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1 引言
AD7745是AD公司生產(chǎn)的具有高的分辨率、低功耗的電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器。該芯片性能穩(wěn)定，操作方便，可以和多種電容傳感器一起開發(fā)各種實際產(chǎn)品。AD7745的主要特點如下：
(1)電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器
具有單端電容探測器或者差分式電容探測器接口；
分辨率：4 aF；精確度：4 fF；線性度：0.01％；
在普通模式下，電容高達17 pF；
可測量電容范圍：-4～4 pF；
可容忍高達60 pF的寄生電容；
更新頻率：10～60 Hz。
(2)片上溫度傳感器
分辨率：0.1℃；精確度：±2℃；
電壓輸入通道；
內(nèi)部時鐘振蕩器；
兩線串行接口(I2C兼容)。
(3)電源
2.7～5.25 V單電源供電。
2工作原理及引腳功能
2.1 工作原理
AD7745的核心是一個高精度的轉(zhuǎn)換器，由1個二階調(diào)制器和1個三階數(shù)字濾波器構(gòu)成。AD7745可以配置成一個電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器(CDC)，也可以配置成一個經(jīng)典的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。除了轉(zhuǎn)換器外，AD7745集成了一個多路復用器、一個激勵源和電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器(CAP-DAC)作為電容的輸入、一個溫度傳感器、一個時鐘發(fā)生器、一個控制校正邏輯、I2C接口。AD7745的功能框圖如圖1所示。下面對圖中的主要部分進行功能說明。
(1)∑-△調(diào)制器
∑-△調(diào)制器是AD7745的核心，它是將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的器件，其工作原理是：被測的電容Cx被連接在CDC激勵輸出(EXCA或者EXCB)與∑-△調(diào)制器輸入(VIN(+))之間，在1個轉(zhuǎn)換周期，一個方波激勵信號(從EXCA或者EXCB輸出)被加到CX，∑-△調(diào)制器連續(xù)采樣經(jīng)過CX的電荷。數(shù)字濾波器處理∑-△調(diào)制器的輸出，數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)字濾波器輸出，經(jīng)過校正，由I2C串行接口將數(shù)據(jù)讀出。
(2)電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器(CAPDAC)
電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器(CAPDAC)可以被理解成一個負電容直接內(nèi)部連接到CIN引腳。在AD77415中有2個CAPDAC，一個連接到CIN1(+)，另一個連接到CIN1(一)，如圖2所示。輸入電容CX，CY(差分模式下)與輸出數(shù)據(jù)(DATA)之間的關(guān)系如下：
電容數(shù)模轉(zhuǎn)換器可以用來編程被測電容的輸入范圍，通過設置CAPDAC(+)和CAPDAC(一)的值，可以改變被測電容的范圍，比如在單端模式下，將CAP-DAC設置成溫度傳感器±4 pF，被測電容的變化范圍成了0～8 pF。
(3)溫度傳感器
AD7745使用1個片上晶體管測量芯片內(nèi)部的溫度，芯片的溫度變換將影響到晶體管的電壓△VBE，∑-△調(diào)制器將△VBE轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號，最終的輸出線性于溫度的變化。由于AD7745的功耗很低，因此它自身產(chǎn)生的熱量很少(在VDD=5 V時，小于0.5℃)，被測電容探測器的溫度可以認為和AD7745的溫度相同，因此AD7745內(nèi)部的溫度傳感器可以用做系統(tǒng)的傳感器。也就是說，整個系統(tǒng)的溫漂補償可以基于片內(nèi)的溫度傳感器，而不需要片外器件。
(4)I2C串行接口
AC7745支持I2C兼容2線串行接口，I2C總線上的2根線是SCL(時鐘)和SDA(數(shù)據(jù))，所有的地址、控制和數(shù)據(jù)信息都通過這2根線進行傳輸。
