检测汽车容性传感器的新方法探讨

检测汽车容性传感器的新方法探讨

检测汽车容性传感器的新方法探讨
过去，汽车电子系统很少采用容性传感器，因为它们被认为难以控制、难以读出、容
易老化且易受温度影响。另一方面，容性传感器具有制造成本适中、外形尺寸简单和功
耗低等有吸引力的特性，这就为它们的使用提供了动力。随着新型测量技术的出现，汽
车中容性传感器的使用数量急剧增加。

挑战

　　宏观上看，要对容性传感器进行分析，通常需将其电容转换为另一种物理变量，如
电压、时间或频率等。微观上看，容性传感器已经在汽车中使用了很长时间，微机电加
速度传感器就是基于这个原理，这些传感器常用于检测电荷转移。

　　一种用于检测电容的新方法是利用经过改造的Σ-
Δ转换器输入级来检测未知电容，并将其转换为数字值。本文将阐述这种利用电容数字转
换器(CDC)的方法，以及若干可用于汽车电子设计的容性传感器原理。最后，本文会概述
另一种可选方法。

电容数字转换器

　　为了形象地说明CDC方法，我们必须初步了解Σ-Δ转换的原理。下面是一个简化的Σ-
Δ转换器电路图。
[pic]

　　为了清楚地了解其工作原理，我们首先看积分器的输入，它必须在较长的时间间隔
内维持零值，小的短期跳跃将被转换为斜坡。通过把参考分支的输出提升到与输入分支
一样的电平，可以实现零均值，它进而受到比较器输出的影响。在逻辑1下，基准电压被
切换到后续电容。

　　电容反向充电并被施加到积分器，使负基准电压被施加到积分器。输入端的高电压
因此引起大量的逻辑1，这些逻辑1进而频繁地作用在负基准电压上。1的密度被后置数字
滤波器转换为数字数值。典型的Σ-
Δ转换器将未知电压与已知电压比较，并利用两个已知（通常相等）的电容来做到这一点
。

　　实际上，比较的是电荷，因此，如果两个电压均为已知值（这种情形下采用相等的
电压），则电容可以通过Q=C*V来比较。还必须将一个同步电压信号施加