一种高精度测量微小电容的电路
2．2 放大电路的设计
放大电路采用以仪表放大器INA128为核心的仪表放大器。该放大器在放大100倍时带宽可达200 kHz，完全满足了设计的要求。
C1和C2两个电容由相应的恒流源在相同的时间内进行充电，两电容充电电压差由INA128进行放大，并送入单片机进行采样存储。图4为充放电标准信号与INA128放大后的结果。
3 软件设计
为实现低功耗，系统接入电源后进入低功耗状态，需要外部电平信号才能唤醒。为了避免系统的误开始测量，当需要测量电容信号时，将触发信号置高，如果20 s内触发信号一直置高，则系统进入循环采集存储状态。为得到包括触发前和触发后的完整电容信号曲线，一旦电容信号达到预设的触发值，系统便进入触发态，将电容信号存储到闪存，闪存存满后，将RAM中的FIFO数据导入闪存预留地址。之后，系统进入待读数态，此时插上USB接口，接收到计算机的读数命令之后即可将数据发送至计算机，并且在第一次读取数据之后和掉电以后再上电可重复无数次读取并显示测量结果。系统的状态设计如图5。
为实现低功耗的系统，电路不工作时，即接通电源态和待读数态，系统处于值更状态、超低功耗态LPM4；工作时都处于全功耗态。
4 测量结果
传感器的标定就是通过实验确定传感器的输入量和输出量之间的关系，用以确定传感器系统的线性度、灵敏度和重复性等静态性能指标。
表1为测量0～5pF电容的数据。由最小二乘法相关计算公式可得，拟合直线为y=0．993x+0．049，重复性误差为1．77％，非线性误差为0．84％，基本误差为2．61％。
5 结论
本设计的核心硬件由芯片和单片机实现，省去了昂贵的电容测量芯片，由低功耗，低成本的数字芯片组成，有效降低了测量系统的成本。整个系统电路板面积小于2．7 cm2，工作电流小于8 mA，低功耗电流为0．02 uA，由于待测电容和标准电容均有接地端，所以具有较强的抗干扰能力，并体现了低功耗、体积小等优点。本测量方案可以非常灵活，实现模块化，所设计的同一块PCB可以移植到许多电容式传感器的设计中去。
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