高动态性能精密电容检测电路设计_禹健
2007年第28卷增刊中北大学学报(自然科学版)Vol.28 Supp. 2007(2007年12月)JOURNALOFNORTHUNIVERSITYOFCHINA(NATURALSCIENCEEDITION)(Dec.2007)
文章编号:1673-3193(2007)增刊-0108-04高动态性能精密电容检测电路设计
禹 健1,2,苏淑靖1,2,颜景龙1,3(1.北京理工大学宇航科学技术学院,北京100081;2.中北大学电子与计算机科学技术学院,山西太原030051;3.中国兵器工业系统总体部,北京100089)
摘 要: 从电路噪声的角度分析了直流充放电法和交流激励法电容测量技术的性能,得出交流法在增加电路复杂度极小的条件下,可获得较高的电容分辨率.给出了采用交流法的电路设计.使用/模数转换器,在获得高精度的A/D转换结果的同时简化了低通滤波器的设计,并获得了可编程的动态性能.理论分析和实践证明,本设计满足了10-16F电容变化量检测的应用需求.
关键词: 电容测量;噪声;/模数转换器中图分类号: TN06 文献标识码:A
HighResolutionCapacitanceMeasurementTechnologyUsedinCapacitiveSensorYUJian1,2,SUShu-jing1,2,YANJing-long1,3(1.SchoolofNavigationScienceandTechnology,BeijingInstituteofTechnology,Beijing100081,China;2.SchoolofElectronandComputerScienceandTechnology,NorthUniversityofChina,Taiyuan030051,China;3.NorthChinaSystemEngineeringInstitute,Beijing100089,China)Abstract:TheDCchargebasedandACbasedcapacitancemeasurementtechnologiesareanalysisedfromthepointofnoiseperformance,whichisthekeyfactortodeterminetheresolutionofmeasurement.TheconclusionthatACbasedtechnologycangethigherresolutionwithlittleincreasingincircuitcomplexityisdrawnbycomparingthecircuitperformanceandstructureofthetwotechnologies.TheACbasedmeasurementisadopted.Theapplyingofthe/A/Dconvertersimplifiesthelowpassfilterdesign,getshighresolutionandprogrammabledynamicperformance.Thetheoryanalysisandexperimentationprovethatthetechnologiesappliedinthesystemareproperforthemeasurementdemandof10-16Fca-pacitancevariation.Keywords:capacitancemeasurement;noise;/A/Dconverter
电容传感技术有着很广泛的应用,随着传感器向微型化、小型化的发展,传感电容及其变化量都大大减小,这对电容探测电路提出了苛刻的要求.有多种测量电容的方法,但只有运算电容法适合自动在线测量.应用中使用较多的有直流充放电法[1-4]和交流法[5-10].从信号处理过程来看,充放电法与交流法并无本质区别.
收稿日期:2007-11-15
作者简介:禹健(1971-),男,讲师,硕士.主要从事检测技术研究. 充放电法的信号处理流程如图1所示.交流法的信号处理流程如图2所示.因此,可以将两个电路统一起来.信号流程图如图3所示.相控整流电路对输入噪声信号的频谱产生搬移的作用.低频噪声成分被搬移到高频段,高频噪声成分被搬移到低频段.相控整流输出的信号将被送入到低通滤波器中处理.输出噪声信号中的高频成分将被滤除掉.因此,相控整流电路输入信号中的低频噪声不会对最终测量结果产生影响.而(2n-1)fc附近的噪声将被搬移到低频出,影响最终测量结果.为使测量电路有较高的分辨率,应使输入到相控整流电路的信号有适当的幅度,并有较高的信噪比.前级放大电路不但将信号放大,同时也引入了噪声.放大电路引入的噪声是由放大电路本身决定的.信号经过一级处理电路后,将加入固定幅度的噪声.因此,在输出信号幅度一定时,信号的信噪比与信号的平均值成正比.充放电法.在施加方波激励时,交流放大输出的是窄脉冲,信号占空比很低.因此,信噪比也很低.其次,放大脉冲信号要较大的带宽,高次谐波两侧的噪声也将被相控整流器搬移到低频段,加大了低频噪声.交流法.使用单频率正弦信号作为激励.信号平均值大,因而能得到较高的输出信噪比.同时,所处理的信号是单一频率正弦信号,可以使用窄带带通放大器,减小放大器引入的噪声,进一步输出信号的信噪比.交流法测量变换电路可以得到更高的分辨率.而电路结构并不会比充放电法复杂.因此选用交流激励信号来构成本测量系统.
1 激励信号的形成脉冲信号的形成可以表示为uout=uinGc,控制信号为
Gc=+1nT≤t<(n+12)T-1(n+12)T 输入电压为常数Vref,uout(t)可用傅氏级数表示为uout(t)=Vref4∞n=1(-1)n-12n-1cos[(2n-1)ct].(2) 可见,输出信号中含有基波和奇次谐波.滤除掉高次谐波即得到所需的单一频率正弦激励信号.正弦信号的幅度由基准电压源决定,频率由控制脉冲决定.在这个环节,放大器处理的是交流信号,同时信号幅度较大,需要着重考虑的指标有:噪声电压密度,频率响应特性,输出电压摆率.激励环节最终输出的信号将作用在电容(传感器)上,低频信号将被滤除掉.同时放大器的增益很小.因此,放大器的输入失调电压,失调电流,低频噪声等参数可以不考虑.
2 电容量-电压变换电路设计电容量-电压变换电路模型如图4所示.us为激励信号源;Cs为传感器电容.1pF的电容在450kHz
时的阻抗为353k.在取单位增益时,RF的取值为353k,其噪声电压密度为
enRF=4KTRF=41.37×10-23×300×353×103=76(nV/Hz).(3)
109(2007年12月)高动态性能精密电容检测电路设计(禹 健等)图4 电容量-电压变换电路模型图5 T型电阻反馈网络电路图图6 T型电阻反馈网络等效电路 低噪声运算放大器的等效输入噪声电压密度为0.9nV/Hz到3nV/Hz.反馈电阻的噪声成为突出的问题.电阻的噪声是与电阻的阻值的二次方根成正比.减小反馈电阻的阻值即可以减小放大电路的总体噪声.因此,首先应取较高的激励电压,放大电路可以取较小的增益,即RF可以取较小的值.其次可以采用T型电阻反馈网络来减小反馈电阻的阻值.使用T型电阻反馈网络的电容量-电压变换电路如图5所示.应用星形电阻网络与三角形电阻网络等效变换,可得图6.为分析简便,取R1等于R2.
RF=(R1+R2)(1+R1∥R2R3)=2R1(1+R1R3)=353k,(4)
R′=R1R2+R2R3+R1R3R1=R1+2R3.(5)T型电阻反馈网络等效到输出端的电压噪声密度enT=4KT(R1+R2∥R3)=4KTR1(1+R3R1+R3).(6) 由于运算放大器等效输入噪声电流密度非常小,可以只考虑输入运算放大器的等效输入电压噪声.运算放大器的等效输入电压噪声经放大后的输出噪声电压密度为enop=enp(1+G),
G=RF/(R′∥j1CS),(7)由于R’相对于1/CS较小,忽略掉1/CS部分,则有
G=2R1(1+R12R3)R1+2R3=R1R3,(8)则总的输出电压噪声为反馈网络噪声和运放噪声共同作用的结果.同相输入端的电阻RP的噪声可以通过与RP并联一个大容量的旁路电容滤除掉,对输出结果不产生影响.
e2no=4KTR1(1+R3R1+R3)+[enp(1+G)]2.(9)将前式代入可得e2no=76.18211+G+e2np(1+G)2,(10)当enp取1nV/Hz(LT6230)时,计算得到,当G等于14.6时,输出电压噪声最小.eno=23.9nV/Hz,R1=21.2k,R3=1.45k.(11) 通过使用T型电阻反馈网络,使得反相比例放大器的输出噪声大大降低.
3 相控整流相控整流电路的传递函数为
110中北大学学报(自然科学版)2007年增刊u0=+uinT≤t<(n+12)T-ui(n+12)T4 /型A/D转换器/型A/D转换器的组成如图7所示./调制器由差动放大器、积分器、比较器(1位量化器)、锁存器,1位D/A转换器组成.由于1位DAC只有两个输出,因此它在整个电压范围内均是线性化的(DAC的最终精度主要取决于基准电压的精度).这种高水平的线性化是/转换器实现高精确度的原因之一.同时,/型A/D转换器还使用过采用技术、噪声成形技术、数字滤波技术来得到高精度的数据输出.数字抽取滤波器为FIR或IIR形式的低通滤波器,在滤除高频段的量化噪声的同时,对数字数据流进行抽取,输出低速率的多比特转换结果数据.数字滤波器通常设计成可编程的形式.根据不同的应用,可以设置不同的滤波特性,也就得到不同的数据输出速率.输出速率高,滤波器通频带宽,噪声功率大,输出数据的有效位数低.输出速率低,滤波器通频带窄,噪声功率小,输出数据的有效位数高.
5 结 论本文完成的高分辨率微小电容检测系统,达到了17bits的分辨率,在1pF量程下,理论可分辨10-17F的微小电容量变化,并能得到每秒不少于1000次的测量结果.高精度和高动态性能使得该系统可被广泛应用于多种传感电容检测的场合.电容检测电路设计中讨论的各项技术对于其它类型的精密电子测量仪器的设计也是完全适用的.参考文献:[1] HuangSM,XieCG,ThomR.Designofelectronicsforelectricalcapacitancetomography[J].IEEProcG,1992,1,83-88.[2] YangWQ.Chargeinjectioncompensationforcharge/dischargecapacitancemeasuringcircuitsusedintomography
用于sigma-delta调制器的开关电容积分器的设计
用于sigma-delta调制器的开关电容积分器的设计文章标题：深度剖析：用于sigma-delta调制器的开关电容积分器的设计在现代电子领域中，sigma-delta调制器作为一种常见的模拟数字转换器，其设计与性能优化一直备受关注。
而作为其关键组成部分之一，开关电容积分器在其设计中扮演着重要的角色。
本文将对用于sigma-delta调制器的开关电容积分器的设计进行深入探讨，旨在帮助读者全面理解该主题，并为其在实际应用中提供有价值的参考意见。
一、开关电容积分器的基本原理开关电容积分器是一种常用的模拟电路，它通过周期性地改变电容器的连接和断开状态，实现对输入信号的积分处理。
在sigma-delta调制器中，开关电容积分器通常被用于对模拟输入信号进行抽样和积分，是实现高精度和低失调的关键模块。
二、开关电容积分器的设计要点1. 电容器选型：在开关电容积分器的设计中，电容器的选型直接影响了其性能表现。
通常情况下，高质量、低漏电流和稳定温度特性的电容器是首选。
2. 开关电路设计：开关电路的设计应考虑到开关动作的精准性和开关与开关之间的互相干扰。
合理设计开关电路，可以有效减小开关过渡时的电压波动和开关之间的互相影响。
3. 时序控制策略：合理的时序控制策略可以保证开关电容积分器按照预定的时间序列进行操作，从而实现精确的信号积分和抽样。
三、开关电容积分器的优化方法1. 降低开关电容积分器的失调：通过合理设计和优化各个子电路的参数，如改进开关电路的精度、增加校准电路等方法来降低开关电容积分器的失调，提高其测量精度。
2. 降低开关电容积分器的噪声：采用抑制噪声的电路设计，如降低交流信号的传递、优化时序控制策略等方法，可有效降低开关电容积分器的噪声水平。
3. 提高开关电容积分器的动态性能：通过优化电路结构和改进开关电路设计，可以提高开关电容积分器的动态性能，如提高其输入动态范围、减小动态失真等。
四、个人观点和理解在实际设计中，用于sigma-delta调制器的开关电容积分器的设计需综合考虑电路参数、动态性能和失调噪声等方面的因素。
LLC电路原理与设计
LLC电路原理与设计LLC电路被广泛应用在各种电源应用中，例如电视机、计算机、服务器和通信设备等。
其主要优点是高效率、低EMI、低谐波失真和宽输入输出电压范围。
这使得LLC电路成为一种理想的选择，用于满足高性能功率转换的需求。
LLC电路的基本原理是在开关转换器中使用谐振电压和电流来实现高效率的功率转换。
在LLC电路中，L1和L2是串联的电感，并与谐振电流振荡，增加了电路的整体效率。
变压器的一侧为L1和L2，另一侧为C电容。
电感和电容通过谐振频率进行振荡，使得电流和电压在相位上保持一致。
1.电感和电容的选择：电感和电容的选择对LLC电路的性能影响很大。
合适的电感和电容参数可以实现高效率和稳定的电源输出。
电感的选择要考虑电流冲击和谐振频率。
电容的选择要考虑电压稳定性和谐振频率。
2.桥式整流器设计：LLC电路的输入端通常包括桥式整流器，用于将交流电转换为直流电。
桥式整流器的设计应满足输入电压和负载要求。
3.控制器设计：LLC电路的控制器用于控制开关器件，以实现所需的输出电压和电流。
控制器的设计要考虑输入和输出电压范围、负载变化和开关频率等因素。
4.输出滤波器设计：LLC电路的输出端通常需要添加滤波器来减少输出电压的纹波和EMI噪声。
滤波器的设计需要考虑输出电流和频率要求。
5.输出调节设计：LLC电路的输出电压通常需要进行稳定调节，以适应负载变化和输入电压波动。
稳定调节电路的设计需要考虑稳态和动态响应性能。
总结：LLC电路是一种高效率功率转换和EMI滤波的拓扑结构。
其设计需要考虑电感和电容的选择、桥式整流器设计、控制器设计、输出滤波器设计和输出调节设计等因素。
通过合理的设计和参数选择，可以实现高性能和稳定的电源输出。
低边电流检测电路设计
低边电流检测电路设计1.引言1.1 概述概述低边电流检测电路是一种用于测量电路中电流的重要组成部分。
在很多应用中，需要对电路中的电流进行精确测量和监控，以确保电路的正常运行和保护电子设备的安全。
本文将介绍一个设计低边电流检测电路的方法和原理。
首先，我们将对该电路的设计目的进行讨论，明确需要实现的功能和性能要求。
接着，我们将详细阐述该电路的设计原理，包括基本的电流测量原理和相关的电子元器件理论知识。
在电路组成部分，我们将介绍所需的元件和其相互连接的方式。
这将包括电压源，电阻器和运放等组件的选择和安装。
我们还将讨论一些常见的电路配置和调整方法，以提高电流检测电路的精确度和可靠性。
最后，我们将通过实验结果来验证设计的有效性，并通过对实验数据的分析和总结，对低边电流检测电路的性能进行评估。
同时，我们还将展望未来对该电路的改进和优化方向。
通过本文的阅读，读者将能够了解低边电流检测电路的设计方法和实现原理，以及如何正确选择和配置相关的元器件。
同时，读者还将了解到该电路的应用前景和未来的发展方向。
希望本文对读者在电路设计和电流测量方面能够提供一定的指导和帮助。
1.2文章结构1.2 文章结构本文将按照以下结构来介绍低边电流检测电路的设计原理、电路组成以及实验结果等内容。
第二部分为正文部分，将详细介绍低边电流检测电路的设计原理。
我们将首先阐述低边电流检测的概念及其在电子设备中的应用。
接着，我们将介绍低边电流检测电路的工作原理和基本原理，包括电流测量方法、电流放大技术等相关知识。
第三部分将重点讨论低边电流检测电路的电路组成。
我们将详细介绍电流检测元件的选择与设计，包括电流传感器、电流放大器、滤波器等。
此外，还将介绍电路的供电部分和输出部分的设计，以及对信号的处理和保护电路的设计。
第四部分为结论部分，将介绍实验结果的分析和总结。
我们将详细描述实验设计和实验结果，并对实验结果进行分析和讨论。
最后，我们将总结本文的研究内容，提出对未来研究方向的展望。
高性能sigma-deltaADC的设计与研究
西安电子科技大学博士学位论文高性能sigma-delta ADC的设计与研究姓名：***申请学位级别：博士专业：微电子学与固体电子学指导教师：***20100401摘要i摘要高性能的模数转换器是当今微电子模拟领域研究的热点之一。
基于过采样技术和sigma-delta调制机制的模数转换器(Analog to Digital Converter，ADC)广泛使用在数字音频、综合业务数字网(Integrated Services Digital Network，ISDN)、数字电话等系统中。
这种高精度的模数转换器，通过采用过采样技术，增加调制器系统的信噪比，提高其实现的精度；通过使用sigma-delta噪声整形技术，降低了信号带内的量化噪声功率。
sigma-delta ADC由模拟调制器和数字抽取滤波器组成，而模拟调制器的噪声整形性能决定了整个转换器系统的精度。
本文首先对sigma-delta ADC的系统设计进行了深入的研究，采用MATLAB软件进行系统建模和仿真，并由此总结了一套完整的系统设计方法。
根据过采样率、精度和动态性能的要求，得出调制器所需的阶数以及前馈因子、反馈因子和积分器增益因子等参数。
然后再通过MATLAB系统仿真，预测出实际调制器可以达到的性能。
在模拟调制器的设计中，各种非理想因素会极大地影响模拟调制器的性能。
因此，对各种非理想因素进行系统的、量化的分析是必要的。
本文对各种非理想因素，如运放有限直流增益、有限带宽和摆率、输出摆幅限制、开关非线性，时钟抖动、采样电容kT/C噪声等都进行了量化分析，从而为随后的电路设计提供了设计依据。
sigma-delta ADC的结构主要分为单环(Single-Loop)结构和级联结构(Multi-stAge-noise-SHaping，MASH)两种，这两种结构具有各自的优缺点。
针对这两种结构，本文分别设计了一个高阶单环一位结构的sigma-delta ADC和一个级联多位(MASH24b-24b)结构的sigma-delta ADC。
本科毕业设计-基于电容传感器的微小位移测试系统的设计
毕业设计题目基于电容传感器的微小位移测试系统的设计学院机械工程学院专业机械工程及自动化班级机自0702学生王云海学号20070403206指导教师马玉真二〇一一年五月三十日1前言1.1选题的意义近几年的机械发展从传统化向科技化发展，以致是无论在试验室测试还是机械工业生产应用中，其生产要求的提高，使得人们对物体测量位移尺寸的要求也变得越来越高，甚至在必要时要精确到微米级甚至是纳米级，但传统的测量工具已经逐渐的落伍，如皮卷尺、直尺和千分尺都已经不能满足要求，一些大型实验室的精密仪器可以测量，但是价格昂贵，不能普及。
随着现代科学技术的发展，针对位移特别是微小位移的测量方法应时代的发展，如雨后春笋般出现，基本上现在的位移测量和信号分析大多是靠电子仪器来实现的。
对于这种情况，本课题寻求的是设计一种结构简单且廉价的微位移测量系统。
随着机械工业的迅猛需要，在大位移的测量逐渐满足不了测量要求的时候，这就促使着测量技术逐渐的向微小位移测量的方向发展。
其测量方式也发生着本质性的改变，由以前粗略的纯手工测量转变为较为精准的系统化标准测量，而测量方法也由单纯的机械测量衍化为更为先进的光电技术参与的复杂测量。
当前技术水平下的传感器系统正迈入飞速发展阶段，并且开始向着多功能化、微小型化、和系统化的方向发展。
今后，随着CAD技术、单片机技术、信息理论及数据分析算法的继续成熟发展，未来的传感器系统必将变得更加多功能化、普遍化、微型化、智能化和系统化。
在各种新兴科学技术大肆发展、并应用于现实的当今社会，作为现代科学最为有力并应用最为广泛的传感器技术，并且是作为人们可以更快的获取并分析利用有效的各种信息的基础，传感器技术必将会进一步得到社会各界的广泛关注并注定会承载着其在未来需要发挥的作用。
传感器的市场必将在未来的发展中更加壮大、也会显现出它在各个领域的威力。
伴随着电子技术进入的黄金发展期，现在的科学技术也解决了电容式传感器曾经存在的许多技术问题，完善了电容式传感器的功能与应用，传感器的应用意义可以说是无与伦比，工业生产、信息探索…都有着传感器的身影。
超级电容器组件的电压均衡控制电路设计
E-mail ｌｚｘｃｎｌｚ＠１６３．ｃｏｍ
40
电 子 元 件 与 材 料
2006 年
1
超级电容器组件的建构模式分析
体达到电压上限即停止充电的判定条件控制下 充电 结束后的电压分配和贮能量分别为
碳基超级电容器的基本组成单元由一对多孔电 极 电解质 隔离膜及集电板构成 当用直流电源为 超级电容器单体充电时 电解质中的正 负离子取向 聚集到固体电极表面 形成 电极／溶液 双电层 用 以贮存电荷 电荷贮量的多少与多孔碳电极材料的实 际比表面积 微观孔径尺度分布 电解质性能以及离 子从电解质到电极的可达性等紧密相关[8~10] 从阻抗 角度分析 充放电过程中多孔电极的动态电热性能 可由沿一定孔深方向上分布的电阻元件 Ri 和电容元 件 Ci 构成的混联 RC 网络精细结构 De Levie 传输线 模型 来模拟[4,11] 但在工程应用中 该模型涉及的 测控变量众多 控制系统的复杂性使得问题难以得到 有效解决 对此 许多研究者对超级电容器的物理模 型进行了不同程度的等效化处理[4,5,9,10,12] 笔者不涉及 超级电容器物理模型的精细结构 以理想极化模型为 基础 分析超级电容器组件在不同建构模式下的充放 电特性和单体间的电压均衡电路 1.1 串联方式的超级电容器组件 超级电容器的单体工作电压不高 不能覆盖应用 工况的电压需求范围 需要将多个单体串联来满足应 用工况的电压要求 但因单体电容器之间的固有差异 作用在串联组件上的总电压并不能均衡地分配给不同 的电容器 它会导致电压分配的不对称
4uuuuuuuuu22d12c22c112tuduce3由2式和3式可知相对于0的理想情况其贮能量下降了28对于相同的情况若能设计控制电路来保证电压分配的均衡使每个单体的电压均能达到电压上限duce其贮能量下降了10uu则其贮能量为0的理想情况222u13t相对于d该贮能量值尽管仍旧低于理想情况但其突出的特点是能保证组件中每个单体电压均能满足额定电压上限而不过压使得贮能量尽可能最大化避免局部单体过压而影响组件可靠性和正常使用寿命对于串联超级电容器组件通用的电压均衡控制方法是给每个超级电容器单体配置均压电阻如图2电阻值的配置原则是确定等价于超级电容器充电过程动态特性的电压动态分配这样的配置能够避免单体过压但是该方案因均压电阻的能量消耗使得全局能量利用效率偏低另一种解决方案是采用独立电源给每个单体充电这样做能较好地利用充电过程的能量但对多电源充电系统的成本较高且空间布置位置也要受到限制基于上述超级电容器充电电压均衡的控制方案特点需要一种新的方式来解决超级电容器组件在充电过程中单体的电压控制问题c1c2requcn图2串联超级电容器组件的电阻均压控制电路fig2controlcircuitforequalizingvoltagewithresistorsintheseriesconnectionofsupercapacitors12并联方式的超级电容器组件以并联方式建构的超级电容器组件可以输出或接受很大的电流在充电过程中单体之间的电压分布但超级电容器本身固有的充电电阻是一个动态的量具有一定的分散性电阻变化的控制电路极其复杂在放电过程中控制放电电阻率但为了避免放电电流过大保证可许的输出功率要适当控制组件的贮能量件附加控制电路随充电过程和放电过程的要求不断由串联充电电阻保护使得调整难以实现逐点控制可获得很高的输出功图3是并联超级电容器组万方数据第5期41李忠学等超级电容器组件的电压均衡控制电路设计切换状态维持组件充放电过程的动态性能rchac1c2cn图3并联超级电容器组件fig3parallelconnectioncircuitforsupercapacitors13混联方式的超级电容器组件图4给出了两种用电阻均压的串并联组合电路图4a中每个电容器均指定一个电阻控制其充电过程的电压图4b中由一个电阻控制一组超级电容器的电压对于后者电压均衡的控制电阻配置比较简单但存在一个严重的缺点当串联的电容器有一个失效其电压就会分配给
一种高精度测量微小电容的电路
一种高精度测量微小电容的电路
邵学涛;李新娥
【期刊名称】《山西电子技术》
【年(卷),期】2011(000)001
【摘要】提出了一种高精度、低成本的电容的测量方法.该方法采用盖动式直流充电法测量微小电容,具有功耗低、体积小、分辨率高、刷新率高的特点.同时详细阐述了测量电路的基本原理、具体实现,并且通过测量固定电容验证了电路的性能.【总页数】2页(P5-6)
【作者】邵学涛;李新娥
【作者单位】中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室,山西,太原,030051;中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室,山西,太原,030051
【正文语种】中文
【中图分类】TP212.9
【相关文献】
1.高精度微小电容测量电路的研制 [J], 李阳
2.基于TDC的一种微小电容高精度测量系统设计 [J], 夏凌云
3.一种测量微小电容的实用电路 [J], 刘宝华
4.基于电容数字转换技术的微小电容测量电路的设计研究 [J], 樊骁;桑胜波;张文栋;李朋伟;胡杰;李刚
5.一种高频测量微小电容的电路 [J], 刘松龄
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应用于MEMS加速度计的电容式检测电路设计
０ 引 言 微系统（ＭＥＭＳ）加速度计具有体积小、质量轻、易集成
的特 点 ［１，２］，被 广 泛 的 应 用 于 消 费 电 子、地 质 勘 探、航 空 航 天等方面。按检测方式 ＭＥＭＳ加速度计分为压阻式、压电 式、电容式、隧 道 式、热 传 导 式 ［３］，其 中 电 容 式 以 其 灵 敏 度 高、可靠性好、温漂小［４］的特点在 ＭＥＭＳ加速度计设计中 占主导地位。电容式 ＭＥＭＳ加速度计中检测电路感应电 容由可动极板与固定极板组成，在接收到外界加速度时，通 过可动极板的平移来改变其与固定极板的间距，产生电容 差值变化量，并 通 过 电 容 电 压 转 换 电 路 转 变 为 输 出 电 压。 由于工艺偏差，感应电容存在失配，使得检测输出电压存在
漂移现象，有效 输 出 电 压 摆 幅 降 低，严 重 制 约 检 测 动 态 范 围 ［５］。除此以外，微 弱 的 检 测 信 号 极 易 受 到 噪 声 的 干 扰， 影响检测精度，约束检测动态范围［６，７］。
本文设计时采用了电容自适应校准技术，消除感应电 容失配对检测动态范围的影响。采用相关双采样（ｃｏｒｒｅｌａ ｔｅｄｄｏｕｂｌｅｓａｍｐｌｉｎｇ）与斩波技术（ｃｈｏｐｐｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅ），降低 检测电路噪声，提高检测精度。 １ 电路设计与分析
（１．湘潭大学 物理与光电工程学院，湖南 湘潭 ４１１１０５； ２．微光电与系统集成湖南省工程实验室，湖南 湘潭 ４１１１０５； ３．湖南师范大学 物理与电子科学学院，湖南 长沙 ４１００８１）
摘 要：基于相关双采样、斩波技术以及电容自适应校准技术，设计了一种低噪声、高动态范围的全差分 电容式微系统（ＭＥＭＳ）加速度计检测电路。在检测电路感应电容中采用电容自适应校准技术，消除电容 失配，提高检测范围；在开关电容低通滤波器中加入斩波，降低滤波器噪声；控制滤波器时序，消除电荷注 入引起的非线性。在 ５Ｖ电源供电下，仿真结果表明：检测电路输出线性电压范围为 ±３Ｖ，在 ０．０１～ ３００Ｈｚ范围内，等效输出噪声为 ６５０ｎＶ，检测动态范围高于 １２０ｄＢ。 关键词：低噪声；高动态范围；微系统（ＭＥＭＳ）加速度计；电容自适应校准；相关双采样；斩波技术 中图分类号：ＴＰ２１２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００—９７８７（２０２０）０５—００７７—０４
上海海栎创微电子有限公司 Hynitron Microelectronics CST340 高性能互
上海海栎创微电子有限公司Hynitron MicroelectronicsCST340高性能互电容多点触控芯片Shanghai Hynitron Microelectronics Co.,Ltd1．概要CST340系列多点电容触控芯片，支持单层，多层模组及多种图案，采用10V 以上高压驱动，实现高性能，高灵敏度，低功耗的真实多点触摸(带压力检测)。
相较传统的低压驱动可提供更高的信噪比和抗干扰能力。
同时，芯片内部自互一体电容感应模块，结合智能扫描算法，在实现快速反应的同时，具有优异的抗噪、防水、低功耗表现。
2．特性高性能电容检测电路及DSP 模块 自互一体检测模块；高压驱动，实现高灵敏度，高信噪比采样； 支持被动电容触摸笔； 支持待机手势唤醒功能； 支持在线编程； 内置看门狗；多个按键支持。
性能指标 典型刷新率100Hz ；带水操作，大拇指识别及大手掌抑制； 动态模式下典型功耗：4mA ； 监控模式下典型功耗：350uA ；睡眠模式下典型功耗：50uA 。
电容屏支持最多支持40个驱动/感应通道，并支持TX/RX 互换；通道悬空/下拉设计支持；支持传统的DITO 和SITO 及各种图案；模组参数自动调校，最大支持阻抗达120K ；Cover Lens 厚度支持，玻璃<=2mm 亚克力<=1mm 。
通讯接口I2C 主/从通讯接口，速率10Khz~1Mhz 可配置；GPIO 支持多种工作模式可配，内置上拉电阻模式；内置1.8V LDO ，兼容1.8V/VDDA 接口电平可配。
芯片运行后VDD18输出1.8V ，VDDHV 输出驱动高压6~12V 。
电源供电 单电源供电2.7V ~3.6V ，电源纹<=50mv ； 少量的外围器件。
封装类型：QFN526mm*6mm 。
3．应用手机，平板，笔记本，触摸板等。
4．典型应用电路图C1 2.2uF/10VC2: 0.1uF ~ 1uF/10VC310nF ~ 100nF/16VR3: 200VDDIO VDDA VDD18R1/R2I2C 5K Sensor ID TX RX GND5．引脚排列X 2X 1X 0S S AX 25X 24X 23X 22X 21X 20X 19X 18X 17V D D 18N C I R Q N C N C S D A S C L V D D H V R S T n T X 0T X 1T X 2T X 36．引脚描述14VDD18PWR/O 1.8V，0.1~1.0uF40TX17I/O电容Tx/Rx通道15NC NC空脚41TX18I/O电容Tx/Rx通道16IRQ I/O中断42TX19I/O电容Tx/Rx通道17NC NC空脚43TX20I/O电容Tx/Rx通道18NC NC空脚44TX21I/O电容Tx/Rx通道19SDA I/O I2C数据信号45TX22I/O电容Tx/Rx通道20SCL I/O I2C时钟信号46TX23I/O电容Tx/Rx通道21VDDHV PWR/O max12V，10~100nF47TX24I/O电容Tx/Rx通道22RST n I复位引脚，低有效48TX25I/O电容Tx/Rx通道23TX0I/O电容Tx/Rx通道49VSSA GND模拟地24TX1I/O电容Tx/Rx通道50RX0I/O电容Rx/Tx通道25TX2I/O电容Tx/Rx通道51RX1I/O电容Rx/Tx通道26TX3I/O电容Tx/Rx通道52RX2I/O电容Rx/Tx通道I Input Only仅输入O Output Only仅输出I/O Input And Output输入和输出7.订购信息料号封装表面印字包装CST340QFN52-6*6(P0.40T0.55)方向点+LOGO+CST340+PO2500/盘，编带出货8.极限参数表9.电气特性9.1直流(DC)电气特性环境温度25 C，VDDA=2.8V。
电容器高温高压老化试验测试方案 5000V
电容器高温高压老化试验测试系统方案一、设备需求1、老化用高压电源电压范围：1000V～5000VDC；2、每路老化电容器充电电流：小于1mA；3、每次老化电容器数量：最多1000只；4、高温老化箱温度：小于180℃；5、短路检测：老化过程中自动检测每路老化电容器漏电流。
当漏电流超过100uA 时判断为电容器短路，系统自动切断该路老化电压，并在LCD显示器上进行该路短路提示；6、开路检测：老化过程前自动检测每路老化电容器是否接触良好。
老化过程中自动检测每路老化电容器是否开路。
当存在此故障时，可自动切断该路老化电压（也可选择不切断），并在LCD显示器上显示；7、当某路老化电容器存在短路或开路故障时不能影响其它电容器的老化进程，系统正常运行；8、系统老化结束时可以自动对每路电容器进行放电并检测电容器残留电压，当所有电容器残留电压均低于30V（可设定）时系统给出放电完毕指示；9、系统自动控制高温老化箱启动、温度调节、关闭等动作（高温老化箱需具备通讯控制功能）；10、老化过程中系统具有老化时间显示；11、老化过程即时显示当前老化电压、高温箱老化温度（高温老化箱需具备通讯控制功能）；12、老化过程中可独立测试并显示选定的某路老化电容器的漏电流和电容值；13、老化结束系统输出每路电容器短路、开路、合格的指示；14、系统自动记录老化过程中每路电容器漏电流、电容量的数据记录，并可显示漏电流、电容量的变化曲线；15、每次老化电容器合格、不合格、漏电流、电容量值均可记录、打印、存储、调用和分析；二、设计方案及实现过程1、概述本老化测试系统是一种最先进的电容器高温高压老化测试系统，可以实现对各种封装的电容器进行边高温高压老化边测试容量的功能。
系统由一个具备最大容量为24个插槽的单柜型高温老化试验箱和24组具备强大功能的驱动控制模块以及4台5000V高压电源组成。
高温老化试验箱的插槽间距为100mm，型号为广州五所生产的PH-401；驱动控制模块完成高压电源电压检测、漏电流检测、电容量检测、短路检测、开路检测、电容器充放电切换阵列等功能。