一種新型測量方法催熱電容傳感器的應用

　　過(guò)去，由于被認為具有難以控制、不易讀取、易于老化和溫度要求嚴格等特點(diǎn)，電容傳感器很少用于汽車(chē)電子之中。 但另一方面，它們也具有生產(chǎn)成本較低、外形適應簡(jiǎn)單、功耗低等特性，從而推動(dòng)了它們的應用。如今，一種新型測量技術(shù)的出現，使得汽車(chē)中電容傳感器的應用數量大幅增長(cháng)。

　　宏觀(guān)上講，電容傳感器通常是通過(guò)將電容轉換成電壓、時(shí)間或者頻率等另一種物理變量來(lái)進(jìn)行分析。而在微觀(guān)上，電容傳感器已經(jīng)長(cháng)期用于汽車(chē)之中；微機械加速度傳感器就是基于這個(gè)原理設計的。這些經(jīng)常用來(lái)檢測電荷轉移。

　　一種用于探測電容的新方法采用改進(jìn)后的Σ-Δ轉換器的輸入級來(lái)檢測出未知的電容，并將其轉換成數字信號。 這種方法使用了電容數字轉換器（CDC），在本文中要與幾個(gè)可以用于汽車(chē)的電容傳感器原理一起闡述說(shuō)明。文末也會(huì )概要說(shuō)明另一種可選方法。

　　電容數字轉換器

　　要形象描述CDC，我們必須對Σ-Δ 轉換器原理作一番介紹。

圖1是Σ-Δ轉換器的簡(jiǎn)圖。

　　為了清楚地了解其工作過(guò)程，首先我們看積分器的輸入，經(jīng)過(guò)長(cháng)時(shí)間間隔后，該值必須保持為零。短時(shí)間微小的階躍信號會(huì )轉變成斜坡信號。通過(guò)將基準支路的輸出提高到與輸入支路的值相同來(lái)達到零平均值，反過(guò)來(lái)這還受到比較器輸出的影響。這將參考點(diǎn)轉變成具有邏輯1的并聯(lián)電容。

　　電容充電然后反過(guò)來(lái)提供給積分器，這樣積分器得到一個(gè)負的參考電壓。因此輸入端的高壓導致大量邏輯部分，它們反過(guò)來(lái)頻繁地運用（負）參考電壓。密度通過(guò)下面的數字濾波轉換成一個(gè)數字化的數值。經(jīng)典的Σ-Δ轉換器將未知的電壓與已知的電壓相比較，即采用兩個(gè)已知的電容（通常相等）來(lái)作此比較。

　　事實(shí)上是對電荷進(jìn)行比較，因此電容可以用公式Q=C＊V來(lái)比較，如果兩個(gè)電壓都已知（在此取相同的電壓值）。同步電壓信號也必須提供給輸入支路，。

　　這種方法帶來(lái)了很多好處。由于與Σ-Δ轉換器的關(guān)系密切，其眾所周知的特性可以改進(jìn)并采納，這些特性包括高噪聲抑制、低頻時(shí)的高分辨率，以及能經(jīng)濟有效地實(shí)現高精確度。Σ-Δ轉換器，幾乎沒(méi)有例外，具有一個(gè)相似的輸入結構，因此不同的特別結構可以適用于特殊的測量任務(wù)，例如極低的電流輸入、最大準確性或者更高的截止頻率。