如何使用FDC和LDC来完成高精度非接触感测试?

电容式传感器FDC是一种以电容器为传感元件，将被测物理量或机械量转化为电容变化量的转换装置。电感式传感器LDC是一种利用线圈自感或互感系数的变化来实现非电量电测的装置，在机电控制系统中应用十分广泛。为了提高FDC的鲁棒性，除了在AD22282-A-R2传感器布局上做相应的设计外，还需要使用具有补偿功能的测量电路对输出电容进行非线性补偿。

电容器和电感器是电路中的基本部件，两者都可以用来传感。电容式传感器FDC是一种以电容器为传感元件，将被测物理量或机械量转化为电容变化量的转换装置。事实上，它是一种具有可变参数的电容器，广泛应用于测量位移、角度、振动、速度和压力。

电感式传感器LDC是一种利用线圈自感或互感系数的变化来实现非电量电测的装置，在机电控制系统中应用十分广泛。

FDC：非接触测量高鲁棒

最为典型的FDC由上下电极(极板)组成、绝缘体(电介质)和衬底组成。当薄膜受到压力时，薄膜会发生一定程度的变形，导致上下电极之间的距离发生一定程度的变化，从而根据电容的变化对被测物体产生感应。一般来说，任何基于电容的传感系统的鲁棒性对可靠性和准确性都非常重要，因此如何突破传统电容技术在鲁棒性方面的局限性尤为重要。

第一，是来自温度影响。FDC的上下电极间距很小，对结构尺寸变化非常敏感。温度可能引起的零件的相对位置变化会导致FDC测量不准确。因此，提高FDC鲁棒性能的有效方法是选择稳定的材料并设置合理的上下电极间距。

第二，是电容器边缘效应的非线性影响。电容器边缘不均匀的电场分布会降低传感器的灵敏度，加深非线性。为了提高FDC的鲁棒性，除了在传感器布局上做相应的设计外，还需要使用具有补偿功能的测量电路对输出电容进行非线性补偿。

第三，是限制因素是电容器无法避免的寄生电容器的影响。如果FDC本身的电容器很大，这种影响相对较小。如果FDC本身的电容器很小，寄生电容器会严重影响传感器的电容器特性。静电屏蔽是一种复杂但有效的克服寄生电容器的手段。

之前TI提出了一种异相，以减少FDC外部寄生电容器的影响。TI提出过一种异相（OoP）技术，通过对称的传感器布局，使用电容器数字转换器上的屏蔽驱动来抵消外部电容器的影响，并以独特的方式稳定测量。当时使用异相（OoP）与传统电容技术相比，技术FDC在绝对误差上有了数量级的提升，FDC的鲁棒性在消除外部电容影响后有了明显的质的飞跃。

这些FDC的非线性缺陷在一定程度上限制了其应用，但总的来说，FDC是一种非常实用的高精度传感器，结构简单，动态响应好，可以实现非接触测量。

LDC的多面应用

LDC也是一种非接触测量的传感手段。自动化领域有很多用例，利用线圈自感或互感系数的变化来实现非电量电测。此外，由于LDC没有磁感应，其模拟前端和转换器可以在位置感应应用中实现亚微米级超高精度，而不受DC磁场的影响。

LDC设备可以应用的方向相当多。电感触摸设备已经取代了许多可穿戴设备和工业HMI的机械按钮应用。LDC在触摸按钮应用中不需要金属触点和垫圈。它的尺寸可以很小，在各种工况下比机械按钮更稳定。它还可以通过LDC进行压力测试来实现多级按钮功能。

多通道LDC也是监控多个传感器系统的好选择，而不是高分辨率差分传感器。多通道LDC可以使用单个LDC设备来设计多传感器系统。在连续采样模式下，这些多通道LDC的功耗通常在几毫安的量级上，低于霍尔效应传感功耗，非常实用。

在非动态接近检测领域，LDC一直是一个非常划算的选择。这种LDC传感的本质只是一个PCB线圈，成本很低。它的感知距离直接关系到传感器线圈的大小。一般来说，1um-10cm是LDC的可行感知范围。对于大多数LDC设备来说，在高精度、高分辨率的应用中，其最大感知范围一般为线圈直径的50%。对于低精度、低分辨率的应用，这个范围可以扩展到线圈直径的100%。

在各种应用中，这些LDC具有独特的优势，在自动控制系统中发挥着重要作用。

小结

这些常见的电容式和电感式传感在应用中具有独特的优势。虽然各自的缺点限制了其应用范围，但随着材料、工艺和电子技术的发展，FDC和LDC在进一步发挥其非接触测量优势的同时，尽可能克服不足。

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