基于單片機的模擬開關時序設計與仿真

目前用于測量微電容的方法主要是交流法， 其測量原理是通過激勵信號對被測電容連續(xù)充放電， 形成與被測電容成比例的電壓或電流信號， 從而測得被測電容值。采用此方法測量的信號中具有脈動噪聲， 需要通過濾波器濾除其脈動成分， 但濾波器的引入將降低測量電路信號采集的速度。所以， 本文設計了一種基于電荷放大原理的微電容測量電路， 該電路中使用的模擬開關存在電荷注入效應， 此效應影響電路的分辨率。為了解決該問題， 本文從微電容測量電路中的電荷注入效應入手， 對模擬開關的電荷注入效應進行分析， 結合單片機對開關時序進行設計， 并基于Proteus 和Keil 軟件設計的電路進行仿真， 進而檢驗設計的合理性。

　　1 微電容測量電路中的電荷注入效應

　　基于電荷放大原理的微電容測量電路如圖1 所示。

圖1 基于電荷放大原理的微電容測量電路

　　圖中Vin為充放電的激勵電壓源，CX為傳感器兩極板之間的電容即待測電容；S1～S5為模擬開關； 運放A1、電容Cf、電阻Rf和開關S3構成電荷放大器； 開關S4和S5及運放A2和A3構成兩個采樣保持器，A4為儀表放大器。模擬開關基本上由一個NMOS 管和一個PMOS 管并聯(lián)而成， 是一種三穩(wěn)態(tài)電路， 它可以根據(jù)選通端的電平決定輸人端與輸出端的狀態(tài)。當選通端處在選通狀態(tài)時， 輸出端的狀態(tài)取決于輸入端的狀態(tài)； 當選通端處于截止狀態(tài)時， 則不管輸入端電平如何， 輸出端都呈高阻狀態(tài)。