图4,8a展示了一种前端电路,该电路采用了前馈有源保护来将传感器的电容Cx精确转换为电压信号。这种前端电路作为电容―电压转换器(CⅤC)应用在基于周期调制的测量系统中,如图4.3所示。为了理解该电路的工作原理,我们首先假设天线上的电容Cp1和Cp2均为零,运算放大器A1和开关都是理想的。在时间间隔r1期间(见图4.8b),Sl处于开状态,从而吒m为‰d/2。

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  同时,通过%,传感器电容Cx上电极(A节点)接地。在时间间隔%期间,Cx连接到放大器的负输入端。因此,电荷量为Cx‰d/2的电荷将被注人q中,从而导致了输出电压吒m上产生的跃升为Cx‰d/(20),这就使得输出电压值与传感器电容值成一定比例。在电压一周期转换器(ⅤPC) 中(见图4.3),这一输出电压通过采样电容进行采样,然后利用与图4,4中相似的电路结构将其转换到时域中。类似的,对于时间间隔%和%,产生了反转输出电压‰u1(见图4.8b)c这是通过利用开关S3和%产生控制信号奶和的不同数值来获得的。信号反转产生了斩波效应,这也帮助减小了放大器中失调电压、低频噪声和信号干扰的影响c在时间间隔Tg中,这一过程按照相反的顺序进行。这使得斩波效应更加有效。

     理解有源前馈方法的实现原理,我们需要考虑一些小的细节:在图4.8a的设置中,节点A上的电压会有3个值。预先知道了这一点后,不使用反馈,我们可以将相同的电压值加载在被屏蔽的导体上,如图4.8a上的B点所示。这会减小Cu上的电压值,同时也减小了其电容的总体影响。此外,对于%2来说没有任何影响。最后需要注意的是,由于在开关操作中会出现较小的时间差,因此会产生相应的瞬时效应。这是因为输出电压吒m是在时间间隔的末尾被采样,并且这一时间间隔相对来说很长以至于瞬态效应已经消失。因为使用了前馈方法,所以天线上的寄生电容的影响可以被消除并且不产生任何不稳定的问题。

   完整的接口电路已经可以利用标准的0,7umCMOS技术来设计,并且以集成电路的形式实现。实验结果显示,若传感器中电容为10pF,长达30m且寄生电容为3nF的屏蔽连接天线可以在小于0.3pF的绝对误差下进行处理(见图4.9)。对于30m的天线测得的接口非线性仅有3×104。这样的话,利用硐ms的测量时间,我们可以获得16bit分辨率。