花都升降机出租, 南沙升降机出租,中山升降机出租    电容信号采集处理模块的特点?
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       花都升降机出租, 南沙升降机出租,中山升降机出租    电容信号采集处理模块的特点?  (1)电容检测芯片的选型 本测试仪系统采用电容式差压传感器检测被测器件与密封标准件之间的压差大小。检测过程中,器件容腔内的压力变化将引起传感器内部的极板间距变化,从而影响电容值大小。电容值的改变是很微小的,故精确的测量传感器输出的电容值是检测的关键,设计合适的电容检测电路尤为重要。 传统的电容检测主要依靠建立信号处理电路,传统电路的结构十分复杂,很难扩展电容测量范围,开发难度大,并且在精度、准确性以及抗干扰能力上有较大局限,难以满足微小电容信号检测的高精度要求。随着微电子技术的进步和发展,针对传统电容检测电路的不足,一些厂商研发了集成化的电容检测芯片。电容检测芯片将原本复杂庞大的信号处理电路集成到一块芯片内,大大简化了检测电路,减少了电路设计中元器件带来的误差和相互干扰,进一步提高了电容检测的精度。 目前国外厂商已经开发了多款微电容检测芯片,并投入到工业生产和测试中,比如 AD7746、CAV444、PCap02。基于各个芯片的工作原理和制作工艺的差异,芯片在功能和性能上有很大的不同。 总结了三款专业的微电容检测芯片的优缺点。经过比较和分析主流微电容检测芯片,结合系统测量范围以及两路电容检测的设计需要,选择 Pcap02 芯片作为电容检测的核心模块。 
 

         AD7746  高线性度 0.01%;高精度 4fF; 输出为数字信号。 测量可变电容范围较小为±4pF,需通过扩容电路对该芯片进行扩容;电容转换速率较低。 CAV444  较广的测量范围 10p F-10nF;线性度好。 测量电容下限较大;输出电压为模拟信号,需要外接模数转换模块,且需要进行校准,后续处理复杂度较高。 PCap02  测量范围 f F-nF;精度高达 21 位有效位;测量频率高达 500k Hz;内置 DSP 模块,输出数字信号。 输出为电容比值,需进一步运算处理; 参考资料较少,研发周期较长。 



   (2)PCap02 芯片的工作原理 艾迈斯半导体公司的 PCap02 芯片是一款集成数字信号处理模块的电容数字转换单芯片,专用于电容检测。芯片内部通过算法和电路对寄生电容进行补偿,芯片测量结果为电容的比值,减小了温度对结果的影响,测量精度高,并且具有测量范围大、功耗低、分辨率高、处理速度快、外围电路简单等优势。芯片主要模块包括用于电容检测的电容数字转换模块 CDC,用于温度检测的电阻数字转换模块 RDC,数字信号处理模块 DSP,通信接口模块。 PCap02 芯片基于电容充放电原理实现电容测量。测量过程中,将待测电容 CN 和参考电容 Cref 连接到相同的放电电阻,组成 RC 放电网络。首先在充电阶段将电容充电至电源电压,接着电容通过放电电阻进行放电,使电容两端电压下降至阈值,芯片内部的时间数字转换模块 TDC 会测量开始放电到放电结束的时间,然后芯片放电至 0V,再多次重复上述充放电过程。多次充放电测量后,TDC 模块将测量数据传送至 DSP 模块进行运算。由于放电时间与电容大小成正比,芯片内 TDC 模块测得的放电时间比即为电容比,最终芯片将待测电容与参考电容的比值 /NrefC C 存在结果寄存器中等待外部设备读取。参考电容可选芯片内部电容或外接电容,根据参考电容的值即可计算得到待测电容的值。 



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         PCap02 芯片通过测量电容放电时间得到被测电容与参考电容之比,时间测量方法决定了电容检测的准确性。PCap02 片上集成高分辨率 TDC 模块测量电容放电时间。TDC 模块主要由脉冲发生器、数据处理单元、时间测量单元、温度测量单元、控制单元、通信接口组成,其功能是将时间信号的模拟量转换成数字信号。TDC 的工作原理: 输入信号经过逻辑门,由于逻辑门有传播时间,信号会发生延时。逻辑门的传播时间可知并且足够微小,根据一段时间内信号经 过逻辑门的数量,可以精确得出时间间隔。计时的精度取决于逻辑门的传播时间,通常 TDC 的分辨率可以达到皮秒级别。   TDC 测量时序: 系统开始计时工作,首先开始计时 Start 信号的上升沿被矩形波触发后,由精计时模块记录下 Start 信号到下一个时钟上升沿的传播时间差 Finecount1。等待停止计时 Stop 信号,粗计时模块记录直到 Stop 信号后第一个上升沿之间的时钟脉冲个数 Coarsecount。当 Stop 信号到来时,精计时模块记录Stop 信号到下一个时钟上升沿的时间差 Finecount2。
 



  (3)PCap02 芯片外围电路设计: PCap02 芯片连接电容传感器的方式分别为接地和浮地,两种方式均可以连接单一电容传感器和差分电容传感器,两两组合形成的四种连接模式,单一传感器接地模式最多可连接 7 个传感器和 1 个参考电容,单一传感器浮地模式 最多可连接 3 个传感器和 1 个参考电容,差分传感器接地模式最多可连接 4 个传感器,差分传感器浮地模式最多可连接 2 个传感器,根据传感器和测试需求选择合适的连接模式。本系统采用单一传感器接地方式,PC1 和 PC2 分别连接电容式差压传感器的两个引脚,PC0 引脚外接一个 100pF 的参考电容。 芯片的 RDC 模块提供温度测量,可以选择内部的铝电阻作为温度传感器,内部的多晶硅电阻作为参考电阻,或外接温度传感器,外接参考电阻。本系统选择外接 PT1000 温度传感器以及 1kΩ 的多晶硅参考电阻。 基于上述的分析,测试仪系统采用单一传感器接地模式连接电容传感器,外接 PT1000 温度传感器进行温度测量,PCap02 芯片与 STM32 微控制器之间选用SPI 接口通讯。



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