基于CAV424的電容式壓力傳感器測量電路設計

硅電容壓力傳感器是利用硅基材料， 應用電容原理， 采用MEMS 工藝制作的一類(lèi)新型壓力傳感器。因其具有穩定性好，非線(xiàn)性和可靠性?xún)?yōu)越的性能被廣泛用于工業(yè)控制和測量領(lǐng)域。但是差動(dòng)電容式壓力傳感器的輸出差動(dòng)電容信號通常都非常微弱， 因此，如何將微小電容變化量檢測及轉換為后續電路容易處理的信號至關(guān)重要。目前， 比較常用的檢測調理電路如諧振法、振蕩法、開(kāi)關(guān)電容法、AC 電橋法、運算放大器檢測法等。這些調理電路都是采用分離元件設計而成的，而文中將采用一款電容專(zhuān)用檢測轉換芯片CAV424作為調理電路的核心部件。實(shí)驗表明該電路穩定性高， 功耗低， 且非線(xiàn)性度在02%~ 0 1%, 非常適合使用干電池供電的儀表儀器。

　　1 CAV424工作原理

　　1. 1 測量原理

　　CAV424是專(zhuān)門(mén)用于電容檢測轉換的集成芯片， 其工作原理圖及外圍連接圖如圖1所示。

　　圖1 CAV424工作原理圖及外圍連接圖

　　由圖1可知， 通過(guò)電容C osc調整參考振蕩器的頻率來(lái)驅動(dòng)2個(gè)構造對稱(chēng)的積分器并使它們在時(shí)間和相位上同步。2 個(gè)被控制的積分器的振幅分別由電容C X1和C X2來(lái)決定， 這里C X1作參考電容， C X2作為測量電容。由于積分器具有很高的共模抑制比和分辨率， 所以2個(gè)振幅的差值所提供的信號就反映出2個(gè)電容C X1和C X2的差值。這個(gè)電壓差值通過(guò)后面的有源濾波器濾波為直流電源信號(整流效應)， 然后送到可調的放大器， 調整RL 1和RL 2的值，可得到所需要的輸出電壓值。如果2 個(gè)電容C X1和C X2值相同， 那么經(jīng)過(guò)整流和濾波得到的一個(gè)直流電壓信號就是零。如果測量C X2電容改變了△C X2, 那么得到的輸出電壓與之是成正比的。如果2個(gè)電容C X1和C X2值不相同， 那么當C X2 = 0時(shí)，在輸出端得到的是一個(gè)偏置值， 它始終是疊加在直流電壓信號上的。

　　1.2 測量輸出

　　根據CAV424工作原理及外圍電路連接圖， 可得測量輸出表達式：

　　這里取ICX1= ICX2= IC, 所以輸出表達式( 1)可簡(jiǎn)化為：