電容數字轉換器(CDC) AD7150用于近程傳感應用(CN0095)
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電路功能與優(yōu)勢
本文所述電路為利用電容數字轉換器(CDC) AD7150的近程傳感應用開發(fā)提供了一個基礎。
AD7150 CDC測量兩個電極之間的電容，并將測量結果與一個閾值相比較；該閾值可以是固定值，也可以由片內自適應閾值算法引擎動態(tài)調整。
如果輸入電容發(fā)生改變（例如手靠近過來），就會設置一個輸出標志，指示電容已超過閾值，表明有物體接近。
濕度或溫度等環(huán)境變化可能會導致傳感電容緩慢變化，而利用該片內自適應閾值算法引擎，AD7150便能適應這種變化，而不會喪失近程傳感的能力。
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圖1：AD7150作為近程檢測器獨立工作 |
采用AD7150獨立工作的近程傳感應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。
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圖2：AD7150近程檢測器演示板 |
AD7150近程電路的變化形式取決于環(huán)境和目標應用。例如，汽車應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，此類應用要求設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計允許將一個濾波器結構放在容性前端中。該濾波器結構（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。可選網絡由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。
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圖3：AD7150在車門把手應用中獨立工作 |
AD7150經過大量的EMC測試。AD7150 EMC性能的測試結果可參考 應用筆記AN-1011 ：“AD7150的EMC保護”。
用來驅動容性傳感器的激勵電壓（EXC1、EXC2）由AD7150內部電路產生，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生干擾噪聲信號。
圖3所示的電壓供應電路使用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，則可能需要調理，以便轉換電平和/或信號極性。OUT1和OUT2的典型調理電路如圖3所示。DMOS FET（Q1和Q2）充當開漏輸出驅動器，27 V壓敏電阻（V1和V2）則可保護電路不受較大外部瞬變影響。
當AD7150與微控制器相連時，通過I2C 兼容接口，片內自適應閾值算法引擎所用的一些寄存器可通過編程來實現上電默認設置以外的其它設置，因而該器件適合要求不同的各種應用。欲了解更多信息，請參考AD7150數據手冊 。
表1和表2顯示在不同靈敏度和容性輸入范圍設置條件下，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
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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，可防止當人靠在汽車門把手上時進行近程檢測。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行近程檢測。
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