交流电桥法微弱电容检测电路设计开题报告

1. 研究目的与意义

随着电容式传感器系统逐渐朝着微型化、综合化、网络化、智能化、多功能化、全数字化方向发展。各种新型的电容式传感器，特别是 mems 微电容传感器和精密测量电容式传感器，对电容检测技术的要求也就越来越高。有的电容检测系统的传感器电容信号甚至低于1 p f，并且传感器电容的变化量低于 1 f f(1 f f=10-15 f)，由于传感器连线的杂散电容、寄生电容、开关电容注入效应等噪声信号的影响，因此对微弱电容的检测电路的精度和分辨率要求极高。目前测量微弱电容的检测电路主要有两种，即基于分离元件的电容检测电路和基于专用集成芯片的电容检测电路。

随着集成电路技术的发展，微弱电容检测技术将朝着集成化、数字化、智能化方向发展，实现高精度、高稳定性、高灵敏度、高分辨率、低功耗、微型化的微弱电容检测电路是未来微电容传感器信号检测系统研究的重点。

电容式传感器技术的飞速发展，尤其是 mems 技术和集成电路技术应用于电容式传感器以后，电容式传感器的尺寸就越来越小，其电容传感信号就更加的微弱，电容信号就更容易被噪声信号淹没，受外部检测电路的影响也就越大。目前，国内外对 10 p f 以下的电容检测存在很大的困难，微弱电容检测技术已经成为电容式传感器技术发展的瓶颈。可见，针对性的研究和开发出分辨率高、灵敏度高、低漂移、稳定性好、线性度好的微弱电容检测电路对电容式传感器的发展至关重要。

2. 研究内容和预期目标

本毕业设计课题要求设计一种交流电桥进行微弱信号电容信号的检测，利用multisim电路软件进行仿真建模，实现频率大于1mhz，待测电容小于10pf的电容检测电路设计。

(1) 分析现有电容信号检测电路优缺点，确定检测方案；

(2) 设计交流电桥电容检测电路，完成原理设计；

3. 研究的方法与步骤

首先由基于 MAX038 信号发生芯片设计的信号发生电路发出一路正弦信号和一路参考方波信号，这两路信号的频率和幅值均可以通过 MAX038 芯片上的引脚进行调节，信号最高频率可达 20MHz，幅值最高可为 2V。电路开始工作之前，先将交流电桥的四个桥臂调节到平衡，然后将交流正弦信号加载到电桥的两端。当位于电桥一个桥臂上的待测电容的电容值没有发生变化时，电桥两臂中点之间电势差为零；而当待测电容的电容值发生变化时，交流电桥的平衡状态发生改变，两边的桥臂中点之间产生电势差，经过放大电路之后进入解调电路，在解调电路中，通过另一路方波信号进行信号解调。解调电路输出的信号包括由信号发生器产生的高频载波信号和代表电容变化量的低频交流信号，这些信号通过后续的带通滤波电路后，就会去除高频载波信号，此时剩余的信号为代表了传感器电容变化量。

4. 参考文献

[1] 田静,汪承灏,徐联等, 圆形振动膜硅微电容传声器 [j],传感技术学报,2006,19(5):2297~2299.

[2] 刘民杰，刘云峰，董景新等，基于ms3110电容读取芯片的mems加速度计[j]，中国惯性技术学报,2010,18(2):236-239.

[3] 《模拟电子技术基础)》， 华成英、童诗白， 高等教育出版社

5. 计划与进度安排

1. 2022-3-03～2022-3-15 查阅资料，撰写开题报告和翻译外文资料；

2. 2022-3-16～2022-3-26 查阅资料，分析现有电容信号检测电路优缺点，完成检测方案确立；

3. 2022-3-27～2022-4-16 完成交流电桥电容检测电路原理设计；