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FDC2214: 测量瓷片电容精度很差

Part Number:FDC2214

之前器件型号选的好像有误,用的是自己画的板子,用stm32开发板连接的。

首先频率计算与TI提供的EXCEL计算工具对比了,没有错误。

问题有四:

1.测量电容时电容两个管脚应该是接IN0A和GND,还是IN0A和IN0B之间?

2.单端模式,用内部晶振,输出数据算出的频率和用示波器IN0A和GND查看的差别很大。

3.我看TI官方测液位的用的是IN0A和IN0B,我也用这两个端子测22pF电容,首先是测量值不是22pF,再次依次增加电容的个数,也不是线性增加。

4.测量10nF电容时,输出数据非常大,计算出电容3.3pF,显然数据有误,用示波器看传感器频率算出大约10.8nF还相对接近。

我想知道FDC2214本来就是测量范围较窄,精度较差。还是说配置有问题。不知其他人是否也有类似问题。

寄存器配置如下。

0x08: 0xFFFF

0x10: 0x0064

0x14: 0x2002

0x19: 0x0000

0x1B: 0x020D

0x1E: 0xC800

0x1A: 0x1C81

Amy Luo:

您好,

1、外接传感器有单端和差分 2种配置方式,具体见 datasheet 10.1.1 Sensor Configuration ,如下截图。

在您的应用中,应该使用单端测量;

2、这应该是示波器测量时引入了一些电感、电容等寄生参数造成的

3、测量的具体实施步骤可以再说明的详细一些吗?可以给出相应的接线图吗

4、FDC2214没有Shield 管脚,为了尽量减少外部物体的干扰,您是否做了屏蔽措施?

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yongtao zhang:

首先非常感谢Amy Luo的回答。

1.如果就是测量瓷片电容的容量的话,单端模式时接IN0A和GND之间,差分模式时接IN0A和IN0B之间,是这样吗?看图好像差分模式测量两个电容差。

看pdf文档差分模式电容计算公式如下:

单端模式电容怎么计算?

我用22pF电容接到IN0A和GND之间,用上述公式计算差不多比接到IN0A和IN0B之间时小了一半。

pdf文档中说单端模式测量范围大,是不是说单端模式,同等电容信号变化更小?

另外单端模式差分模式是否只是外部接法的不同,芯片寄存器并没有找到配置单端模式和差分模式的地方。

这里是说CHx_FIN_SEL设置为b01在差分模式时,可以测量传感器谐振频率在0.01MHz~8.75MHz之间;设置为b10,在差分模式接法时可以测量传感器谐振频率在5MHz~10MHz之间,在单端模式接法时可以测量传感器谐振频率在0.01MHz~10MHz之间。是这个意思吗?

2.现在调整了下读取时序,在500pF以内测量时差别不大,但是就和我问题4说的一样,测量10nF电容时,从示波器上查看的频率是350kHz左右,但是用fdc2214读取的数据却很大,按差分电容计算公式算出电容只有3.3pF。

3.不成线性是由我购买板子例程I2C时序有误造成的,现已改正,经测试在500pF以内线性良好。

4.我直接将10nF电容接到电路板端子上,中间没有连线,是不是不需要屏蔽。现在和官方开发板用的谐振电感电容一样,18uH和33pF组合。测量较大电容时是否需要改才可以测量,或者说测量不同电容值,板载谐振电感和电容选值是否有计算公式或者表格查询?

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yongtao zhang:

针对4,我尽量减小被测电容管脚,测量结果已经比较接近。电容接到IN0A和IN0B之间,被测电容管脚尽可能短可以测量10nF电容了,管脚稍长一点就错。如图,短管脚的测得9800pF,长管脚的测的200pF。但是用示波器查看,谐振频率是差别很小的。短管脚时读出频率和示波器基本相当,长管脚时差别非常大。另外接IN0A和GND之间电容测量比IN0A和IN0B之间小一半左右,增加到3~4个22pF电容时,再增加电容也测量不出来了。

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Amy Luo:

1、是的,差分模式是测量两个电容差,需要连接两个电容;

单端模式的电容计算公式也是这个,使用一样的公式计算;

差分配置与单端配置相比,对于目标对象相同的距离变化,会导致更高的频率变化。因为是通过测量频率变化测电容,而距离与电容有关,因此也就是说电容一定的情况下,差分配置会比单端配置会产生更高的频率,因此单端模式测量范围大;

CHx_FIN_SEL参数指定了传感器谐振频率的分频器,使用分配器的主要原因是,如果FREF小于40MHz。FDC2214要求FREF至少比FIN快4倍。您可以使用分隔器来满足此要求。

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Amy Luo:

需要使用公式9计算fSENSORx,使用单端和差分时,您是否按照 table 1进行配置 CHx_FIN_SEL?然后按配置的值计算fSENSORx

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yongtao zhang:

那么测量瓷片电容是应该接IN0A和IN0B之间,还是接IN0A和GND之间呢?

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yongtao zhang:

0x14: 0x2002

无论查分还是单端模式此处配置相同,计算方法也应该相同吧。但是接在IN0A和GND之间时,单端模式测量就会比差分时小不少。且超过100pF时就无法测量了。另外最不可理解还是在线长不同时,示波器测量频率一致都正确,而芯片测量频率在长线时就会差很多。

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Amy Luo:

如果测量的仅是单个电容,那么应接IN0A和GND之间;

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Amy Luo:

如果CH0_FIN_SEL 配置为10,也就是divide by 2,那么计算公式就是一样的;

接线越长存在的寄生参数越大,当然影响越大,测量越不准确;

接线越长也越容易拾取周围的干扰信号,造成测量不准确

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