一種新型測量方法催熱電容傳感器的應(yīng)用

　　過去，由于被認為具有難以控制、不易讀取、易于老化和溫度要求嚴格等特點，電容傳感器很少用于汽車電子之中。 但另一方面，它們也具有生產(chǎn)成本較低、外形適應(yīng)簡單、功耗低等特性，從而推動了它們的應(yīng)用。如今，一種新型測量技術(shù)的出現(xiàn)，使得汽車中電容傳感器的應(yīng)用數(shù)量大幅增長。

　　宏觀上講，電容傳感器通常是通過將電容轉(zhuǎn)換成電壓、時間或者頻率等另一種物理變量來進行分析。而在微觀上，電容傳感器已經(jīng)長期用于汽車之中；微機械加速度傳感器就是基于這個原理設(shè)計的。這些經(jīng)常用來檢測電荷轉(zhuǎn)移。

　　一種用于探測電容的新方法采用改進后的Σ-Δ轉(zhuǎn)換器的輸入級來檢測出未知的電容，并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。 這種方法使用了電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器（CDC），在本文中要與幾個可以用于汽車的電容傳感器原理一起闡述說明。文末也會概要說明另一種可選方法。

　　電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器

　　要形象描述CDC，我們必須對Σ-Δ 轉(zhuǎn)換器原理作一番介紹。

圖1是Σ-Δ轉(zhuǎn)換器的簡圖。

　　為了清楚地了解其工作過程，首先我們看積分器的輸入，經(jīng)過長時間間隔后，該值必須保持為零。短時間微小的階躍信號會轉(zhuǎn)變成斜坡信號。通過將基準支路的輸出提高到與輸入支路的值相同來達到零平均值，反過來這還受到比較器輸出的影響。這將參考點轉(zhuǎn)變成具有邏輯1的并聯(lián)電容。

　　電容充電然后反過來提供給積分器，這樣積分器得到一個負的參考電壓。因此輸入端的高壓導致大量邏輯部分，它們反過來頻繁地運用（負）參考電壓。密度通過下面的數(shù)字濾波轉(zhuǎn)換成一個數(shù)字化的數(shù)值。經(jīng)典的Σ-Δ轉(zhuǎn)換器將未知的電壓與已知的電壓相比較，即采用兩個已知的電容（通常相等）來作此比較。

　　事實上是對電荷進行比較，因此電容可以用公式Q=C＊V來比較，如果兩個電壓都已知（在此取相同的電壓值）。同步電壓信號也必須提供給輸入支路，。

　　這種方法帶來了很多好處。由于與Σ-Δ轉(zhuǎn)換器的關(guān)系密切，其眾所周知的特性可以改進并采納，這些特性包括高噪聲抑制、低頻時的高分辨率，以及能經(jīng)濟有效地實現(xiàn)高精確度。Σ-Δ轉(zhuǎn)換器，幾乎沒有例外，具有一個相似的輸入結(jié)構(gòu)，因此不同的特別結(jié)構(gòu)可以適用于特殊的測量任務(wù)，例如極低的電流輸入、最大準確性或者更高的截止頻率。