[参考译文] FDC2112：FDC2112传感器器件建议？

Dharmesh 您好！

您想测量土壤中的水分量、对吧？

尽管可能、您仍需要了解一些信息-主要是介电电容与土壤湿度之间的变化。 这是我没有的东西。 如果电容变化不够大、您可能需要使用基准传感器来补偿一系列环境变化；我不知道该应用的最佳基准传感器配置。

此致、
Christo

尊敬的 Chris

是的、正确答案。

通常、土壤的介电常数较低、而(0-5)水将约为80、因此、随着湿度随周围环境的增加而增加、介电常数将增加。

一旦这种情况增加、电容也会增加、这表示水分会增加。 但这不会直接为我们提供任何有用的信息、因为我们需要在水比例增加时生成基板的物理样品、并根据电容(FDC2112的读数)绘制湿度比例图、因为读数不一定是线性的。

您能否详细介绍您提到的参考传感器？ 我们过去所做的是使用模拟开关将电极与传感器隔离、以便用户无需从基板上移除电极或观察温度即可补偿环境温度的变化。

我们需要关于 PCB 电极设计的建议、以便在连接到 FDC2112时：
电容仍在 IC 范围内、
2.可以产生边缘区域，以便测量的基板不需要接触 PCB 板，理想情况下为0.5 -1cm，因为 PCB 将放置在外壳中？

尊敬的 Dharmesh：

传感器设计本身并不是很复杂-基本上、传感元件只是一个尺寸合适的金属板(通常是铜或铝)。 一般而言、传感器的物理尺寸与感应范围相对应、因为电场尺寸随物理尺寸的变化而变化。

因此、对于 FDC2xxx 器件、有一个固定的传感器电感器和电容器；二者并联。 传感器电容器板与 LC 振荡电路并联。 只要开关的带宽超过传感器频率、您就可以从 LDC 上断开传感器板的建议。

关于 FDC211x 器件的电容范围- FDC211x 支持超过10nF 的超大传感器电容范围。 与传感器电容漂移范围相比、固定传感器电容的比率不应太大；如果传感器电容漂移10fF 且固定电容为10nF、则 FDC211x 的分辨率不足以检测移位情况； 您将需要使用 FDC221x。 因此，在您的传感器上有一个简单的经验法则-使其尽可能大。

使用较大的传感器时、传感器产生的电场会更远。 您的传感器也不需要位于 PCB 上-它可以是系统外壳上的金属区域。

此致、

Christo

您好 Chris

是否有其他方法可以根据铜面积的大小来计算或仿真感应范围？

是的，我注意到有一个并联电感器和电容器，我预计这只是为了设置最小电容。 如果传感器板下方还有一个 GND 或同一层上有一个 GND 覆铜、但距离一定、可能是10mm 远、则传感器板将保持平行。 我正在考虑使用25mm x 58mm 的铜板。 如果我正确、板的 GND 将被称为虚拟 GND？

将要使用 的开关是 SN74LVC1G66等模拟开关。 FDC 器件是否可以输出超过10MHz？ 因为频率也会对测量产生影响。  

如前所述、器件的电容范围很大、我们只需确保任何液体之前的板不会耗尽该范围、以便传感器检测受到限制。 因此、我将使传感器板尽可能大、但固定电容应设置为10nF、还是可以更改以进行优化？

以前使用另一种传感器类型执行的操作示例

正如有人提到的，传感器板应尽可能大，因此与固定电容和磁场范围的比率也会增加，因此最好将传感器板保持在两层上，并使用多个过孔，从而增加面积？

  

Dharmesh 您好！

传感器电容器的第二个"电极"是虚拟接地、这一点是正确的。 您应该确保带有器件的 PCB 具有接地泛光功能、以改善虚拟接地耦合。 在传感器后面安装一个电气接地板有助于屏蔽传感器。 传感器板和接地之间的距离较大有助于提高传感器的灵敏度、因为固定接地的数量更少。

对于该开关、SN74VLC1G66看起来不错、但我建议检查其性能。 您应该能够将 EVM 连接在一起以查看。 需要考虑的一个参数是开关的寄生电容-因为寄生电容不那么稳定、可能会影响您的系统性能。

FDC211x/221x 的额定最大传感器频率为10MHz。 这些器件在该规格上都有裕度、因此工作频率可超过10MHz、但是、简单的答案是不要将其用于生产器件。

我们确实有 LDC2114、它可以使用高达30MHz 的传感器频率测量电容、但它仅测量动态变化、而不是绝对电容。

通常、传感器的单层就足够了。 第二层传感器焊盘只有在也可以面对电介质时才有用。

此致、

Christo

您好 Chris  

很抱歉，有一点混淆，我所指的虚拟接地是 GND 覆铜，理论上，它将成为探头的虚拟接地，但剩余电路的实际接地，您可以在图中的组件 U9和 U10上方看到这个覆铜。  

我提到的第二个电极是在底层添加一个额外的铜板、并使用过孔将其连接到顶层、从而增加表面积。 图片上的传感器板称为“单面探头”。 两者都将面向电介质、因为传感器将完全嵌入到基板中、我们之前仅使用了一侧、并期望它的电容场穿透 PCB、但如果我们可以使用两侧具有更大的覆盖范围、则最好这样做。  

目的是在板和 GND 之间保持更大的距离、从而提高传感器的灵敏度。 需要感应距离的原因是 a)塑料外壳 b)测量基板中的空气间隙。  

我们可以使用 SN74VLC1G66制作原型 PCB、但正如您提到的、为了检查性能、我们还应该研究什么？ 或者我们还应该研究什么呢？ 我们如何确保寄生 电容不会成为问题。  

如果开关引入传感器 IC 的电容超出其限值、唯一需要注意的是、开关会导致其超出限值。  

为了实现10MHz、内部振荡器是否足够？  

LDC2114也是一个选项、因为我们最终要测量湿度百分比、因此即使我们将频率漂移与湿度百分比(而不是电容)进行比较也是可行的。

尊敬的 Chris

 

由于可能的外壳限制、PCB 上可放置传感器板的面积限制为6cm x 4cm。

 

我正在制作2L PCB

 

如果我正确，该区域将被分成两半，两个传感器板连接到各个传感器通道。 我尚未阅读数据表的详细信息、但这是否意味着我将获得两组传感器读数、通道 A 和通道 B？ 或者、传感器 IC 是否在两个传感器读数和输出1电容值之间进行某种形式的校准？

 

如上所述、如果可能、在板和固定电感器之间放置一个铁架、您可以发送一个图来避免 PCB 设计中出现错误、或者我可以在下周向您发送原理图、确认我已正确执行了您建议的操作。

 

会注意到什么形式的性能、因为与一个大板相比、似乎有两个板？

 

您的图显示了一个过孔、我计划放置多个过孔、这是否会导致电容增加等任何问题？

 

第二项建议似乎很好，但我们仅限于我们的附文。 似乎是两组传感器、其中基板保持在它们之间。 也许在我们有一段时间后、我们可以修改我们设计在该设置中执行的 PCB。

 

如您所述

"

FDC 支持极大的电容范围(>10nF)；请注意、由于 FDC211x 的分辨率限制、一个非常大的固定传感器将衰减测量的传感器变化。 在这种情况下、您始终可以使用 FDC221x。

"

根据我的理解、固定传感器是 IC 引脚上的电感器和电容。  目的是将其设置为10MHz 并尽可能降低电容、以便我获得可测量电容的全频谱。

 

是否只有用于仿真和配置此器件的工具才能与您用于电源的工具一样？

尊敬的 Dharmesh：

使用我提供的传感器配置时、不需要对 FDC 输出数据进行任何特定的后处理。 在配置中、您将(如果使用通道0)有源传感器区域的一半连接到 IN0A、另一半连接到 IN0B。 FDC 实际上以半整流正弦波的形式驱动传感器；一个通道始终接地。 这样、INxA 是您的传感器、INxB 是其接地；当相位反转时、INxB 是传感器、INxA 是接地。 数据表在第10.1.1节中提供了有关此配置(作为差分传感器配置)的信息；您可以将其视为平衡传感器设计。 此配置仅使用一个通道、因此输出代码基于两个传感器板的响应。

将中心电容器设置为标称传感器电容。 您可能会发现、将 INA/b 电容器接地可提高性能；这些电容器的标称值应为标称传感器电容的~1/2。

我们有一个电容式感应计算器工具，位于 。 我们正在着手更新此工具。  

此致、

Christo

您好 Chris

谢谢

数据表中显示

"

单端配置可实现比差分配置在给定总电流条件下具有更高的感测范围

传感器板区域。 在需要近距离高灵敏度的应用中、差分信号

配置的性能优于单端配置

"

因为我想在一定距离(例如0.5-1cm)处读取、单端配置是否会更好、因为它会提供更大的感应范围？ 或者、我是否未能理解这一点？

这是我的电路、供您参考。

选择电感器和电容器以实现10MHz、我相信这些值可以根据无源器件的可用性进行更改。  

这是 PCB 布局、您可以看到、目前有两个板、它们之间的间距很小。  GND 放置在组件区域附近。

这是否是正确的 PCB 方法，以便感应范围可以扩大其范围？

底层

谢谢

尊敬的 Dharmesh：

看上去一切正常。 由于图像文件中的图形压缩伪影、我无法查看您的所有布局。

我建议将传感器频率定位在10MHz 以下、以确保您始终低于10MHz 最大传感器频率规格、即使是器件间容差也是如此。

此致、

Christo

如果您愿意、我可以通过电子邮件发送光绘文件。 但是、该配置是否会对数据表中建议的感应范围产生任何影响？

尊敬的 Dharmesh：

从您发布的图像中可以清楚地看到传感器配置；我认为没有必要使用光绘文件。 感应范围会小幅减小、但该传感器配置应具有更好的噪声性能、以弥补这一点。

此致、

Christo

您好 Chris

谢谢、我将订购一些样片、并制作 PCB、然后再报告结果。 很抱歉、这些问题、但在我提交设计之前、先回答最后几个问题。

1.是否在这里计算传感器对范围的灵敏度与板的尺寸。

2.按照建议、我将更改电容器和电感器的值、使其略低于10MHz。

3.传感器板、模拟开关和轨道将增加额外的电容。 如果我回答正确、这将影响您发送的 Excel 计算器中从未包含的传感器频率。 一旦我的传感器工作，最好在将电感器和电容器的值作为补偿因子进行小幅更改，以便在浸没任何液体或基板之前仍然可以达到10MHz 吗？

此致

您好 Chris

感谢您发送电子邮件

这是可以理解的，但原则上我认为这是相同的。

对于我的应用，我预计与液体的相互作用会产生较大的电容读数，这取决于液体的数量。 在其他情况下、如果电容在 X 范围内、则更符合逻辑的操作、然后将其确认为按下按钮。 对于我的应用、感应级别将没有与按钮式开关相同的逻辑。  

您是否有任何信息可以显示 感应范围与镀层厚度和板尺寸之间的关系？

我不希望它会给我相同的结果、但我相信这些原则也可以应用于我的应用。  

您好 Chris

我制作了一个示例 PCB。

  我目前使用的是0.2欧姆电阻器，而不是使用铁氧体磁珠。 但我已经订购了一些磁珠、因此我将更换它。

此时、我将使用10uH 电感器和24pF 电容器。 电极上测得的频率为6.3Mhz。  那么、我是否应该更改电容器的值、以便能够实现略低于10MHz 的效果？  

我得到的是12位读数，但每个位代表多少电容？

我期望、如果我将手悬停在电极上、它将检测到一些电容、而我将变得更近、这将按比例增加。 但这并不是完全发生的、除非我实际接触电极。  我是否不了解任何元素，或者需要设置一些寄存器来增加范围？  是否有必要通过覆层与物质直接接触？