基于开关电容的电容传感器接口电路设计与测试

电容传感器已广泛应用于压力、压差、位移、加速度、振动等非电量的精密测量,参比电容传感器有望用于气固两相流测量等领域,而接口电路是电容传感器应用中的核心和关键技术。基于开关电容原理开发的电容传感器接口电路,从原理上消除了电路中寄生电容的影响和直流偏移,使得电容传感器的应用更加广泛。在活塞式压力校验台上,对开关电容接口电路进行了性能测试。结果表明,开关电容接口电路迟滞误差为0.84%,非线性误差为1.33%,重复性误差为1.20%,可应用于参比电容传感器测量系统。     

用于Sigma-Delta调制器的开关电容积分器的设计

在介绍了一种基于开关电容原理的Sigma-Delta调制器基本原理的基础上,着重对开关电容积分器在实际设计中遇到的细节问题进行了详细的分析.研究了寄生电容、MOS开关的导通电阻和电荷注入问题、时钟馈通和采样尖峰及放大器特性对积分器的影响等.提出了解决方法和选用合理的参数设计出全差动的开关电容积分器,并给出SPICE的0.5μm的CMOS工艺的仿真结果.     

电容式加速度计读出电路芯片设计

针对实验室的差分电容变化量为fF量级、频带宽度为0~20kHz的电容式加速度计,设计了一种可以有效减少噪声、失调电压和寄生电容影响的读出电路。该电路由开关电容积分电路、低噪声运放和单位增益采样保持电路组成。在0.5μm 2P3MCMOS工艺下完成该电路设计,通过仿真结果表明,该电路的输出电压与差分电容变化量成很好的线性关系,可以检测差分电容变化量达到fF量级。     

原油含水率检测电路的设计

在介绍CAV424测量原理和变介电常数型电容传感器工作原理的基础上,设计了一种基于CAV424的电容传感器原油含水率检测电路.测量时,CAV424将电容变化量转换成差动电压信号,送给差动放大器INA101放大后形成与含水率对应的输出电压.通过试验表明:检测电路测量原油含水率与蒸馏水法测量值的差值在5%以内,较好地克服了电容法测量时调理电路易受寄生电容和环境变化影响的问题,具有测量准确度高,测量速度快,显示直观,安装使用简单,价格低廉,操作方便的特点.     

基于开关电容技术的水位自动测量系统

提出在开关电容技术基础上,利用电容式传感器,设计出一种水位自动测量系统,该系统能实现把随水位变化的被测电容转换成微处理器能直接处理的二进制数字信号.从而有效地克服了温漂、零漂、寄生电容、电源电压及各种杂波的干扰.     

电容层析成像系统动态成像稳定性补偿方法

分析了影响基于交流型电容／电压转换电路的电容层析成像系统动态成 像的稳定性的原因是由于极板阵列控制电路的CMOS开关耦合电容的存在。为此,给出了两种解决方法：一是改变极板阵列控制电路模拟开关的安排;二是不改变原有电路,采用软件实时补偿。实验结果表明,两方法中采用后者更实用更经济。     

电容式微机械惯性传感器信号检测技术研究

针对具有差分电容接口的微机械惯性传感器提出了一种基于电荷放大器和相关检测技术的接口电路方案.采用电荷放大器作为电容-电压转换电路,来去除传感器本身以及传输导线引起的寄生电容的干扰.利用PSPICE模拟了桥路的不对称性对电路输出的影响,经过比较采用单载波差分电桥结构以进一步增大电容检测的灵敏度.采用相关检测技术进行解调,通过解调电路对前置输出电压和载波信号进行相关运算从而消除电路的宽频噪声;给出了包括布线、接地、去耦等电路工艺的设计原则.采用一组标定电容作为传感器的模型进行了实验,实验电路灵敏度可以达到195V/pF,最小分辨率为1fF.采用该方案能够满足对普通精度的电容式微机械惯性传感器信号的检测.     

差动电容传感器直接数字变换方法与实现

为了使差动电容传感器与数字仪器间建立数据连接,设计了新型直接数字变换器.变换器采用双斜式变换原理,可实现差动电容传感器差与和之比值的数字输出,给出了原理性电路及测试结果.分析表明:寄生电容、开关泄漏电流和比较器偏置电压等因素对变换过程的影响可以忽略.新型变换技术所获得的高精度和良好的线性只取决于参考电压源而与传感器变换过程参数无关.试验结果显示,对于标称值为10 pF的差动电容传感器,在整个测量范围内,最大线性误差小于0.05％.     

开关电容氢敏传感器研究

详细分析了用Ｐｄ栅ＭＯＳ电容器测量空气中氢含量的方法,设计了用开关电容电路实现模数转换的循环型Ａ／Ｄ转换器的接口电路,提出的开关电容氢敏传感器特别适合于用大规模集成电路实现。     

一种基于开关电容的斜坡产生与求和电路

斜坡补偿电路在峰值电流控制的Buck型DC/DC开关电源变换器中应用十分广泛,能够有效地消除次谐波振荡.典型的斜坡补偿电路将斜坡的产生与求和分离实现,且控制电路复杂.本文将开关电容电路融合进斜坡补偿的设计中,提出了一种集斜坡产生与求和为一体的斜坡补偿电路,充分发挥了开关电容电路精确和稳定的特点,有效地消除了电流环路中的次谐波振荡,且电路结构简单、应用灵活,稳定性和工艺鲁棒性均较好.基于0.5 μm CMOS工艺的实现结果表明,该斜坡补偿电路功能正确,性能良好.