車(chē)用電容傳感器的新契機

過(guò)去，在汽車(chē)里很少使用電容傳感器，因為它們不好控制，難以讀取數據，容易老化，并且依賴(lài)于溫度。然而，其低廉的生產(chǎn)成本、簡(jiǎn)單的外形適應性及低功耗特性都是有利于其應用吸引人的屬性。一種新的電容測量技術(shù)的興起，使得車(chē)用電容傳感器的數量急劇上升。

宏觀(guān)上說(shuō)，電容傳感器通常通過(guò)將電容轉換成其它物理量，例如電壓、時(shí)間或頻率進(jìn)行分析。微觀(guān)上說(shuō)，電容傳感器應用于汽車(chē)已經(jīng)很長(cháng)時(shí)間了；微電子機械（MEMS）加速度傳感器就是基于電容傳感器原理。這些傳感器通常用于檢測電荷的轉移。美國模擬器件公司（ADI）現已開(kāi)發(fā)出一種新的檢測電容的方法，它采用了改進(jìn)的Σ-Δ模數轉換器（ADC）的輸入級檢測未知的電容并將其轉換成數字量。ADI公司稱(chēng)其為電容數字轉換器或CDC。本文首先解釋一下CDC轉換方法。接著(zhù)介紹幾種可在汽車(chē)中使用的電容傳感器的工作原理。最后，簡(jiǎn)要介紹一下交替轉換方法。

為了直觀(guān)描述CDC轉換方法，我們必須先著(zhù)重介紹一下Σ-Δ ADC的工作原理。圖1示出了一個(gè)簡(jiǎn)化原理圖。

圖1：Σ-ΔADC原理圖

為了清楚地了解Σ-ΔADC的工作原理，我們首先考察積分器的輸入端，它必須對長(cháng)時(shí)間積分保持為零。它對短時(shí)間的跳變應將其轉化成斜坡。當參考支路的輸出幅度變化到與輸入支路的幅度相同時(shí)其積分平均值為零，接著(zhù)用比較器的輸出對它起作用。當將參考支路切換到后續電容時(shí)，比較器輸出為邏輯“1”。電容充電后對積分器反相積分，以便對積分器施加負參考電壓。因此當輸入端施加高電壓時(shí)會(huì )產(chǎn)生大量的邏輯“1”，同樣頻繁地施加正（負）參考電壓。由后面的數字濾波器轉換的由“1”組成的數據流生成數字量。標準的Σ-ΔADC將未知電壓與已知電壓進(jìn)行比較，通常與兩個(gè)已知的（通常是相等的）電容器進(jìn)行比較。因此實(shí)際上比較的是電荷。如果兩個(gè)電壓都已知（在本例中使用的是相等的電壓），那么可以用公式Q=C