一種高精度、低成本的電容的測量方法

　　3 軟件設計

　　為實(shí)現低功耗，系統接入電源后進(jìn)入低功耗狀態(tài)，需要外部電平信號才能喚醒。為了避免系統的誤開(kāi)始測量，當需要測量電容信號時(shí)，將觸發(fā)信號置高，如果20 s內觸發(fā)信號一直置高，則系統進(jìn)入循環(huán)采集存儲狀態(tài)。為得到包括觸發(fā)前和觸發(fā)后的完整電容信號曲線(xiàn)，一旦電容信號達到預設的觸發(fā)值，系統便進(jìn)入觸發(fā)態(tài)，將電容信號存儲到閃存，閃存存滿(mǎn)后，將RAM中的FIFO數據導入閃存預留地址。之后，系統進(jìn)入待讀數態(tài)，此時(shí)插上USB接口，接收到計算機的讀數命令之后即可將數據發(fā)送至計算機，并且在第一次讀取數據之后和掉電以后再上電可重復無(wú)數次讀取并顯示測量結果。系統的狀態(tài)設計如圖5。

圖5 系統的狀態(tài)設計

　　為實(shí)現低功耗的系統，電路不工作時(shí)，即接通電源態(tài)和待讀數態(tài)，系統處于值更狀態(tài)、超低功耗態(tài)LPM4；工作時(shí)都處于全功耗態(tài)。

　　4 測量結果

　　傳感器的標定就是通過(guò)實(shí)驗確定傳感器的輸入量和輸出量之間的關(guān)系，用以確定傳感器系統的線(xiàn)性度、靈敏度和重復性等靜態(tài)性能指標。

　　表1為測量0～5pF電容的數據。由最小二乘法相關(guān)計算公式可得，擬合直線(xiàn)為y=0.993x+0.049，重復性誤差為1.77％，非線(xiàn)性誤差為0.84％，基本誤差為2.61％。

　　5 結論

　　本設計的核心硬件由芯片和單片機實(shí)現，省去了昂貴的電容測量芯片，由低功耗，低成本的數字芯片組成，有效降低了測量系統的成本。整個(gè)系統電路板面積小于2.7 cm2，工作電流小于8 mA，低功耗電流為0.02 uA，由于待測電容和標準電容均有接地端，所以具有較強的抗干擾能力，并體現了低功耗、體積小等優(yōu)點(diǎn)。本測量方案可以非常靈活，實(shí)現模塊化，所設計的同一塊PCB可以移植到許多電容式傳感器的設計中去。