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电工技术基础 湖罗镬籀湖黪电容传感器的集成接口电路是什么？性能如何？
AD7745是AD公司生产的具有高分辨率、低功耗的电容数字转换器。该芯片性能稳定，操作方便，可以和多种电容传感器一起开发各种实际产品。AD7745的主要特点如下：
(1)电容数字转换器
具有单端电容探测器或者差分式电容探测器接口；分辨率：4aF;精确度：4fF;线性度：0.01; 在普通模式下，电容高达17pF;可测量电容范围：-4～4pF; 可容忍高达60pF的寄生电容, 更新频率：10～60Hz。
(2)片上温度传感器
分辨率：0.1℃；精确度：士2℃；
电腿输入通道；内部时钟振荡器。
(3)两线串行接口（与I2C兼容）
(4)电源
2.7～5.25V单电源供电。
AD7745的核心是一个高精度的转换器，由1个二阶调制器和1个三阶数字滤波器构成。AD7745可以配置成一个电容数字转换器(CDC)，也可以配置成一个经典的模数转换器(ADC)。除了转换器外，AD7745集成了一个多路复用器、一个激励源和电容数模转换器(CAPDAC)作为电容的输入、一个温度传感器、 ．个时钟发生器、_.AI控制逻辑校正、I2C串口。AD7745的功能框图如图3-32所示。下商对图中的主要部分进行功能说明。
(1) E-A调制器
∑．△调制器是AD7745的核心，它是将模拟信号转换成数字信号的器件，其工作原理是：被测的电容连接在CDC激励输出（EXCA或者EXCB）与∑．△调制器输入(VIN(+))之间，在1个转换周期，一个方波激励信号（从EXCA或者EXCB输出）加到被测电容卜，∑．△调制器连续采样经过的电荷。数字滤波器处理∑．△调制器的输出，数据经过数字滤波器输出，经过校正，由IC串行接口将数据输出。
(2)电容数模转换器(CAPDAC)
电容数模转换器(CAPDAC)可以被理解成一个负电容直接内部连接到CIN引脚。在AD7745中有2个CAPDAC，一个连接到CINl(+)，另一个连接到C刑】（一），如图3-33所示。输入电容CY（差分模式下）与输出数据( DATA)之间的关系如下：
电容数模转换器可以用来编程被测电容的输入范围，通过设置CAPDAC(+)和CAPDAC（一）的值，可以改变被测电容的范围，比如在单端模式下，将CAPDAC设置成士4pF，被测电容的变化范围成了0～8pF。
(3)温度传感器
AD7745使用1个片上晶体管测量芯片内部的温度，芯片的温度变换将影响到晶体管的电压A VBE，∑一△调制器将A VBE转变成数字信号，最终的输出线性于温度的变化。由于AD7745的功耗很低，因此它自身产生的热量很少（在VDD=5V时，温升小于0.5 0C），被测电容探测器的温度'可以认为和AD7745的温度相同，因此AD7745内部的温度传感器可以用做系统的传感器。也就是说，整个系统的温漂补偿可以基于片内的温度传感器，而不需要片外器件。
(4) IC串行接口
AC7745支持I2C兼容2线串行接口，I2C总线上的两根线是SCL（时钟）和SDA（数据），所有的地址、控制和数据信息都通过这两根线进行传输。 AD7745的引脚排列如图3-34所示。各引脚功能描述如下：
SCL: 12C串行时钟输入。
RDY：逻辑输出。当该引脚信号的下降沿到来时，表示在已经使能的通道转换已经完成，同时新的数据已经到达该通道。
EXCA、EXCB: CDC激励输出；被测电容接在EXC引脚和CIN引脚之间。
REFIN(+)，REFIN（一）：
CIN1（一）：在差分模式下，下，该引脚内部断开。
CINl(+)：在差分模式下，下，CDC的电容输入。差分参考电压输入。
CDC的负电容输入；在单端模式
CDC的正电容输入；在单端模式
NC:空管脚。
VIN(+)、VJN（一）：ADC的差分电压输入；此引脚同时连接外部温度探测二极管。
GNI)：接地端。
VDD:电源端；2.7～5.25V单电源供电。
SDA:双向I2C串行数据线。
AD7745有差分模式和单端模式两种测量工作模式。
(1)差分模式
当被测电容传感器是差分式电容传感器时，其连接方法如图3-35所示，差分电容探测器的正电容输入连接到CINl(+)，负电容输入连接到CIN1（一）。通过I2C接口将AD7745中的电容设置寄存器（Cap Setup register）中的CAPDIFF位设置成1。
(2)单端模式
当被测电容传感器是单端电容传感器时，其连接万法如图3-36所示。可以通过设定CAPDAC(+)的值调整被测的电容传感器的输出范围。
电容传感器的种类很多，总体可以分为改变极板之距离的极距型传感器，改变极板遮盖面积的面积型传感器，改变电介质之介电常数的介质型传感器。
图3-37给出了一个测量湿度的实例。根据极板间介质的介电常数随湿度而改变的差分式电容传感器，将差分式电容传感器的正负电容输出分别接到AD7745的CINl(+)和crNI（一）引脚。然后将AD7745接到3V/5V电压上，将AD7745的输出通过I2C总线接到主机控制器，SCL和SDA要接lOkQ的上拉电阻。主机控制器选择P89C668，因为该MCU具有I2C接口和UART串口。
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