單元素測量

   正弦信號阻抗測量系統(tǒng)可以在單次測量中同時獲得信號的實部和虛部。當(dāng)僅測量阻抗中的某一類參數(shù)(例如,電阻、電容或者電感)時,可以簡化測量步驟。利用方波激勵信號取代正弦信號可以達到簡化的目的。 在最近的幾十年中,利用方波激勵信號甚至僅用簡單的電子器件,單一傳感器元素的測量精度可以非常高。例如,在本章參考文獻的集成電路中,一種稱之為通用傳感器接口(Uni妮$d TransdtIcer Intelface,UTI)的電路能夠在較低和中等速度下準(zhǔn)確測量電容、電阻和電阻電橋。該芯片中的電壓-周期轉(zhuǎn)換器(Ⅴoltage ω PeⅡod Convener,ⅤPC)包括了一個張弛振蕩器(見圖

4,3a),其基本原理與4.2.2節(jié)中將霽犭論的簡單電路有某些相似之處。包含低 噪聲放大器的電容式傳感器前端限定電路稱之為電容-電壓轉(zhuǎn)換器(CapacitanceⅤoltage Cc,nve⒒er,CⅤC)。此外,前端電路包括了一個多路復(fù)用器,其可以用來選取眾多電容中的一個進行測量。在通用傳感器接口芯片中連接到放大器(CⅤC)反饋回路中的電容o也集成到了芯片上。一種采用了外部反饋電容的改良電路將在4.2.3節(jié)中介紹。

DAC5311IDCKR

   在該接口電路中,采用了很多先進的測量技術(shù),例如自動標(biāo)定技術(shù)、高級斬波技術(shù)、二端口測量技術(shù)和同步檢波技術(shù)[1]。在最快的工作模式下,信號收集時間總計大約10ms。更多有關(guān)該接口電路的性能、特點和應(yīng)用細節(jié),讀者可以參見本章參考文獻[1,17]。在接下來的內(nèi)容中,我們將看到特定應(yīng)用的接口電路設(shè)計以及基本原理相同的其他應(yīng)用是如何在通用傳感器接口中發(fā)揮作用的。利用這些傳感器接口電路設(shè)計方法可以獲得高能效、高速、高分辨率以及排除寄生電容信號干擾的高性能傳感器系統(tǒng)。

   圖4.3 a)通用傳感器接口系統(tǒng)的原理框圖,b)UTI芯片的周期調(diào)制輸出信號注:每個時間間隔包含了由多路復(fù)用器選擇的傳感元件的信息并連接到輸人的時間