วงจรเชื่อมต่อสัญญาณสำหรับการตรวจวัดค่าความจุไฟฟ้า
Article Sidebar
Main Article Content
บทคัดย่อ
บทความนี้นำเสนอวงจรเชื่อมต่อสัญญาณหรือวงจรอินเทอร์เฟซสำหรับการตรวจวัดค่าความจุไฟฟ้าในเซนเซอร์ชนิดเก็บประจุแบบดิฟเฟอเรนเชียล โดยประยุกต์ใช้หลักการของวงจรแปลงค่าความจุไฟฟ้าเป็นสัญญาณดิจิตอล ชนิดซิกม่าเดลต้า ซึ่งวงจรอินเทอร์เฟซนี้จะทำงานบนหลักการเปลี่ยนค่าความจุไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงในเซนเซอร์ชนิดเก็บประจุไปเป็นค่าดิจิตอลระดับลอจิกสูง “1” และต่ำ “0” โดยวงจรที่นำเสนอประกอบด้วยวงจรแปลงค่าความจุไฟฟ้าเป็นแรงดันไฟฟ้า วงจรอินทิเกรเตอร์ วงจรเปรียบเทียบสัญญาณ วงจรฟลิปฟลอป และวงจรแปลงสัญญาณดิจิตอลเป็นแอนะล็อกโดยป้อนกลับแบบกระแสไฟฟ้า ผลการจำลองการทำงานวงจรพบว่า วงจรสามารถทำงานได้ตามหลักการที่ออกแบบไว้ โดยมีค่าความผิดพลาดสูงสุดโดยประมาณเท่ากับ 0.6% ที่ค่าความจุไฟฟ้าปกติของเซนเซอร์ (C0) 100 pF ค่าเต็มสเกล เท่ากับ 10 % ความถี่อินพุต (Fin) 100 Hz ความถี่ของสัญญาณนาฬิกา (Fclk) 10 kHz
Article Details
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
References
K. Baxter Larry, Capacitive Sensors, Design and Applications. John Wiley & Sons: Hoboken, NJ, USA, 1996.
S. F. Ebrahim Ghafar-Zadeh, Emerging CMOS Capacitive Sensors for Biomedical Applications: A Multidisciplinary Approach. The Institution of Engineering and Technology, London, UK, 2021.
T. Dong, Y. Gu, T. Liu and M. Pecht, “Resistive and capacitive strain sensors based on customized compliant electrode: Comparison and their wearable applications,” Sens. Actuators A Phys., 326, 112720, 2021.
W. Fan, M. Chen, H. Jin and Y. Wang, “Multi-layer concentric ring differential capacitance displacement sensor,” Measurement Science and Technology., Vol. 136, pp. 615-621, 2019.
J. Ramakrishnan, P. T. R. Gaurav, N. S. Chandar and N. M. Sudharsan, “Structural design, analysis and DOE of MEMS-based capacitive accelerometer for automotive airbag application,” Microsyst. Technol., 27, 763–777, 2020.
R. Li, Q. Zhou, Y. Bi, S. Cao, X. Xia, A. Yang, S. Li and X. Xiao, “Research progress of flexible capacitive pressure sensor for sensitivity enhancement approaches,” Sens. Actuators A Phys., 321, 112425, 2021.
A. Litvinov, N. Samotaev, M. Etrekova, A. Ivanova and D. Filipchuk, “Hydrogen Concentration Control in Oil-Filled Power Transformers Using Field Effect Capacitive Gas Sensors,” J. Electrochem. Soc., 168, 017503, 2021.
K. Hang. “A 3D Gesture Modeling Method and Its Application in 3D Gesture Prediction”. The 2nd International Conference on Computing and Data Science. January: 1–6, 2021.
Imarcgroup. (24 May2023). Capacitive Sensor Market: Global Industry Trends, Share, Size, Growth, Opportunity and Forecast 2023-2028. [Online] Available : www.imarcgroup.com/capacitive-sensor-market.
T. Islam, “Advanced Interfacing Techniques for the Capacitive Sensors,” Advanced Interfacing Techniques for Sensors., 73-109. 2017.
L. Polak, R. Sotner, J. Petrzela and J. Jerabek, “CMOS Current Feedback Operational Amplifier-Based Relaxation Generator for Capacity to Voltage Sensor Interface,” Sensors., 18(12), 4488. 2018.
G. Royo, C. Sánchez-Azqueta, C. Gimeno, C. Aldea and S. Celma, “Programmable low-power low-noise capacitance to voltage converter for MEMS accelerometers,” Sensors., 17, 67. 2017.
P. Sebastian, P. P. Narayanan and S. Vijayakumar. “A Switched-Capacitor CVC and CFC for Capacitive Sensors Representable using π-Model”. 2021 IEEE International Instrumentation and Measurement Technology Conference (I2MTC). pp. 1-6, 2021.
C. Rogi, E. Prefasi and R. Gaggl. “A Low-Power Auto-Zero Switched-Capacitor Dual-Slope Noise-Shaping Direct CDC”. In Proceedings of the ESSCIRC 2018-IEEE 44th European Solid State Circuits Conference (ESSCIRC). 3–6 September. Dresden, Germany: pp. 198–201, 2018.
A. De Marcellis, C. Reig and M. D. Cubells-Beltrán, “A Capacitance-to-Time Converter-Based Electronic Interface for Differential Capacitive Sensors,” Electronics., 8, 80. 2019.
M. S. Arefin, J. M. Redouté and M. R. Yuce, “A low-power and wide-range MEMS capacitive sensors interface IC using pulse-width modulation for biomedical applications,” IEEE Sens. J., 16, pp. 6745–6754, 2016.
R. Wei, W. Lin, X. Xiao, Q. Chen and F. Li, “A Large Measurable Range Capacitance-to-Digital Converter for Smart Humidity Sensors,” Micromachines., 10, 2019.
H. Kim, B. Lee, Y. Mun, J. Kim, K. Han, Y. Roh, D. Song, S. Huh and H. Ko, “Reconfigurable Sensor Analog Front-End Using Low-Noise Chopper-Stabilized Delta-Sigma Capacitance-to-Digital Converter” Micromachines., 9, 2018.
M. Cicalini, M. Piotto, P. Bruschi and M. Dei, “Design of a Capacitance-to-Digital Converter Based on Iterative Delay-Chain Discharge in 180 nm CMOS Technology,” Sensors., 22, 121, 2022.
A. Abu_AL_Aish, W. A. Salah, M. H. S Alrashdan and B. Abu Zneid, “Design of Differential Cylindrical Capacitive Displacement Sensor,” Journal of Electrical and Electronics Engineering., 13. pp. 5-8, 2020.