基于CAV424的电容式压力传感器测量电路设计

硅电容压力传感器是利用硅基材料， 应用电容原理， 采用MEMS 工艺制作的一类新型压力传感器。因其具有稳定性好，非线性和可靠性优越的性能被广泛用于工业控制和测量领域。但是差动电容式压力传感器的输出差动电容信号通常都非常微弱， 因此，如何将微小电容变化量检测及转换为后续电路容易处理的信号至关重要。目前， 比较常用的检测调理电路如谐振法、振荡法、开关电容法、AC 电桥法、运算放大器检测法等。这些调理电路都是采用分离元件设计而成的，而文中将采用一款电容专用检测转换芯片CAV424作为调理电路的核心部件。实验表明该电路稳定性高， 功耗低， 且非线性度在02%~ 0 1%, 非常适合使用干电池供电的仪表仪器。

1 CAV424工作原理

1. 1 测量原理

CAV424是专门用于电容检测转换的集成芯片， 其工作原理图及外围连接图如图1所示。

图1 CAV424工作原理图及外围连接图

由图1可知， 通过电容C osc调整参考振荡器的频率来驱动2个构造对称的积分器并使它们在时间和相位上同步。2 个被控制的积分器的振幅分别由电容C X1和C X2来决定， 这里C X1作参考电容， C X2作为测量电容。由于积分器具有很高的共模抑制比和分辨率， 所以2个振幅的差值所提供的信号就反映出2个电容C X1和C X2的差值。这个电压差值通过后面的有源滤波器滤波为直流电源信号(整流效应)， 然后送到可调的放大器， 调整RL 1和RL 2的值，可得到所需要的输出电压值。如果2 个电容C X1和C X2值相同， 那么经过整流和滤波得到的一个直流电压信号就是零。如果测量C X2电容改变了△C X2, 那么得到的输出电压与之是成正比的。如果2个电容C X1和C X2值不相同， 那么当C X2 = 0时，在输出端得到的是一个偏置值， 它始终是叠加在直流电压信号上的。

1.2 测量输出

根据CAV424工作原理及外围电路连接图， 可得测量输出表达式：

这里取ICX1= ICX2= IC, 所以输出表达式( 1)可简化为：

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