電容感測：你應選擇哪個(gè)架構

　　在這篇博文章，我將介紹2個(gè)特定的架構類(lèi)型—開(kāi)關(guān)電容器電路和電感器-電容器LC諧振槽路—這是當前一種用于電容感測的電路。

　　電容感測在很多應用中大展拳腳，從接近度檢測和手勢識別，到液面感測。無(wú)論是哪種應用，電容感測的決定性因素都是根據一個(gè)特定的基準來(lái)感測傳感器電容值變化的能力。根據特定應用和系統要求的不同，你也許需要不同的方法來(lái)測量這個(gè)變化。

　　開(kāi)關(guān)電容器電路

　　圖1顯示的是針對電容感測的經(jīng)簡(jiǎn)化電路，它以電荷轉移為基礎;電路中的開(kāi)關(guān)執行采樣保持運行。在采樣之間，傳感器電感器上的電荷的變化會(huì )導致輸出電壓的變化，然后，通過(guò)測量電壓的變化量可以確定電容值的變化。

　　圖1：支持采樣保持的經(jīng)簡(jiǎn)化開(kāi)關(guān)電容器電路的電路原理圖

　　要對傳感器上的電荷進(jìn)行采樣，通過(guò)閉合開(kāi)關(guān)S1，并且打開(kāi)開(kāi)關(guān)S2和S3，使傳感器電容器，CS，充滿(mǎn)電。一旦CS被充滿(mǎn)，S1和S3將打開(kāi)，而S2將閉合。這就使得傳感器電容器上累積的電荷被直接傳輸到保持電容器，CH中。一旦CH被充滿(mǎn)，S1和S2將打開(kāi)，而S3將閉合。這就強制地將傳感器電容器的放電(為下一次采樣做準備)與輸出電壓電勢的緩沖(由CH保持穩定)隔離開(kāi)來(lái)。

　　這是一款廣泛用于電容感測的架構，其原因在于這個(gè)架構由開(kāi)關(guān)操作，所以其采樣狀態(tài)和保持狀態(tài)全都是去耦合的。然而，這個(gè)技術(shù)也存在一些缺點(diǎn)，那就是它更容易受到噪聲的影響。由于這個(gè)傳感器具有寬頻帶特點(diǎn)，來(lái)自于外部干擾源的噪聲—即使這個(gè)干擾源的運行頻率不同于工作頻率—仍然會(huì )出現問(wèn)題。你也許需要用于濾波的外部電路，而這將會(huì )增加系統的復雜程度，并且在濾波器引入明顯的寄生電容時(shí)，這有可能降低靈敏度。然而，如果系統并未暴露在寬頻帶噪聲中，這個(gè)架構也許就足夠用了。

　　LC諧振槽路

　　圖2中顯示的LC諧振器是電容感測中使用的另外一個(gè)傳感器架構。方程式1確定了LC諧振槽路的振蕩頻率。

　　圖2：簡(jiǎn)單LC諧振槽路的電路原理圖

　　請看一看方程式1，很明顯，振蕩頻率只取決于諧振槽路的總電感和總電容值。因此，如果電容感測的目的在于測量電容值的變化，那么諧振槽路的總電感是固定的，而諧振器的電容組件形成了傳感器。由于電容值會(huì )隨著(zhù)傳感器對目標的響應而發(fā)生變化，所以振蕩頻率將會(huì )改變。然后，諧振回路頻率的變化成為你的測量值，以確定測得的電容值變化。

　　圖3：LC諧振器特性曲線(xiàn)

　　雖然LC諧振槽路的架構很簡(jiǎn)單，不過(guò)，這個(gè)電路所具有的幾個(gè)主要優(yōu)勢使其成為電容感測領(lǐng)域內的一個(gè)相對新型的方法。首先，由于其內在的窄帶特點(diǎn)(如圖3中所示)，一個(gè)LC諧振器提供出色的電磁干擾 (EMI) 抗擾性。此外，如果在任何已知的頻率上的確存在噪聲源，有可能在不使用外部濾波器的情況下，通過(guò)移動(dòng)傳感器的運行頻率來(lái)過(guò)濾掉這些噪聲源。這將有助于增加系統的靈敏度(如果應用需要高靈敏度的話(huà))，并且減少其復雜程度。