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电容传感器检测体系规划

电容传感器检测系统设计-有多种测量电容的方法。但只有运算电容法适合自动在线测量。应用中使用较多的有直流充放电法和交流法。##电压基准源的缓冲放大。

  导言

  有多种丈量电容的办法。但只要运算电容法合适主动在线丈量。运用中运用较多的有直流充放电法和沟通法。

  从信号处理进程来看,充放电法与沟通法并无本质区别。

充放电法的信号处理流程图

  图1 充放电法的信号处理流程图

  沟通法的信号处理流程如图2.

沟通法的信号处理流程

  图2 沟通法的信号处理流程

  因而,能够将两个电路一致起来。信号流程图如图3.

一致的丈量改换电路

  图3 一致的丈量改换电路

  相控整流电路对输入噪声信号的频谱发生搬移的效果。低频噪声成分被搬移到高频段,高频噪声成分被搬移到低频段。

  相控整流输出的信号将被送入到低通滤波器中处理。输出噪声信号中的高频成分将被滤除去。因而,相控整流电路输入信号中的低频噪声不会对终究丈量成果发生影响。而(2n-1)fc邻近的噪声将被搬移到低频出,影响终究丈量成果。

  为使丈量电路有较高的分辨率,应使输入到相控整流电路的信号有较大的起伏,并有较高的信噪比。

  前级扩大电路,不光将信号扩大,一起也引进了噪声。扩大电路引进的噪声是由扩大电路自身决议的。信号通过一级处理电路后,将参加固定起伏的噪声。因而,在输出信号起伏一守时,信号的信噪比与信号的平均值成正比。

  充放电法,在施加方波鼓励时,沟通扩大输出的是窄脉冲,信号占空比很低。因而,信噪比也很低。其次,扩大脉冲信号要较大的带宽,高次谐波两边的噪声也将被相控整流器搬移到低频段,加大了低频噪声。

  沟通法,运用单频率正弦信号作为鼓励。信号平均值大,因而能得到较高的输出信噪比。一起,由于所处理的信号为单一频率正弦信号,能够运用窄带带通扩大器,减小扩大器引进的噪声,进一步输出信号的信噪比。

  沟通法丈量改换电路能够得到更高的分辨率。而电路结构并不会比充放电法杂乱。因而选用沟通鼓励信号来构本钱丈量体系。

  鼓励电路规划

  鼓励电路输出固定频率的正弦波。要求正弦波频率、起伏、相位安稳,便于同后级相控整流驱动信号同步,便于在大规模内调整与相控整流驱动信号的相对相位。

  本规划中,运用高精度、低噪声基准稳压源确保生成的脉冲信号起伏的安稳。运用温补振荡器发生高频高安稳度的信号,通过分频得高频率安稳度、低相位抖动的到操控信号。然后通过带通滤波扩大得到鼓励信号输出。

  电压基准源的挑选

  抱负的电压基准源应该是内阻为零,不管电流是流进去仍是流出来,都应当坚持输出电压安稳。内阻为零的基准源是不存在的,可是内阻只要毫欧数量级的基准源是能够做得到的。基准源的作业原理、参数和挑选办法,关于体系规划是一个颇为重要的要素。

  基准源的类型

  基准源首要有齐纳二极管、埋入式齐纳二极管和带隙电压基准三种。它们都能够规划成两头并联式电路或许三端串联式电路。

  齐纳二极管是作业在反向偏置的二极管,需求一个串联的限流电阻。在要求高精度和低功耗的情况下,齐纳二极管通常是不合适的。

  埋入式齐纳二极管集成基准的噪声比带隙式的低,长时间安稳型好,温漂小。可是输出电压高,大约为6~7V,需求较高的供电电压。

  带隙式基准的输出电压能够低至1V.现已经有1.235V,1.25V,2.048V,2.5V,4.096V,5V的器材。

  电压基准源的挑选

  挑选电压基准源时,应当针对体系的要求,归纳考虑电压基准源的技术目标。电压基准源的技术目标许多,首要的目标是:初始精度、输出电压温度漂移、供给电流以及吸入电流的才能、静态电流、长时间安稳性、输出电压温度迟滞、噪声等。

  噪音是无法补偿的差错,因而基准源的噪音应当低。

  输出电压温度迟滞现象(THYS)也是一个不能批改的差错。THYS是25℃温度下,由于温度从热到冷,然后从冷到热改变时引起的输出电压的改变。它的起伏与温度改变的巨细成正比。在许多情况下,THYS差错是不重复的,它与电路规划及封装有关。

  温度漂移通常是能够批改的差错,由于它是可重复的。高分辨率体系都需求补偿。对一个5V体系,假如要求在整个商用温度规模(0~70℃,以25℃为基准点)坚持±1LSB.假如基准源的漂移为1ppm/℃,ΔV=1ppm/℃&TImes;5V&TImes;45℃=225mV.因而1ppm/℃的功能仅适用于整个商用温度规模内的14位体系。常用器材的温度漂移功能为1ppm/℃到100ppm/℃

  长时间安稳性(LTS)给出了某一种封装或某类器材中潜在的硅片应力或离子搬迁的程度。留意在温度和湿度处在极点状态下,电路板清洁度对此参数有很大的影响。还要留意LTS仅在25℃基准温度下有用。

  电压基准源流出和吸入电流的才能是另一个重要参数。大多数运用只需求基准源对负载供出电流。许多基准源不能吸入电流。还需留意基准源的带负载才能。

  高功能基准电压源-LTZ1000

  LTZ1000和 LTZ1000A是一个具有极高安稳性的,带有温度补偿的参阅电压源。输出电压为7V;温度漂移0.05ppm/℃;低频噪声1.2mVP-P;长时间安稳性2mV/胟Hr.

  一个典型的运用如图4.

LTZ1000典型运用电路

  图4 LTZ1000典型运用电路

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