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何谓感测及用于电容感测的有源樊篱

宣布时间:2015年07月06日 13:07    宣布者:wp1981
要害词: 电容感测 , 有源樊篱
作者: David Wang

你在传感器系统中能否遇到过电容丈量值的摇动呢?关于这些丈量值的摇动有几种诠释,然则最有数的根泉源基础因是外部寄生电容滋扰。这类滋扰,好比说不经意间将手靠的太近或许周围区域中的电磁滋扰(EMI),须要惹起我们的重视,并在系统设计时处置赏罚赏罚这些效果,其启事在于这些滋扰会年夜年夜地降低系统可靠性和迅速度。幸运的是,有几种措施可以赞助减缓这些滋扰因素,这样它们就不会影响到电容丈量值的读数了;其中一个措施就是有源樊篱。FDC1004的最年夜特点就是有能够降低滋扰并赞助集中电容传感器的感测区域。

想象一下有一条导线被毗连至FDC1004通道输入中的一个。当你的手靠近这条导线而且将要接触到它时,手与导线上的旌旗暗记就组成了一个闭合回路,此时人体起到了接地源的作用。假定你的手不是既定目的,那么就被视为寄生电容。处置赏罚赏罚妄图是设置包裹在导线外的有源樊篱。樊篱驱动器是在统一电压电位,即类似波形上驱动为传感器输入的有源旌旗暗记输入,以是没有电位差,是以在樊篱和传感器输入之间就没有电容。任何外部滋扰将把具有最小交互作用的樊篱旌旗暗记与传感器旌旗暗记耦合在一起。图1显示的就是樊篱传感器到FDC1004的旌旗暗记线路的做法是若何增添任何滋扰源对电容丈量值的影响水平的。

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图1:有樊篱与无樊篱时的较量

在电容感测应用应用樊篱有以下几个优点:

●它将感测区域指向并集中在特定区域。
●它减小并扫除寄生电容和滋扰源。
●它扫除接地层上的温度变换效应。

樊篱的指向性

在没有樊篱时,传感器即CH检测的是传感器上方和下方的物体。凭证应用的不合,同时检测上方和下方的物体是不合适的,还会弱点地体现与目的相关的电容丈量值。经由历程在CH和GND电极下方放置一个樊篱传感器,下方的场线从基本上被阻断了;只需顶部的场线具有一个已一定的蹊径。图2中显示的示例有些许简化,而且不网罗边缘效应。

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图2:CH和GND之间的电场线

寄生电容和滋扰源

优胜的系统级设计原理请求接地层能够赞助增添噪声并增添旌旗暗记完全性。关于电容感测应用来讲,由于接地层纵然不是既定的感测区域时,也会发生一个针对电场线的端接源,以是接地层会发生负面影响。假定印刷电路板 (PCB) 凭证图3中类似的要领阻拦堆叠,将会泛起边缘效应,而且会招致丈量值内网罗从传感器到接地层之间的电容蹊径上的值。经由历程应用传感器与接地层之间的樊篱,可以显着地增添这个高值接地寄生电容。在理想情形下,此樊篱将扫除接地层的所有影响;然则由于边缘效应,丈量值中依然会有一个较小的寄生接地电容值。樊篱尺寸必须远远年夜于传感器和接地层的尺寸,这样的话,边缘上的场线会比全体电容丈量值弱许多。

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图3:在有樊篱和无樊篱时的接地层效应

接地层上的温度效应

除将初始寄生电容偏移引入到丈量值中,温度也是招致寄生接地层电容发生变换的因素。这一情形可以算作一个随时间发生变换的偏移。这些温度组成的变换由接地层的延伸和延伸所招致。在传感器和接地层之间拔出一个樊篱层有助于减缓寄生接地层电容对丈量值的影响。

应用FDC1004时的尺度完成要领


FDC1004具有驱动樊篱驱动器引脚上400pF负载的才干。任何年夜于400pF的负载将会使樊篱不克不及正常有用地施展作用。输入通道与樊篱之间的配对取决于使命形式。在单端形式中,由于两个樊篱引脚在外部被短接在一起,CIN1到CIN4可与SHLD1或SHLD2配对。关于差分形式来讲,表1列出了相位内的情形。

表1:针对差分形式的通道和樊篱配对
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例如,假定FDC1004被装备为CH1-CH4的要领,CH1将在相位内并与SHLD1配对,而CH4将在相位内并与SHLD2配对。
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