基于MS3110的差分电容检测方法研究及其电磁兼容性设计

第5期

Vd(t)=

徐平等:基于MS3110的差分电容检测方法研究及其电磁兼容性设计

411[sin t+sin3 t+sin5 t+ ]35

(3)

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触时,通过保护环产生放电,而不再是通过电路板上的电路。2 实际应用

利用MS3110对微加速度计表头进行测试,该微加速度计表头为插齿式差分电容结构,8脚双列直插封装形式,极板间电容为2pF,对加速度的敏感度为100fF/g.测量试验在数控精密转台上进行,通过改变微加速度计敏感轴向与重力加速度的夹

采样保持器的输出为Vsh(t)=Vc(t) Vd(t)=

4Akc C11(sin t+sin3 t+sin5 t+ ) 35411[sin t+sin3 t+sin5 t+ ]35

8Akc C11=[1+2+2+ ]+Vhf(t)=Akc C+Vhf(t)2

35式中Vhf(t)为高频量。

利用低通滤波器滤除采样保持器输出信号中的高频量,经过放大后,得到的信号为

V0(t)=Akckg C

式中kg为放大增益环节的放大倍数。

从式(5)可以看出:MS3110的输出与输入电容差成正比,可以应用于电容式MEMS传感器中的信号检测电路。1 2 MS3110的参数设定

MS3110具有很高的灵活性,其积分电容值、放大增益、补偿电容、带宽均可以通过编程设定,设计的编程电路利用2051单片机接收计算机的编程数据,然后生成MS3110的编程指令,输入到MS3110当中,同时单片机也能够读出MS3110的参数,并传送到计算机中,编程读出电路的结构框图如图2

所示。

(5)(4)

角来实现不同加速度的输入,测量系统结构示意图如图3所示。

图3 微加速度计测试平台示意图

微加速度计安装在转台上,敏感轴向与转轴垂直,通过改变转台平面与水平面的夹角来实现不同加速度的输入。由图3可以看出:当微加速度计的敏感轴向与重力加速度的夹角为 时,微加速度计感受的加速度a=g cos ,从而可以通过改变夹角 来改变加速度a.在0 ~90 之间,每隔10 进行1次测量,读出该微加速度计的输出电压,绘制电压-输入加速度曲线如图4所示。测得该系统的非线性度为1 3%,刻度因子为0 185V/g,测量重复性较好,能够长时间稳定工作。

图2 MS3110芯片的读写控制框图

1 3 检测系统的电磁兼容性设计

(1)检测设备外壳的屏蔽,采用在塑料外壳内部金属薄膜衬里的方法,形成导电塑料壳体并将其接地,

内部印刷电路板和壳体通过对地的电容相连接,这样就可使屏蔽体内的电路和芯片不受外部电磁噪声的影响。

(2)对输入的控制信号和输出的检测信号,采用带有屏蔽功能的双绞线作为传输线,其阻抗高、抗共模噪声能力强,并且可使各小环路的电磁感应干扰相互抵消,因此,其对外界电磁干扰具有一定的抑制效果。

(3)检测系统采用 5V直流电源供电,为了保持其稳定性,采用在负载的电源总线上跨接去耦电容的方法来实现良好的低阻抗直流电源传输回路;此外,它还可以有效地抑制电源尖峰干扰,减少开关噪声。

(4)对编程电路板进行抗干扰设计,数字地开,分别与电源端地线相连,尽量加大模拟电路的接地面积,接地线应尽量加粗;CMOS芯片的输入阻抗很高,易受感应,因此使用时应将空置端子接高电平或接地;为了减少外界电磁场对印刷电路板的影响,电路板上所有的环路面积都应当尽可能地保证最小,这些环路包括电源与地、信号与地形成的所有环路;沿人接

3 结束语

研究了利用MS3110设计电容式MEMS传感器信号检测电路的方法,设计了MS3110的编程控制电路和编程软件,利用该芯片,设计了插齿式微加速度计的电容检测电路,对检测电路的电磁兼容性进行了专门设计,对性能进行测试并取得了较为满意的结果。MS3110通用性好、测量线性度以及测量分辨率较高,可以适用于对大多数电容的测量,对电容式传感器的接口电路提供了一种新的思路和方法。参考文献:

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(1):21-23.

图4 输出电压-输入加速度测试曲线

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