【導讀】工程師接觸電子產(chǎn)品設計必須掌握電容感測等相關知識。電容感測在很多應用中都發(fā)揮著重要作用。接近度檢測、手勢識別、液面感測，這些都是電容感測的某一個方面因素，但是它們的決定性都是相同的。都是根據(jù)特定的基準來感測出納干起電容值的變化。本文我們就來介紹電容感測架構的選擇。
在今天的文章中，我們將介紹2個特定的架構類型，分別是開關電容器電路和電感器-電容器LC諧振槽路，這也是當前一種比較常見的用于電容感測的電路。下面我們就分別來看一下這兩種電容感測架構的特點和不同吧。
開關電容器電路
首先我們來看一下，電容感測過程中非常常見的一種電路架構，即開關電容器電路。下圖中，圖1所顯示的是針對電容感測的經(jīng)簡化電路，該電路以電荷轉移為基礎。這一電路系統(tǒng)中的開關執(zhí)行采樣保持運行。在采樣之間，傳感器電感器上的電荷的變化會導致輸出電壓的變化，然后，通過測量電壓的變化量可以確定電容值的變化。
圖1支持采樣保持的經(jīng)簡化開關電容器電路的電路原理圖
在這種支持采樣保持的開關電容器電路系統(tǒng)中，如果我們需要對傳感器上的電荷進行采樣，則需要通過閉合開關S1，并且打開開關S2和S3，使傳感器電容器CS充滿電。一旦傳感器電容器CS被充滿，此時S1和S3將打開，而S2將閉合。這就使得傳感器電容器上累積的電荷被直接傳輸?shù)奖３蛛娙萜?，CH中。一旦CH被充滿，S1和S2將打開，而S3將閉合。這就強制地將傳感器電容器的放電，為下一次采樣做準備。同時，它還會與輸出電壓電勢的緩沖（由CH保持穩(wěn)定）隔離開來。
通過上文中的介紹我們可以看出，這種開關電容器電路是一款廣泛用于電容感測的架構，其大受歡迎的原因在于這個架構由開關操作，所以其采樣狀態(tài)和保持狀態(tài)全都是去耦合的。然而，這個技術也存在一些缺點，那就是它更容易受到噪聲的影響。由于這個傳感器具有寬頻帶特點，來自于外部干擾源的噪聲—即使這個干擾源的運行頻率不同于工作頻率—仍然會出現(xiàn)問題。你也許需要用于濾波的外部電路，而這將會增加系統(tǒng)的復雜程度，并且在濾波器引入明顯的寄生電容時，這有可能降低靈敏度。然而，如果系統(tǒng)并未暴露在寬頻帶噪聲中，這個架構也許就足夠用了。
LC諧振槽路
在了解了開關電容器電路的電容感測原理和優(yōu)缺點之后，接下來我們再來看一下另一種常見的架構類型，即LC諧振槽路。下圖中，圖2所顯示的LC諧振器是電容感測中使用的另外一個傳感器架構。而方程式1確定了LC諧振槽路的振蕩頻率。
圖2簡單LC諧振槽路的電路原理圖
方程式（1）
這里我們需要著重看一下方程式1。從方程式1所提供的計算公式中能夠很明顯的看出，在這種電容感測架構中，振蕩頻率只取決于諧振槽路的總電感和總電容值。因此，如果電容感測的目的在于測量電容值的變化，那么諧振槽路的總電感是固定的，而諧振器的電容組件形成了傳感器。由于電容值會隨著傳感器對目標的響應而發(fā)生變化，所以振蕩頻率將會改變。然后，諧振回路頻率的變化成為你的測量值，以確定測得的電容值變化。
相比較上文中我們所介紹的開關電容器電路系統(tǒng)，LC諧振槽路的電路原理就顯得簡單很多了，不過雖然這種LC諧振槽路的架構非常簡單，但這種電路所具有的幾個主要優(yōu)勢使其成為電容感測領域內的一個相對新型的方法。
圖3LC諧振器特性曲線
與開關電容器架構相比，我們所提到的這種LC諧振槽路架構，其優(yōu)勢在于，由于其內在的窄帶特點（如上圖圖3所示），因此一個LC諧振器就能夠提供出色的電磁干擾（EMI）抗擾性。此外，如果在任何已知的頻率上的確存在噪聲源，有可能在不使用外部濾波器的情況下，通過移動傳感器的運行頻率來過濾掉這些噪聲源。這將有助于增加系統(tǒng)的靈敏度，并且減少其復雜程度。TI在其最新推出的產(chǎn)品組合中，均包含有上文所提及的這兩種電容感測的架構類型。其中，最新一代的產(chǎn)品FDC1004是TI的開關電容器架構版本，而FDC221x是TI的LC諧振槽路架構版本。
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