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確測量電容、電阻和電阻電橋。該芯片中的電壓-周期轉換器(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-電壓轉換器(CapacitanceⅤoltage Cc,nve⒒er,CⅤC)。此外,前端電路包括了一個多路復用器,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,例如自動標定技術、高級斬波技術、二端口測量技術和同步檢波技術[1]。在最快的工作模式下,信號收集時間總計大約10ms。更多有關該接口電路的性能、特點和應用細節(jié),讀者可以參見本章參考文獻[1,17]。在接下來的內容中,我們將看到特定應用的接口電路設計以及基本原理相同的其他應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芯片的周期調制輸出信號注:每個時間間隔包含了由多路復用器選擇的傳感元件的信息并連接到輸人的時間