電容傳感實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量背后的CDC技術(shù)

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)）電容式傳感依靠CDC技術(shù)，成為一種低功耗、低成本且能實(shí)現(xiàn)高分辨率的非接觸式感測(cè)手段，在汽車、工業(yè)、醫(yī)療等領(lǐng)域有著很多應(yīng)用場(chǎng)景，適用于接近檢測(cè)、手勢(shì)識(shí)別、遠(yuǎn)程液位感測(cè)等各種傳感場(chǎng)合。現(xiàn)在的電容式傳感是一種高度靈活而又低成本的傳感設(shè)計(jì)方案，在熱門領(lǐng)域鋪開了不少應(yīng)用。

電容傳感的非接觸式感測(cè)

電容式傳感器是以電容作為傳感元件，將被測(cè)物理量或機(jī)械量轉(zhuǎn)換成為電容變化量的一種轉(zhuǎn)換裝置，在位移、角度、振動(dòng)、速度、壓力等方面的測(cè)量應(yīng)用頗多。比如濕度傳感，現(xiàn)在高精度的濕度傳感一般都會(huì)首選電容式傳感。

因?yàn)殡娙菔綕穸葌鞲芯€性化程度很高，不需要進(jìn)行線性補(bǔ)償，在低濕范圍里靈敏度很好。加之通過改變構(gòu)造能在薄膜結(jié)構(gòu)里將電容值做大，比起其他濕度傳感來說響應(yīng)速度也更快。電容式非接觸式的測(cè)量很符合現(xiàn)在的傳感趨勢(shì)，而且電容式IC易集成的特性也能方便匹配各種檢測(cè)需求。

現(xiàn)在汽車應(yīng)用里的離手檢測(cè)HoD主流技術(shù)路線也是用電容來做，通過準(zhǔn)確的測(cè)量不同的抓握姿勢(shì)和其他材料接觸方向盤所產(chǎn)生的電容值，對(duì)方向盤狀態(tài)做精準(zhǔn)的判斷。離手檢測(cè)很吃電容傳感芯片的性能，尤其是電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其分辨率會(huì)影響到實(shí)際檢測(cè)最后的精度。

電容傳感雖然是非線性的，不進(jìn)行線性補(bǔ)償?shù)脑挻嬖谝欢ň窒扌?，但是在高分辨率的電容?shù)字轉(zhuǎn)換器的幫助下，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好還能實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量，是一類很實(shí)用的高精度傳感器。

電容傳感背后的CDC

實(shí)現(xiàn)電容式傳感的背后是CDC技術(shù)，也就是電容數(shù)字轉(zhuǎn)換技術(shù)。在需要高分辨率的傳感器中一般都有Delta Sigma架構(gòu)ADC進(jìn)行模擬和數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換。本質(zhì)上Delta Sigma架構(gòu)ADC是利用電荷平衡電路，將已知的基準(zhǔn)電壓和未知的輸入電壓施加在電容上，通過電荷平衡來確認(rèn)未知電壓。

而在Delta Sigma型CDC中，未知的是電容，將已知的激勵(lì)電壓加到輸入上，通過電荷平衡檢測(cè)未知電容的變化。簡(jiǎn)單來說，電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器CDC通過改進(jìn)后的Delta Sigma型ADC輸入級(jí)，檢測(cè)未知的電容并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，其中很重要的一點(diǎn)是，CDC可以保留原Delta Sigma型ADC的分辨率和線性度，直接測(cè)量連接輸入端的電容。

可以說CDC是專為激勵(lì)電容式觸摸傳感器設(shè)計(jì)的，具有低功耗、高集成度、高精度測(cè)量的器件，已成為電容傳感器應(yīng)用的主流。

CDC的加持，讓電容傳感在汽車和工業(yè)系統(tǒng)里有了很大的用武之地。以往的電容傳感不好控制，難以讀取數(shù)據(jù)這些缺點(diǎn)在CDC的幫助下不再是制約因素。這一點(diǎn)從現(xiàn)在汽車?yán)镌絹碓蕉鄮в|控功能的設(shè)備就能看出來。高分辨率高動(dòng)態(tài)范圍的電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器能感測(cè)到極微小的電容變化，觸控靈敏度大幅提升，大大增強(qiáng)了電容傳感器在支持手勢(shì)運(yùn)動(dòng)和觸摸功能上的應(yīng)用。

傳感器的靈敏度同樣受噪聲敏感性影響很大，現(xiàn)在的CDC都會(huì)在EMI上做額外的增強(qiáng)。比如內(nèi)置噪聲抑制機(jī)制、新的基于窄帶的創(chuàng)新型抗EMI架構(gòu)，能對(duì)噪聲和干擾進(jìn)行高度抑制，保證器件在高速條件下提供高分辨率。

如果CDC能支持更寬的激勵(lì)頻率，那么靈活性會(huì)更高，在電容傳感應(yīng)用到檢測(cè)液體上時(shí)會(huì)更可靠。

小結(jié)

目前CDC的快速響應(yīng)時(shí)間有了進(jìn)一步提高，應(yīng)用CDC能將電容傳感的靈活性提升不少，滿足不同的動(dòng)態(tài)和精度的要求。在CDC的加持下，電容傳感器得以在非消費(fèi)領(lǐng)域的各類應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)高性能的觸控技術(shù)。