本次與大家分享的是世健和ADI聯(lián)合舉辦的《世健·ADI工業(yè)趴：放飛思路，解封你的超能力》主題活動(dòng)的三等獎(jiǎng)文章：《ADI公司的精密電容測(cè)量方案分享》。
作者：?beyond_笑談
方案主題：ADI公司精密電容測(cè)量方案
設(shè)計(jì)背景：在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，需要?jiǎng)討B(tài)采集微弱電容值（pF級(jí)別）并將容值反饋給單片機(jī)進(jìn)行對(duì)應(yīng)的信號(hào)判斷及邏輯控制。
方案選型：AD7747
AD7747基本介紹
AD7747是一款24位電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器(CDC)。可以測(cè)量接地式容性傳感器的電容，即傳感器直接連接至AD7747輸入引腳。
? 測(cè)量精度：10 fF
??測(cè)量線(xiàn)性度：0.01%
??共模式電容值測(cè)量最高：17pF
??集成溫度測(cè)量功能：
? ? ??溫度測(cè)量分辨率：0.1°C
? ? ??溫度測(cè)量誤差：±2°C
??通過(guò)I2C總線(xiàn)將測(cè)量值傳給單片機(jī)
??單電源供電：
? ? ??供電范圍：2.7V - 5.25V
? ? ??低功耗：0.7mA
??工作溫度范圍：?–40°C ?~??+125°C
AD7747基本介紹
pin1: SCL? (I2C總線(xiàn)時(shí)鐘)
pin2: RDY_n? (邏輯狀態(tài)輸出指示，不用可以空接)
pin3: SHLD (電容輸入屏蔽，不用可以空接)
pin4: TST (預(yù)留空接即可)
pin5,6:??REFIN(+), REFIN(?)? (差分電壓輸入，不用可以空接或者接地)
pin7,8: CIN1(-), CIN1(+)? 如果設(shè)計(jì)為差分測(cè)量，兩端接被測(cè)電容。如果設(shè)計(jì)為單端測(cè)量，測(cè)量電容輸入接pin8，pin7空接即可
pin9,10: NC? 空接
pin11,12:?VIN(+), VIN(?)? (芯片內(nèi)部ADC的差分電壓輸入，不用可以空接或者接地)
pin13: GND?
pin14: VDD
pin15: NC 空接
pin16：SDA ?(I2C總線(xiàn)數(shù)據(jù))
AD7747的內(nèi)部功能框圖如下，從內(nèi)部圖可見(jiàn)：
1. AD7747集成了溫度，電壓，電容檢測(cè)功能。
2. AD7747通過(guò)I2C總線(xiàn)將采集數(shù)據(jù)傳送至單片機(jī)。
AD7747檢測(cè)電容值的基本電路圖如下，由于其他功能未用，故沒(méi)有連接。
上面的電路經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試，可以實(shí)現(xiàn)功能。測(cè)試的電路板如下圖，僅供參考。
ADI官網(wǎng)AD7747鏈接：?
https://www.analog.com/cn/products/ad7747.html
如果在設(shè)計(jì)AD7747的軟件時(shí)不太熟悉，可以先參考AD7746的評(píng)估板（提供參考程序方案）。
這兩個(gè)芯片的區(qū)別是：AD7746是針對(duì)浮地測(cè)量電容，AD7747是針對(duì)接地測(cè)量電容。
與CIN和EXC引腳連接的外部濾波器影響AD7747的轉(zhuǎn)換精度。下圖是輸入到輸出傳遞函數(shù)的變化。使用外部濾波器時(shí)，失調(diào)誤差為0.05 pF(1.21% FS)，而增益誤差為?0.014pF(?0.34% FS)。
采用輕型濾波器時(shí)的EMC性能也會(huì)有變化。當(dāng)RF頻率以1 MHz為步進(jìn)從1 MHz掃描到100MHz并以10 MHz為步進(jìn)從100MHz掃描到1000 MHz時(shí)，在低頻下存在容性傳感器讀數(shù)誤差。該誤差在低頻下一般為1.2% FS。在更高頻，誤差一般降低至0.015% FS。當(dāng)以200Hz為步進(jìn)在1 MHz至5 MHz范圍內(nèi)進(jìn)行DPI測(cè)試時(shí)，器件對(duì)32kHz倍頻附近的窄帶頻率有一定敏感性，測(cè)得最大誤差為2.2% FS。
低濾波水平的前端配置對(duì)電容輸入性能影響較小。但在容性傳感器電極處，只需少量接觸電磁場(chǎng)就會(huì)造成電容性能下降。因此，這些濾波器適用于非惡劣EMC環(huán)境。如果要求系統(tǒng)在惡劣的汽車(chē)或工業(yè)環(huán)境內(nèi)可靠運(yùn)行，就必須進(jìn)行謹(jǐn)慎的PCB布局.
高濾波水平的前端配置在增益和失調(diào)誤差方面對(duì)電容輸入性能產(chǎn)生較大影響。這些濾波器適用于如下應(yīng)用：絕對(duì)值并不十分重要，但關(guān)鍵系統(tǒng)性能有賴(lài)于在抗EMC性能和高電容分辨率之間取得良好平衡。這些配置應(yīng)當(dāng)用于雨量傳感或近程傳感等應(yīng)用.
免責(zé)聲明：本文僅代表作者個(gè)人觀點(diǎn)，與主辦方ADI、Excelpoint世健以及EEworld無(wú)關(guān)。
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世健擁有超過(guò)35年歷史，業(yè)務(wù)擴(kuò)展至亞太區(qū)的49個(gè)城市和地區(qū)，目前在中國(guó)擁有十多家分公司和辦事處。憑借專(zhuān)業(yè)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)、頂尖的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用支持以及豐富的市場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，世健在中國(guó)業(yè)內(nèi)享有領(lǐng)先地位。
