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FDC1004通tong道dao輸shu入ru中zhong的de一yi個ge。當dang你ni的de手shou靠kao近jin這zhe條tiao導dao線xian並bing且qie將jiang要yao接jie觸chu到dao它ta時shi,手shou與yu導dao線xian上shang的de信xin號hao就jiu形xing成cheng了le一yi個ge閉bi合he回hui路lu,此ci時shi人ren體ti起qi到dao了le接jie地di源yuan的de作zuo用yong。如ru果guo你ni的de手shou不bu是shi既ji定ding目mu標biao,那na麼me就jiu被bei視shi為wei寄ji生sheng電dian容rong。解jie決jue方fang案an是shi設she置zhi包bao裹guo在zai導dao線xian外wai的de有you源yuan屏ping蔽bi。屏ping蔽bi驅qu動dong器qi是shi在zai同tong一yi電dian壓ya電dian位wei,即ji相xiang同tong波bo形xing上shang驅qu動dong為wei傳chuan感gan器qi輸shu入ru的de有you源yuan信xin號hao輸shu出chu,所suo以yi沒mei有you電dian位wei差cha,因yin此ci在zai屏ping蔽bi和he傳chuan感gan器qi輸shu入ru之zhi間jian就jiu沒mei有you電dian容rong。任ren何he外wai部bu幹gan擾rao將jiang把ba具ju有you最zui小xiao交jiao互hu作zuo用yong的de屏ping蔽bi信xin號hao與yu傳chuan感gan器qi信xin號hao耦ou合he在zai一yi起qi。圖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
lianghaodexitongjishejiyuanliyaoqiujiedicengnenggoubangzhujianshaozaoshengbingzengjiaxinhaowanzhengxing。duiyudianrongganceyingyonglaishuo,youyujiedicengjishibushijidingdegancequyushi,yehuichanshengyigezhenduidianchangxiandeduanjieyuan,suoyijiedicenghuichanshengfumianyingxiang。ruguoyinshuadianluban (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;danshiyouyubianyuanxiaoying,celiangzhizhongrengranhuiyouyigejiaoxiaodejishengjiedidianrongzhi。pingbichicunbixuyuanyuandayuchuanganqihejiedicengdechicun,zheyangdehua,bianyuanshangdechangxianhuibizongtidianrongceliangzhiruohenduo。

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400pF的de負fu載zai將jiang會hui使shi屏ping蔽bi不bu能neng正zheng常chang有you效xiao地di發fa揮hui作zuo用yong。輸shu入ru通tong道dao與yu屏ping蔽bi之zhi間jian的de配pei對dui取qu決jue於yu工gong作zuo模mo式shi。在zai單dan端duan模mo式shi中zhong,因yin為wei兩liang個ge屏ping蔽bi引yin腳jiao在zai內nei部bu被bei短duan接jie在zai一yi起qi,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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