基于單片機(jī)的模擬開關(guān)時(shí)序設(shè)計(jì)與仿真

目前用于測量微電容的方法主要是交流法， 其測量原理是通過激勵(lì)信號(hào)對(duì)被測電容連續(xù)充放電， 形成與被測電容成比例的電壓或電流信號(hào)， 從而測得被測電容值。采用此方法測量的信號(hào)中具有脈動(dòng)噪聲， 需要通過濾波器濾除其脈動(dòng)成分， 但濾波器的引入將降低測量電路信號(hào)采集的速度。所以， 本文設(shè)計(jì)了一種基于電荷放大原理的微電容測量電路， 該電路中使用的模擬開關(guān)存在電荷注入效應(yīng)， 此效應(yīng)影響電路的分辨率。為了解決該問題， 本文從微電容測量電路中的電荷注入效應(yīng)入手， 對(duì)模擬開關(guān)的電荷注入效應(yīng)進(jìn)行分析， 結(jié)合單片機(jī)對(duì)開關(guān)時(shí)序進(jìn)行設(shè)計(jì)， 并基于Proteus 和Keil 軟件設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行仿真， 進(jìn)而檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的合理性。

　　1 微電容測量電路中的電荷注入效應(yīng)

　　基于電荷放大原理的微電容測量電路如圖1 所示。

圖1 基于電荷放大原理的微電容測量電路

　　圖中Vin為充放電的激勵(lì)電壓源，CX為傳感器兩極板之間的電容即待測電容；S1～S5為模擬開關(guān)； 運(yùn)放A1、電容Cf、電阻Rf和開關(guān)S3構(gòu)成電荷放大器； 開關(guān)S4和S5及運(yùn)放A2和A3構(gòu)成兩個(gè)采樣保持器，A4為儀表放大器。模擬開關(guān)基本上由一個(gè)NMOS 管和一個(gè)PMOS 管并聯(lián)而成， 是一種三穩(wěn)態(tài)電路， 它可以根據(jù)選通端的電平?jīng)Q定輸人端與輸出端的狀態(tài)。當(dāng)選通端處在選通狀態(tài)時(shí)， 輸出端的狀態(tài)取決于輸入端的狀態(tài)； 當(dāng)選通端處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)， 則不管輸入端電平如何， 輸出端都呈高阻狀態(tài)。