把外部的LC谐振电路用作传感器元件-从电感到数字转换器。该谐振含有一个电感和一个电容。其中,电感为串联电阻(寄生)和电容并联,如下图A所示。
图A:LC 谐振在感测导电对象的长度
电感到转换器驱动器的驱动强度限制谐振电路振荡范围。要确保 LC 回路的稳定性,LDC1000需要5k到5M的振荡频率,同时也需要确保谐振电阻(RP)在798k与3.98M区间内。此类条件可构建各类情景,使所用传感器的阻抗不足以开发适当的LC谐振振荡器。
用网分仪测量3匝、4层PCB电感器,发现在5M震荡下的电感量是150nH。同样频率,串联电阻为0.54。LC谐振公式得出,需要用一个6.8nF电容把谐振电路频率降到5MHz。然而,谐振等效电阻的公式显示:RP只有40.8,明显比LDC1000谐振电路振荡所需的798k的最小值要低。无法为150nHPCB电感线圈增加电容值,因此要在LDC1000的fsensor和RP边界条件范围内工作的 LC 谐振电路不能产生。
为了解决这个问题,需要为传感器电感加了1个串联电感,如图B。这个串联电感可以增加传感器阻抗值,并却且不用在不支持的振荡频率工作。固定串联电感包括在它的表面安装(SMD)电感和多层PCB电感线圈。串联电感是不应作为二级传感器来进行使用的,因此需要将它和附近的可移动导电材料进行物理隔离,也可以采用屏蔽式 SMD电感。
但是,若注意采用串联电感,分辨率会受影响的,因此,在组合电感中,只有一小部分可作为传感器来进行使用,这点类似于,为AC的信号添加上1个DC失调。所以,需要在满足 LDC1000 边界条件,同时,让串联电感足够小。这样,产生的分辨率才能尽可能的好。
图B:增大传感器阻抗--通过添加1个串联电感
添加1个多层电感,用0603封装的 ,它有4.7μH的电感值。传感器电感和串联电感在5M下的电感值是5.3μH,串联电阻为是6.4。
要有一定裕度,加入1个270pF的谐振电容,来发出 4.2MHz 的振荡频率。LC 谐振电路的谐振电阻是3.1M,肯定是在 LDC1000 的 RP 规定范围内的。
如果LDC的设计空间上有限,那么就必须采用低电感,并且尺寸足够小的传感器线圈,或者用小型弹簧来作为传感元器件,那么,只要加1个串联电感就可以了。如此,就可以在 LDC 的区间范围内发出 LC 谐振电路的振荡了。
【End】