电容信号转换集成电路CAV424(中文自译)

电容信号转换集成电路CAV424

特征

•比例式电源电压：5V ± 5％

•宽工作温度范围：-40℃+85℃..

•电容相对变化的高检测灵敏度：5％- 100％

•检测频率频率可高达2kHz

•带大电压摆幅的差分输出信号

•集成温度传感器

•可调节的且只有两个电阻

应用

•工业过程控制

•测距

•压力测量

•湿度测量

•液位控制

框图

概述

该CAV424是一个集成的C / V转换器，并包含完整的片上电容信号处理单元。该CAV424检测到待测电容与一个固定参考电容的电容相对变化量。对于参考电容可能的5％到100％的电容变化，该IC对10pF到2nF大范围的电容进行了优化。差分电压输出信号可直接连接到下面的A / D转换器或其他Analog

Microelectronics公司的信号调理IC。使用集成的温度传感器，易于建立数字调节系统。

电气规范

温度Tamb = 25℃，VCC = 5V时（除非另有说明）

注意：

1）振荡器电容必须以下列方式选择：COSC = 1.6⋅CX1

2）CX1和CX2电容范围可扩展，即使系统性能降低和电气边界超限。

3）流入IC的电流是负的。

4）RTEMP是在引脚VTEMP下最小负载电阻。

边界条件

注意：系统在过温工作时要求电阻RCX1，RCX2和ROSC具有相同的温度系数和在电路中非常接近的位置。电容CX1，CX2和COSC也被迫具有相同的温度系数和在电路中非常接近的位置。

功能描述

该CAV424在以下原则下工作。一个可变的参考振荡器，其频率是通过电容COSC设置，驱动两个是锁相和时钟同步对称的积分器。这两个被驱动的积分器的振幅是由电容CX1和CX2决定的，其中CX1（测量信号）作为参考电容，CX2作为测量信号电容。该芯片具有高共模抑制比和高分辨率，比较两个振幅产生一个对应于电容CX1和CX2相对变化的信号。这个差分信号在低通滤波后被矫正。这个滤波后的直流信号被转换到差分的可调的输出级。单独的电路变量，如滤波常数和放大系数，只需调整少量都外部器件便可设定。通过使用积分器和它们的电容CX1和CX2，5％到100%的待测电容变化都可以测出。

图2：振荡器电压曲线

有关的由于CX1可以在10 pF至1 nF的范围内变化，对测量信号的电容测量范围为0-10.5 pF到0-2的NF。

电容式传感器的方式，其信号功能，可与CAV424条件进行了详细说明如下节。给出了简单的尺寸要求，允许一个传感器系统进行组装。参考振荡器充电

然后排出外部振荡电容COSC的内部寄生电容的集成电路，COSCPARINT和外部寄生电容COSCPAREXT（例如从印刷电路板组装）。振荡电容COSC是按如下计算的：参考振荡器的频率是按如下给出的：

C OSC= 1.6 ⋅C X 1,

其中CX1是固定电容（参考电容）电容式传感元件。参考振荡器电流IOSC是通过外部电阻ROSC和参考电压VM确定的：

参考振荡器的频率是按如下给出的：

，

图3：集成电压曲线

其中ΔVOSC是之间的内部参考振荡器的阈值（VOSC，高VOSC，低）的差异。ΔVOSC是指通过内部电阻，具有从2.1V @ VCC = 5V时的价值。振荡器的电压曲线如图2所示。

电容式积分器

内置的电容集成在很大程度上与参考振荡器一样的功能。一个不同之处在于放电

时间，在这里是两倍的电荷充电周期长。此外，放电电压被钳位在一个内部固定电压，VCLAMP。该电容CX1和CX2信号电压概述图3。

电容式积分器的电流ICX由外部电阻的RCX和参考电压VM决定：

电容CX是充电至最大电压VCX中，可以计算如下：

在电容CX1和CX2两个电压减去彼此。应用到

VM的参考电压产生的差分电压为：

差分电压VCX中，差异是应用于一个二阶低通滤波器。3dB截止频率

这两个阶段，FC1的和FC2，被定义为CL1和CL2的外部和内部电阻电容

R01和R02（通常20kΩ的）。3dB截止频率必须选择方面的参考

振荡器频率fosc和整体传感器系统（fDET）要求检测频率。在这里，

对不同频率下的不平等，必须坚持：

截止频率fc时的外部电容CL等于

该低通滤波器跟踪的理想曲线图3所示的输出信号的计算公式为

如果差分输出电压VDIFF，0太小它可以被放大使用非反相

输出放大器与扩增的程度，正决定由电阻RL1和RL2。

这一级的放大倍数

因此，它遵循的是，低通级的输出信号

为了减少系统的传感器采集的温度传感器集成所需的外部元件数量。随着处理器的援助，该传感器可用于弥补整个传感器系统的温度误差，例如。

功能框图

图4：功能图CAV424

调整：

零调整是由电阻RCX1或案件RCX2电容CX2的变化几乎相同（及其最小）值作为固定电容CX1（参考电容）。目前，前此电阻是多种多样的，直到一个差分电压

是零：即

应用实例：

给出以下值：

•固定电容CX1：50pF

•变电容CX2：50 ... 100pF的

计算：

在给定的边界条件方程，这些设备的下列值可以计算，计算得到：

•COSC：80pF

•CL1：10nF的

•CL2的：10nF的

引脚排列

图5：CAV424引脚