過去

，在汽車裏很少使用電容傳感器
，因為它們不好控製
，難以讀取數據
，容易老化
，並且依賴於溫度。然而
，其低廉的生產成本
、jiandandewaixingshiyingxingjidigonghaotexingdoushiyouliyuqiyingyongxiyinrendeshuxing。yizhongxindedianrongceliangjishudexingqi，shidecheyongdianrongchuanganqideshuliangjijushangsheng。

　　宏觀上說
，電容傳感器通常通過將電容轉換成其它物理量，例如電壓
、時間或頻率進行分析。微觀上說，電容傳感器應用於汽車已經很長時間了
；微電子機械(MEMS)加速度傳感器就是基於電容傳感器原理。這些傳感器通常用於檢測電荷的轉移。美國模擬器件公司(ADI)現已開發出一種新的檢測電容的方法，它采用了改進的S-D模數轉換器(ADC)的輸入級檢測未知的電容並將其轉換成數字量。ADI公司稱其為電容數字轉換器或CDC。本文首先解釋一下CDC轉換方法。接著介紹幾種可在汽車中使用的電容傳感器的工作原理。最後
，簡要介紹一下交替轉換方法。

　　電容數字轉換器有許多優點。由於它與S-D ADC有密切的聯係，所以可以采用和修改S-D ADC具有的一些眾所周知的特性。這些特性包括很高的噪聲抑製能力、在極低頻率下具有高分辨率
、高精度低成本以及抗電磁幹擾等外部影響的魯棒性。S-D ADC幾乎毫無例外地具有類似的輸入結構
，以便對具體的測量任務采用各種不同的結構，例如特別低的電流輸入、最大精度或較高的截止頻率。進一步考察圖1我們會發現更多的優點。在初始的測量值中寄生電容不起作用。寄生電容在節點A處趨近於0
，具有零電位。在節點B處不為0，但是向它提供一個確定的低阻電位，因此該節點的寄生電容會充電到平均值而不會影響測量結果。從節點A到節點B之間的寄生電容總是與測量元件並聯，並且總是作為失調電壓出現。

　　AD7745是首款CDC，它提供24bit分辨率和16bit精度。它具有大約50aF分辨率和2 fF(經過校準的)精度。參考電容具有嚴格規定的溫度係數，因此可將其用作內置溫度傳感器既可用於提高測量精度，也可用作參考電容。

　　電容傳感器

　　以(yi)前(qian)的(de)電(dian)容(rong)分(fen)析(xi)係(xi)統(tong)要(yao)求(qiu)很(hen)高(gao)的(de)測(ce)量(liang)電(dian)容(rong)，並(bing)且(qie)當(dang)觸(chu)摸(mo)時(shi)具(ju)有(you)大(da)的(de)電(dian)容(rong)量(liang)變(bian)化(hua)。這(zhe)種(zhong)對(dui)於(yu)具(ju)有(you)足(zu)夠(gou)大(da)變(bian)化(hua)的(de)要(yao)求(qiu)對(dui)應(ying)傳(chuan)感(gan)器(qi)製(zhi)造(zao)商(shang)常(chang)常(chang)產(chan)生(sheng)問(wen)題(ti)，而(er)對(dui)應(ying)小(xiao)的(de)電(dian)容(rong)傳(chuan)感(gan)器(qi)則(ze)不(bu)應(ying)存(cun)在(zai)問(wen)題(ti)。例(li)如(ru)，典(dian)型(xing)的(de)150 pF濕度傳感器不僅昂貴許多(因為它們尺寸變大)，而且更容易產生錯誤，而且長期穩定性也降低了。

　　電容器的容量根據其結構按照公式C=eoerA/d計算，其中eo是真空中的介電常數，er是介質中的介電常數，A是極板的有效麵積
，dshilianggedianjizhijiandejuli。chulejigeliwairuyalichuanganqideng，suoyoudedianrongchuanganqidoushiyongpingbanbiaomianhuodianjiezhidebianhuaceliangdianrongqidebianhua。daduoshuchuanganqikebeiguiweilianglei：根據極板麵積(幾何尺寸)的變化(例如液位傳感器或位移傳感器)和根據er的變化(例如接近傳感器或濕度傳感器)。

　　電介質傳感器

   傳統的電介質傳感器的實例是采用對濕度敏感的聚合層作為介質的濕度傳感器。隨著濕度的增加

，水分子堆積得越來越多，因此er增大。測定液體(例如油或燃料)純度的傳感器實質上是由兩個固定的平板構成的，液體本身構成電介質。所需液體的性質主要由經驗決定(例如油或燃料中增加的水份含量)。溫度在其中起著決定性作用，所以決定必須可靠。簡單的接近傳感器

，它決定著介質的變換，通常要求最複雜的測量電子電路。

　　在大多數情況下
，接近傳感器由印刷電路板上兩個導體組成，兩導體之間的電介質值具有很低的介電常數(接近1)。如果有一個物體
，例如人手，接近電容器的電場移動
，電容就會改變。人體的水分含量超過90%，因此介電常數很高(約為50)。無觸點開關的製造十分簡單，因此用於電子窗口的無鑰匙進入和箝位保護等應用。無鑰匙汽車的核心要求是電流輸入盡可能最低——標準值低於100mA。S-D ADC在(zai)業(ye)界(jie)已(yi)經(jing)優(you)化(hua)很(hen)多(duo)年(nian)了(le)
，因(yin)此(ci)可(ke)提(ti)供(gong)合(he)理(li)的(de)體(ti)係(xi)結(jie)構(gou)。用(yong)同(tong)樣(yang)的(de)方(fang)法(fa)可(ke)實(shi)現(xian)雨(yu)量(liang)傳(chuan)感(gan)器(qi)。這(zhe)些(xie)傳(chuan)感(gan)器(qi)容(rong)易(yi)生(sheng)產(chan)，成(cheng)本(ben)很(hen)低(di)而(er)且(qie)具(ju)有(you)尺(chi)寸(cun)小(xiao)的(de)缺(que)點(dian)。傳(chuan)統(tong)的(de)基(ji)於(yu)水(shui)滴(di)的(de)光(guang)折(zhe)射(she)的(de)雨(yu)量(liang)傳(chuan)感(gan)器(qi)必(bi)須(xu)非(fei)常(chang)小(xiao)，從(cong)而(er)減(jian)小(xiao)了(le)占(zhan)用(yong)擋(dang)風(feng)玻(bo)璃(li)上(shang)的(de)麵(mian)積(ji)，同(tong)時(shi)導(dao)致(zhi)了(le)雨(yu)量(liang)小(xiao)時(shi)可(ke)重(zhong)複(fu)的(de)問(wen)題(ti)。

　　幾何尺寸傳感器

　　根據幾何尺寸變化的傳感器實例是壓力傳感器、液位傳感器和位移傳感器——隻是簡單地在兩塊固定的極板之間改變電介質。壓力傳感器使用兩塊固定大小的板作為膜片
；由於膜片有彈性，壓力作用在傳感器上時兩板之間的距離會改變。

　　需要一個溫度傳感器是由於熱膨脹引起的幾何尺寸改變。設想兩個電極中的一個電極連接到芯片上
，另一個連在金屬或陶瓷結構的 外wai殼ke上shang。因yin此ci外wai殼ke自zi身shen起qi到dao傳chuan感gan器qi的de作zuo用yong。例li如ru，陶tao瓷ci外wai殼ke
，陶tao瓷ci能neng承cheng受shou很hen大da的de壓ya力li和he侵qin蝕shi性xing介jie質zhi。與yu傳chuan統tong的de惠hui斯si通tong電dian橋qiao相xiang比bi，電dian容rong壓ya力li傳chuan感gan器qi的de主zhu要yao優you勢shi在zai於yu其qi低di輸shu入ru電dian流liu
，從cong而er使shi其qi特te別bie適shi合he於yu輪lun胎tai氣qi壓ya控kong製zhi等deng應ying用yong。
　　
　　在zai液ye位wei傳chuan感gan器qi中zhong
，測ce量liang浸jin入ru在zai液ye體ti中zhong一yi對dui固gu定ding的de平ping板ban。製zhi造zao商shang可ke以yi用yong極ji低di價jia格ge的de印yin刷shua導dao線xian實shi現xian。另ling一yi對dui平ping板ban放fang置zhi在zai底di部bu
，從cong而er允yun許xu檢jian測ce介jie質zhi因yin溫wen度du或huo其qi它ta因yin素su產chan生sheng改gai變bian，如ru圖tu4所示。

　　在所有方法中
，S-D ADC經jing過guo證zheng明ming是shi最zui受shou歡huan迎ying的de。在zai許xu多duo情qing況kuang下xia
，總zong是shi能neng用yong數shu字zi濾lv波bo器qi能neng實shi現xian要yao求qiu的de動dong態tai行xing為wei。例li如ru，液ye位wei傳chuan感gan器qi要yao求qiu極ji長chang時shi間jian的de恒heng定ding
，而er接jie近jin傳chuan感gan器qi必bi須xu適shi應ying周zhou圍wei環huan境jing的de變bian化hua(如雨雪中使用的濕度傳感器)。

　　交替轉換方法
　　
　　我wo們men簡jian要yao地di討tao論lun一yi下xia交jiao替ti轉zhuan換huan方fang法fa。這zhe種zhong工gong作zuo方fang式shi按an照zhao一yi種zhong完wan全quan不bu同tong，甚shen至zhi比bi較jiao複fu雜za的de方fang法fa。另ling一yi方fang麵mian，這zhe種zhong方fang法fa可ke用yong於yu測ce量liang複fu數shu阻zu抗kang包bao
，包bao括kuo感gan抗kang、阻抗和容抗
，或者阻性和感性傳感器。這種情況下，用一非常精密的已知頻率激勵傳感器。ADI公司為此使用了直接數字頻率合成技術(DDC)。用快速ADC和快速傅立葉分析方法記錄傳感器的響應。用DDSfangfakejingquedizhidaorenheshijianyuanshixiangweiweizhi。anzhaotongyangdefangfa
，keyiceliangchuduiqitapinlvdexiangying。youcikeyijisuanchuzukangdeshibuhexubu，bingzaishujuzongxianshangshuchu。yiciwanzhengdesaomiaozhixujibaihaomiao(ms)。
　　
　　ADI公司將這種電路稱為網絡分析器。除了電容傳感器和電感傳感器，適當的傳感器還能記錄待測液體中粘度的變化(例如機油或潤滑油)。
　　
　　結語
　　
　　電容傳感器正在汽車行業中複蘇。一種新的方法已展示了濕度傳感器、雨量傳感器和接近傳感器的初步成功。采用的Σ-ΔADC技(ji)術(shu)能(neng)夠(gou)提(ti)供(gong)靈(ling)活(huo)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)以(yi)滿(man)足(zu)不(bu)同(tong)的(de)動(dong)態(tai)和(he)精(jing)度(du)的(de)要(yao)求(qiu)，並(bing)且(qie)能(neng)夠(gou)使(shi)傳(chuan)感(gan)器(qi)係(xi)統(tong)滿(man)足(zu)極(ji)低(di)的(de)功(gong)耗(hao)需(xu)求(qiu)。電(dian)容(rong)傳(chuan)感(gan)器(qi)已(yi)經(jing)用(yong)於(yu)多(duo)種(zhong)應(ying)用(yong)
，並(bing)且(qie)ADI公司正在開發適應輪胎壓力傳感器和無鑰匙汽車解決方案。隨後我們將開發交替解決方案。