本次与大家分享的是世健和ADI联合举办的《世健·ADI工业趴：放飞思路，解封你的超能力》主题活动的三等奖文章：《ADI公司的精密电容测量方案分享》。
作者： beyond_笑谈
方案主题：ADI公司精密电容测量方案
设计背景：在产品设计中，需要动态采集微弱电容值（pF级别）并将容值反馈给单片机进行对应的信号判断及逻辑控制。
方案选型：AD7747
AD7747基本介绍
AD7747是一款24位电容数字转换器(CDC)。可以测量接地式容性传感器的电容，即传感器直接连接至AD7747输入引脚。
• 测量精度：10 fF
• 测量线性度：0.01%
• 共模式电容值测量最高：17pF
• 集成温度测量功能：
• 温度测量分辨率：0.1°C
• 温度测量误差：±2°C
• 通过I2C总线将测量值传给单片机
• 单电源供电：
• 供电范围：2.7V - 5.25V
• 低功耗：0.7mA
• 工作温度范围： –40°C ~ +125°C
AD7747基本介绍
pin1: SCL (I2C总线时钟)
pin2: RDY_n (逻辑状态输出指示，不用可以空接)
pin3: SHLD (电容输入屏蔽，不用可以空接)
pin4: TST (预留空接即可)
pin5,6: REFIN(+), REFIN(−) (差分电压输入，不用可以空接或者接地)
pin7,8: CIN1(-), CIN1(+) 如果设计为差分测量，两端接被测电容。如果设计为单端测量，测量电容输入接pin8，pin7空接即可
pin9,10: NC 空接
pin11,12: VIN(+), VIN(−) (芯片内部ADC的差分电压输入，不用可以空接或者接地)
pin13: GND
pin14: VDD
pin15: NC 空接
pin16：SDA (I2C总线数据)
AD7747的内部功能框图如下，从内部图可见：
1. AD7747集成了温度，电压，电容检测功能。
2. AD7747通过I2C总线将采集数据传送至单片机。
AD7747检测电容值的基本电路图如下，由于其他功能未用，故没有连接。
上面的电路经过实际测试，可以实现功能。测试的电路板如下图，仅供参考。
ADI官网AD7747链接：
https://www.analog.com/cn/products/ad7747.html
如果在设计AD7747的软件时不太熟悉，可以先参考AD7746的评估板（提供参考程序方案）。
这两个芯片的区别是：AD7746是针对浮地测量电容，AD7747是针对接地测量电容。
与CIN和EXC引脚连接的外部滤波器影响AD7747的转换精度。下图是输入到输出传递函数的变化。使用外部滤波器时，失调误差为0.05 pF(1.21% FS)，而增益误差为−0.014pF(−0.34% FS)。
采用轻型滤波器时的EMC性能也会有变化。当RF频率以1 MHz为步进从1 MHz扫描到100MHz并以10 MHz为步进从100MHz扫描到1000 MHz时，在低频下存在容性传感器读数误差。该误差在低频下一般为1.2% FS。在更高频，误差一般降低至0.015% FS。当以200Hz为步进在1 MHz至5 MHz范围内进行DPI测试时，器件对32kHz倍频附近的窄带频率有一定敏感性，测得最大误差为2.2% FS。
低滤波水平的前端配置对电容输入性能影响较小。但在容性传感器电极处，只需少量接触电磁场就会造成电容性能下降。因此，这些滤波器适用于非恶劣EMC环境。如果要求系统在恶劣的汽车或工业环境内可靠运行，就必须进行谨慎的PCB布局.
高滤波水平的前端配置在增益和失调误差方面对电容输入性能产生较大影响。这些滤波器适用于如下应用：绝对值并不十分重要，但关键系统性能有赖于在抗EMC性能和高电容分辨率之间取得良好平衡。这些配置应当用于雨量传感或近程传感等应用.
免责声明：本文仅代表作者个人观点，与主办方ADI、Excelpoint世健以及EEworld无关。
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