你在傳感器系統(tǒng)中是否遇到過電容測量值的波動(dòng)呢？對(duì)于這些測量值的波動(dòng)有幾種解釋,，但是最常見的根本原因是外部寄生電容干擾。這種干擾,，比如說不經(jīng)意間將手靠的太近或者周圍區(qū)域中的電磁干擾 (EMI),，需要引起我們的注意，并在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)解決這些問題,，其原因在于這些干擾會(huì)大大地降低系統(tǒng)可靠性和靈敏度,。幸運(yùn)的是,，有幾種方法可以幫助緩解這些干擾因素，這樣它們就不會(huì)影響到電容測量值的讀數(shù)了,；其中一個(gè)方法就是有源屏蔽,。FDC1004的最大特點(diǎn)就是有能夠降低干擾并幫助集中電容傳感器的感測區(qū)域。
想象一下有一條導(dǎo)線被連接至FDC1004通道輸入中的一個(gè),。當(dāng)你的手靠近這條導(dǎo)線并且將要接觸到它時(shí),，手與導(dǎo)線上的信號(hào)就形成了一個(gè)閉合回路，此時(shí)人體起到了接地源的作用,。如果你的手不是既定目標(biāo)，那么就被視為寄生電容,。解決方案是設(shè)置包裹在導(dǎo)線外的有源屏蔽,。屏蔽驅(qū)動(dòng)器是在同一電壓電位，即相同波形上驅(qū)動(dòng)為傳感器輸入的有源信號(hào)輸出,，所以沒有電位差,，因此在屏蔽和傳感器輸入之間就沒有電容。任何外部干擾將把具有最小交互作用的屏蔽信號(hào)與傳感器信號(hào)耦合在一起,。圖1顯示的就是屏蔽傳感器到FDC1004的信號(hào)線路的做法是如何減少任何干擾源對(duì)電容測量值的影響程度的,。
在電容感測應(yīng)用使用屏蔽有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：
·它將感測區(qū)域指向并集中在特定區(qū)域。
·它減小并消除寄生電容和干擾源,。
·它消除了接地層上的溫度變化效應(yīng),。
屏蔽的指向性
在沒有屏蔽時(shí)，傳感器即CH檢測的是傳感器上方和下方的物體,。根據(jù)應(yīng)用的不同,，同時(shí)檢測上方和下方的物體是不合適的，還會(huì)錯(cuò)誤地表示與目標(biāo)相關(guān)的電容測量值,。通過在CH和GND電極下方放置一個(gè)屏蔽傳感器,，下方的場線從根本上被阻斷了；只有頂部的場線具有一個(gè)已確定的路徑,。圖2中顯示的示例有些許簡化,，并且不包括邊緣效應(yīng)。
寄生電容和干擾源
良好的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)原理要求接地層能夠幫助減少噪聲并增加信號(hào)完整性,。對(duì)于電容感測應(yīng)用來說,，由于接地層即使不是既定的感測區(qū)域時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)針對(duì)電場線的端接源,，所以接地層會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響,。如果印刷電路板 (PCB) 按照圖3中相似的方式進(jìn)行堆疊，將會(huì)出現(xiàn)邊緣效應(yīng),，并且會(huì)導(dǎo)致測量值內(nèi)包含從傳感器到接地層之間的電容路徑上的值,。通過使用傳感器與接地層之間的屏蔽，可以顯著地減少這個(gè)高值接地寄生電容。
在理想情況下,，此屏蔽將消除接地層的全部影響,；但是由于邊緣效應(yīng)，測量值中仍然會(huì)有一個(gè)較小的寄生接地電容值,。屏蔽尺寸必須遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳感器和接地層的尺寸,，這樣的話，邊緣上的場線會(huì)比總體電容測量值弱很多,。
接地層上的溫度效應(yīng)
除了將初始寄生電容偏移引入到測量值中,，溫度也是導(dǎo)致寄生接地層電容發(fā)生變化的因素。這一現(xiàn)象可以看成一個(gè)隨時(shí)間發(fā)生變化的偏移,。這些溫度造成的變化由接地層的膨脹和收縮所導(dǎo)致,。在傳感器和接地層之間插入一個(gè)屏蔽層有助于緩解寄生接地層電容對(duì)測量值的影響。
使用FDC1004時(shí)的典型實(shí)現(xiàn)方式
FDC1004具有驅(qū)動(dòng)屏蔽驅(qū)動(dòng)器引腳上400pF負(fù)載的能力,。任何大于400pF的負(fù)載將會(huì)使屏蔽不能正常有效地發(fā)揮作用,。輸入通道與屏蔽之間的配對(duì)取決于工作模式。在單端模式中,，因?yàn)閮蓚€(gè)屏蔽引腳在內(nèi)部被短接在一起,，CIN1到CIN4可與SHLD1或SHLD2配對(duì)。對(duì)于差分模式來說,，表1列出了相位內(nèi)的情況,。
例如，如果FDC1004被配置為CH1-CH4的方式,，CH1將在相位內(nèi)并與SHLD1配對(duì),，而CH4將在相位內(nèi)并與SHLD2配對(duì)。
其它資源：
·下載 FDC1004數(shù)據(jù)表,。
·用FDC1004EVM獲得電容感測技術(shù)使用的第一手資料,。
·查看最新的TI Designs參考設(shè)計(jì)，了解用于系統(tǒng)喚醒和中斷的基于電容的人體接近程度檢測,。
·在德州儀器在線技術(shù)支持社區(qū)電容感測論壇中搜索與你的設(shè)計(jì)相關(guān)的答案并獲得幫助,。