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基于CAV424的电容压力传感器测量电路设计与应用
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更新于2024-08-31
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"传感技术中的基于CAV424的电容式压力传感器测量电路设计" 在现代传感技术中,电容式压力传感器以其卓越的稳定性和可靠性被广泛应用。特别是差动式硅电容传感器,利用硅基材料和微电子机械系统(MEMS)工艺,能够精确地感应压力变化并转化为电容变化。然而,由于输出的差动电容信号往往非常微弱,需要高效的检测和转换电路来处理。 基于CAV424的电容检测芯片被提出作为前置检测单元,设计了一种电容压力传感器测量电路。CAV424是一款专为电容检测设计的集成电路,它通过改变外部电容来调整内部参考振荡器的频率,从而实现电容值的精确测量。这款芯片的关键特性包括高稳定性、强抗干扰能力以及通过非线性补偿实现的良好线性性能。这使得电路能够准确地检测到微小的电容变化,并将其转换为后续电路易于处理的信号。 在电路设计中,CAV424的工作原理基于积分器的振幅差异。通过两个对称的积分器,一个作为参考电容,另一个作为测量电容,它们的振幅差异直接反映了电容的差值。这种设计提高了电路的共模抑制比,增强了信号质量,减少了噪声影响。 实验结果显示,采用CAV424的测量电路与理论分析保持高度一致,非线性度控制在0.2%至0.1%,显示出了极高的精度。此外,电路的低功耗特性使其适合于电池供电的便携式仪表和仪器,扩大了其在工业控制和测量领域的应用范围。 基于CAV424的电容式压力传感器测量电路设计提供了一种高效且可靠的解决方案,解决了差动电容信号弱的问题,增强了传感器的测量能力和适应性。这一技术的发展对于提升各种环境和工况下的压力测量精度具有重要意义,特别是在需要精确压力数据的领域,如航空航天、医疗设备、石油化工和自动化工业。
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传感技术中的基于传感技术中的基于CAV424的电容式压力传感器测量电路设计的电容式压力传感器测量电路设计
摘要: 随着差动式硅电容传感器广泛应用于各行各业中, 对差动电容信号的检测至关重要。文中提出基于
CAV424电容检测芯片作为前置检测单元, 实现了电容压力传感器测量电路。该电路具有稳定性好, 抗干扰性
强, 且通过非线性补偿有良好的线性。实验结果表明, 实际电路与理论分析具有良好的一致性。 0 引言
硅电容压力传感器是利用硅基材料, 应用电容原理, 采用MEMS 工艺制作的一类新型压力传感器。因其具
有稳定性好, 非线性和可靠性优越的性能被广泛用于工业控制和测量领域。但是差动电容式压力传感器的输出
差动电容信号通常都非常微弱, 因此, 如何将微小电容变化量检测及转换为后续电路容易处理的信
摘要: 随着差动式硅电容传感器广泛应用于各行各业中, 对差动电容信号的检测至关重要。文中提出基于CAV424电容
检测芯片作为前置检测单元, 实现了电容压力传感器测量电路。该电路具有稳定性好, 抗干扰性强, 且通过非线性补偿有良
好的线性。实验结果表明, 实际电路与理论分析具有良好的一致性。
0 引言引言
硅电容压力传感器是利用硅基材料, 应用电容原理, 采用MEMS 工艺制作的一类新型压力传感器。因其具有稳定性好,
非线性和可靠性优越的性能被广泛用于工业控制和测量领域。但是差动电容式压力传感器的输出差动电容信号通常都非常微
弱, 因此, 如何将微小电容变化量检测及转换为后续电路容易处理的信号至关重要。目前, 比较常用的检测调理电路如谐振
法、振荡法、开关电容法、AC 电桥法、运算放大器检测法等。这些调理电路都是采用分离元件设计而成的, 而文中将采用一
款电容专用检测转换芯片CAV424作为调理电路的核心部件。实验表明该电路稳定性高, 功耗低, 且非线性度在02%~ 0 1%,
非常适合使用干电池供电的仪表仪器。
1 CAV424工作原理工作原理
1. 1 测量原理测量原理
CAV424是专门用于电容检测转换的集成芯片, 其工作原理图及外围连接图如图1所示。
图1 CAV424工作原理图及外围连接图
由图1可知, 通过电容C
osc
调整参考振荡器的频率来驱动2个构造对称的积分器并使它们在时间和相位上同步。2 个被控
制的积分器的振幅分别由电容C
X1
和C
X2
来决定, 这里C
X1
作参考电容, C
X2
作为测量电容。由于积分器具有很高的共模抑
制比和分辨率, 所以2个振幅的差值所提供的信号就反映出2个电容C
X1
和C
X2
的差值。这个电压差值通过后面的有源滤波器
滤波为直流电源信号(整流效应), 然后送到可调的放大器, 调整RL 1和RL 2的值, 可得到所需要的输出电压值。如果2 个
电容C
X1
和C
X2
值相同, 那么经过整流和滤波得到的一个直流电压信号就是零。如果测量C
X2
电容改变了△C
X2
, 那么得到的
输出电压与之是成正比的。如果2个电容C
X1
和C
X2
值不相同, 那么当C
X2
= 0时, 在输出端得到的是一个偏置值, 它始终是
叠加在直流电压信号上的。
1.2 测量输出测量输出
根据CAV424工作原理及外围电路连接图, 可得测量输出表达式:
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