電容傳感實現非接觸測量背后的CDC技術

電子發燒友網報道（文/李寧遠）電容式傳感依靠CDC技術，成為一種低功耗、低成本且能實現高分辨率的非接觸式感測手段，在汽車、工業、醫療等領域有著很多應用場景，適用于接近檢測、手勢識別、遠程液位感測等各種傳感場合?，F在的電容式傳感是一種高度靈活而又低成本的傳感設計方案，在熱門領域鋪開了不少應用。

電容傳感的非接觸式感測

電容式傳感器是以電容作為傳感元件，將被測物理量或機械量轉換成為電容變化量的一種轉換裝置，在位移、角度、振動、速度、壓力等方面的測量應用頗多。比如濕度傳感，現在高精度的濕度傳感一般都會首選電容式傳感。

因為電容式濕度傳感線性化程度很高，不需要進行線性補償，在低濕范圍里靈敏度很好。加之通過改變構造能在薄膜結構里將電容值做大，比起其他濕度傳感來說響應速度也更快。電容式非接觸式的測量很符合現在的傳感趨勢，而且電容式IC易集成的特性也能方便匹配各種檢測需求。

現在汽車應用里的離手檢測HoD主流技術路線也是用電容來做，通過準確的測量不同的抓握姿勢和其他材料接觸方向盤所產生的電容值，對方向盤狀態做精準的判斷。離手檢測很吃電容傳感芯片的性能，尤其是電容數字轉換器，其分辨率會影響到實際檢測最后的精度。

電容傳感雖然是非線性的，不進行線性補償的話存在一定局限性，但是在高分辨率的電容數字轉換器的幫助下，結構簡單、動態響應好還能實現非接觸測量，是一類很實用的高精度傳感器。

電容傳感背后的CDC

實現電容式傳感的背后是CDC技術，也就是電容數字轉換技術。在需要高分辨率的傳感器中一般都有Delta Sigma架構ADC進行模擬和數字信號的轉換。本質上Delta Sigma架構ADC是利用電荷平衡電路，將已知的基準電壓和未知的輸入電壓施加在電容上，通過電荷平衡來確認未知電壓。

而在Delta Sigma型CDC中，未知的是電容，將已知的激勵電壓加到輸入上，通過電荷平衡檢測未知電容的變化。簡單來說，電容數字轉換器CDC通過改進后的Delta Sigma型ADC輸入級，檢測未知的電容并將其轉換成數字量，其中很重要的一點是，CDC可以保留原Delta Sigma型ADC的分辨率和線性度，直接測量連接輸入端的電容。

可以說CDC是專為激勵電容式觸摸傳感器設計的，具有低功耗、高集成度、高精度測量的器件，已成為電容傳感器應用的主流。

CDC的加持，讓電容傳感在汽車和工業系統里有了很大的用武之地。以往的電容傳感不好控制，難以讀取數據這些缺點在CDC的幫助下不再是制約因素。這一點從現在汽車里越來越多帶觸控功能的設備就能看出來。高分辨率高動態范圍的電容數字轉換器能感測到極微小的電容變化，觸控靈敏度大幅提升，大大增強了電容傳感器在支持手勢運動和觸摸功能上的應用。

傳感器的靈敏度同樣受噪聲敏感性影響很大，現在的CDC都會在EMI上做額外的增強。比如內置噪聲抑制機制、新的基于窄帶的創新型抗EMI架構，能對噪聲和干擾進行高度抑制，保證器件在高速條件下提供高分辨率。

如果CDC能支持更寬的激勵頻率，那么靈活性會更高，在電容傳感應用到檢測液體上時會更可靠。

小結

目前CDC的快速響應時間有了進一步提高，應用CDC能將電容傳感的靈活性提升不少，滿足不同的動態和精度的要求。在CDC的加持下，電容傳感器得以在非消費領域的各類應用中實現高性能的觸控技術。