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电容接近传感技术并不是一个新鲜的东西，几十年前就有人用过。但是该技术逐渐成熟并广泛应用则是近几年的事情。

常见的电容检测方式有如下几种：

张弛振荡：用恒流I给电容CX充电，记录电容CX电压从零到特定电平的时间，可以计算出电容的大小；这种方式需要两个东西准确：恒流电流I和时间。

电荷转移：用电容CX给另一个大电容CS充电，记录大电容CS电压从零到特定电平的次数，可以计算出电容CX的大小；这种方式需要大电容CS准确。

经过权衡，我选用了电荷转移方式进行电容检测。

详细原理如下图：

原理图

应用图

图中，CS是参考电容，CX是待检测的电容，可以是自电容，也可以是互电容，实现的核心技术都在信号S1、S2、S3上。COMP是一个一端Vport固定接3/4Vdd电平的比较器。

l 一次检测过程是：

a) 首先S1和S3同时导通，给电容CS和CX放电；data_Cx清零；

b) 然后S1、S3断开，S2导通，给电容CX充电；

c) S2断开，S1导通，电容CX上的电荷在CX和CS上重新分配，使得引脚CX电位升高；data_Cx增加一；

d) 判断CX电位是否大于比较电位Vport，如果不是，返回b）继续；如果是，停止充放电，获得数值data_Cx；

l data_Cx的数值大小和电容CS和CX的比值有关系，比值越大，数值越大，就是说参考电容CS越大，需要的充电次数越多。

计算过程：

已知：电源电压Vdd，端口翻转电压Vport，参考电容Cs，待测电容Cx，

假设：K=Cx/(Cs+Cx)

ΔVcs1=K*Vdd

Vcs1=ΔVcs1=K*Vdd

ΔVcs2=K*(Vdd-Vcs1)=K*(1-K)*Vdd

Vcs2= Vcs1+ΔVcs2= K*Vdd+ K*(1-K)*Vdd=K*(2-K)*Vdd

ΔVcs3=K*(Vdd-Vcs2)=K*(1-K)2*Vdd

.

.

.

ΔVcsn=K*(Vdd-Vcs2)=K*(1-K)n-1*Vdd

Vcsn=ΣK*(1-K)n-1*Vdd=K*Vdd*Σ(1-K)n-1=K*Vdd*(1-(1-K)n)/K=(1-(1-K)n)*Vdd

当Vcsn=Vport时，端口翻转，充电结束。

则

(1-K)n=1-Vport/Vdd

n*ln(1-K)=ln(1-Vport/Vdd)

n=ln(1-Vport/Vdd)/ln(1-K)

我们的实际应用中，Vport=3/4 Vdd，为了得到更准确的数值，实际取参考电容Cs是待测电容Cx的几千倍，那么K—>0，上式变成：

n = ln (1-3/4)/ln (1-K)

当K—>0时，ln(1-K)=-K

即

n * K = 2 * ln2

n * Cx = 2 * ln2 * Cs

计算结果表明，在给定的Vdd、Vport、Cs的条件下，n*Cx大约为一个常数。就是说充电次数n与电容值Cx呈反比关系，从n可以准确计算出Cx的值。

上面的data_Cx就是n，而data_Cs是上电后初始状态的n，以后再介绍他们的作用。

通过以上技术分析可以知道，这种方案只需要一个标准电容Cs就能给准确测量出待测电容Cx的大小。