电容数字转换器AD7745的工作原理和应用

1  引言

AD7745是AD公司生产的具有高的分辨率、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：4 aF；精确度：4 fF；线性度：0.01％；

在普通模式下，电容高达17 pF；

可测量电容范围：-4～4 pF；

可容忍高达60 pF的寄生电容；

更新频率：10～60 Hz。

(2)片上温度传感器

分辨率：0.1℃；精确度：±2℃；

电压输入通道；

内部时钟振荡器；

两线串行接口(I2C兼容)。

(3)电源

2.7～5.25 V单电源供电。

2工作原理及引脚功能

2.1  工作原理

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(CAP-DAC)作为电容的输入、一个温度传感器、一个时钟发生器、一个控制校正逻辑、I2C接口。AD7745的功能框图如图1所示。下面对图中的主要部分进行功能说明。

(1)∑-△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Cx被连接在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)被加到CX，∑-△调制器连续采样经过CX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I2C串行接口将数据读出。

(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AD77415中有2个CAPDAC，一个连接到CIN1(+)，另一个连接到CIN1(一)，如图2所示。输入电容CX，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CAP-DAC设置成温度传感器±4 pF，被测电容的变化范围成了0～8 pF。

(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△VBE，∑-△调制器将△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=5 V时，小于0.5℃)，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)I2C串行接口

AC7745支持I2C兼容2线串行接口，I2C总线上的2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2根线进行传输。

来源：现代电子技术