感測的內容是什麼? 用於電容感測的有源屏蔽有何作用
發布時間:2015-06-16 責任編輯:echolady
【導讀】什麼是感測?用於電容感測的有緣屏蔽有什麼作用?很多設計者在傳感器係統中遇到過電容測量值波動的情況,產生的原因就在於電容幹擾。而能夠有效緩解電容幹擾的因素就是有源屏蔽。
對dui於yu這zhe些xie測ce量liang值zhi的de波bo動dong有you幾ji種zhong解jie釋shi,但dan是shi最zui常chang見jian的de根gen本ben原yuan因yin是shi外wai部bu寄ji生sheng電dian容rong幹gan擾rao。這zhe種zhong幹gan擾rao,比bi如ru說shuo不bu經jing意yi間jian將jiang手shou靠kao的de太tai近jin或huo者zhe周zhou圍wei區qu域yu中zhong的de電dian磁ci幹gan擾rao(EMI),需(xu)要(yao)引(yin)起(qi)我(wo)們(men)的(de)注(zhu)意(yi),並(bing)在(zai)係(xi)統(tong)設(she)計(ji)時(shi)解(jie)決(jue)這(zhe)些(xie)問(wen)題(ti),其(qi)原(yuan)因(yin)在(zai)於(yu)這(zhe)些(xie)幹(gan)擾(rao)會(hui)大(da)大(da)地(di)降(jiang)低(di)係(xi)統(tong)可(ke)靠(kao)性(xing)和(he)靈(ling)敏(min)度(du)。幸(xing)運(yun)的(de)是(shi),有(you)幾(ji)種(zhong)方(fang)法(fa)可(ke)以(yi)幫(bang)助(zhu)緩(huan)解(jie)這(zhe)些(xie)幹(gan)擾(rao)因(yin)素(su),這(zhe)樣(yang)它(ta)們(men)就(jiu)不(bu)會(hui)影(ying)響(xiang)到(dao)電(dian)容(rong)測(ce)量(liang)值(zhi)的(de)讀(du)數(shu)了(le);其中一個方法就是有源屏蔽。FDC1004的最大特點就是有能夠降低幹擾並幫助集中電容傳感器的感測區域。
想象一下有一條導線被連接至FDC1004tongdaoshuruzhongdeyige。dangnideshoukaojinzhetiaodaoxianbingqiejiangyaojiechudaotashi,shouyudaoxianshangdexinhaojiuxingchengleyigebihehuilu,cishirentiqidaolejiediyuandezuoyong。ruguonideshoubushijidingmubiao,namejiubeishiweijishengdianrong。jiejuefanganshishezhibaoguozaidaoxianwaideyouyuanpingbi。pingbiqudongqishizaitongyidianyadianwei,jixiangtongboxingshangqudongweichuanganqishurudeyouyuanxinhaoshuchu,suoyimeiyoudianweicha,yincizaipingbihechuanganqishuruzhijianjiumeiyoudianrong。renhewaibuganraojiangbajuyouzuixiaojiaohuzuoyongdepingbixinhaoyuchuanganqixinhaoouhezaiyiqi。tu1顯示的就是屏蔽傳感器到FDC1004的信號線路的做法是如何減少任何幹擾源對電容測量值的影響程度的。

圖1:有屏蔽與無屏蔽時的比較
在電容感測應用使用屏蔽有以下幾個優點:
●它將感測區域指向並集中在特定區域。
●它減小並消除寄生電容和幹擾源。
●它消除了接地層上的溫度變化效應。
屏蔽的指向性
在沒有屏蔽時,傳感器即CHjiancedeshichuanganqishangfanghexiafangdewuti。genjuyingyongdebutong,tongshijianceshangfanghexiafangdewutishibuheshide,haihuicuowudibiaoshiyumubiaoxiangguandedianrongceliangzhi。tongguozaiCH和GND電極下方放置一個屏蔽傳感器,下方的場線從根本上被阻斷了;隻有頂部的場線具有一個已確定的路徑。圖2中顯示的示例有些許簡化,並且不包括邊緣效應。

圖2:CH和GND之間的電場線
[page] 寄生電容和幹擾源
良(liang)好(hao)的(de)係(xi)統(tong)級(ji)設(she)計(ji)原(yuan)理(li)要(yao)求(qiu)接(jie)地(di)層(ceng)能(neng)夠(gou)幫(bang)助(zhu)減(jian)少(shao)噪(zao)聲(sheng)並(bing)增(zeng)加(jia)信(xin)號(hao)完(wan)整(zheng)性(xing)。對(dui)於(yu)電(dian)容(rong)感(gan)測(ce)應(ying)用(yong)來(lai)說(shuo),由(you)於(yu)接(jie)地(di)層(ceng)即(ji)使(shi)不(bu)是(shi)既(ji)定(ding)的(de)感(gan)測(ce)區(qu)域(yu)時(shi),也(ye)會(hui)產(chan)生(sheng)一(yi)個(ge)針(zhen)對(dui)電(dian)場(chang)線(xian)的(de)端(duan)接(jie)源(yuan),所(suo)以(yi)接(jie)地(di)層(ceng)會(hui)產(chan)生(sheng)負(fu)麵(mian)影(ying)響(xiang)。如(ru)果(guo)印(yin)刷(shua)電(dian)路(lu)板(ban) (PCB) 按照圖3中相似的方式進行堆疊,將會出現邊緣效應,並且會導致測量值內包含從傳感器到接地層之間的電容路徑上的值。
通過使用傳感器與接地層之間的屏蔽,可以顯著地減少這個高值接地寄生電容。在理想情況下,此屏蔽將消除接地層的全部影響;但(dan)是(shi)由(you)於(yu)邊(bian)緣(yuan)效(xiao)應(ying),測(ce)量(liang)值(zhi)中(zhong)仍(reng)然(ran)會(hui)有(you)一(yi)個(ge)較(jiao)小(xiao)的(de)寄(ji)生(sheng)接(jie)地(di)電(dian)容(rong)值(zhi)。屏(ping)蔽(bi)尺(chi)寸(cun)必(bi)須(xu)遠(yuan)遠(yuan)大(da)於(yu)傳(chuan)感(gan)器(qi)和(he)接(jie)地(di)層(ceng)的(de)尺(chi)寸(cun),這(zhe)樣(yang)的(de)話(hua),邊(bian)緣(yuan)上(shang)的(de)場(chang)線(xian)會(hui)比(bi)總(zong)體(ti)電(dian)容(rong)測(ce)量(liang)值(zhi)弱(ruo)很(hen)多(duo)。

圖3:在有屏蔽和無屏蔽時的接地層效應
接地層上的溫度效應
除(chu)了(le)將(jiang)初(chu)始(shi)寄(ji)生(sheng)電(dian)容(rong)偏(pian)移(yi)引(yin)入(ru)到(dao)測(ce)量(liang)值(zhi)中(zhong),溫(wen)度(du)也(ye)是(shi)導(dao)致(zhi)寄(ji)生(sheng)接(jie)地(di)層(ceng)電(dian)容(rong)發(fa)生(sheng)變(bian)化(hua)的(de)因(yin)素(su)。這(zhe)一(yi)現(xian)象(xiang)可(ke)以(yi)看(kan)成(cheng)一(yi)個(ge)隨(sui)時(shi)間(jian)發(fa)生(sheng)變(bian)化(hua)的(de)偏(pian)移(yi)。這(zhe)些(xie)溫(wen)度(du)造(zao)成(cheng)的(de)變(bian)化(hua)由(you)接(jie)地(di)層(ceng)的(de)膨(peng)脹(zhang)和(he)收(shou)縮(suo)所(suo)導(dao)致(zhi)。在(zai)傳(chuan)感(gan)器(qi)和(he)接(jie)地(di)層(ceng)之(zhi)間(jian)插(cha)入(ru)一(yi)個(ge)屏(ping)蔽(bi)層(ceng)有(you)助(zhu)於(yu)緩(huan)解(jie)寄(ji)生(sheng)接(jie)地(di)層(ceng)電(dian)容(rong)對(dui)測(ce)量(liang)值(zhi)的(de)影(ying)響(xiang)。
使用FDC1004時的典型實現方式
FDC1004具有驅動屏蔽驅動器引腳上400pF負載的能力。任何大於400pFdefuzaijianghuishipingbibunengzhengchangyouxiaodifahuizuoyong。shurutongdaoyupingbizhijiandepeiduiqujueyugongzuomoshi。zaidanduanmoshizhong,yinweilianggepingbiyinjiaozaineibubeiduanjiezaiyiqi,CIN1到CIN4可與SHLD1或SHLD2配對。對於差分模式來說,表1列出了相位內的情況。

表1:針對差分模式的通道和屏蔽配對
例如,如果FDC1004被配置為CH1-CH4的方式,CH1將在相位內並與SHLD1配對,而CH4將在相位內並與SHLD2配對。
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