(xiàn)上電默認(rèn)設(shè)置以外的其它設(shè)置，因而該器件適合要求不同的各種應(yīng)用。欲了解更多信息，請參考AD7150數(shù)據(jù)手冊 。

表1和表2顯示在不同靈敏度和容性輸入范圍設(shè)置條件下，車門把手演示板的典型近程性能。

表1：車門把手演示板上傳感器1的典型近程性能

表2：車門把手演示板上傳感器2的典型近程性能

圖4：AD7150車門把手演示板

AD7150獨特的浮地式電容傳感器測量設(shè)計使它可耐受對地寄生電容。因此，可以使用接地層來屏蔽容性前端信號，使之不受片上其它模擬或數(shù)字信號的影響，或者彼此不會相互影響。圖4所示為AD7150車門把手演示板，其中演示板上傳感器2的整個頂層上有一個接地層，可防止當(dāng)人靠在汽車門把手上時進(jìn)行近程檢測。傳感器電極置于底層，與所示的傳感器1電極放置方式相同。因此，傳感器2只會在手接近車門把手后面時進(jìn)行近程檢測。

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