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類(lèi)型分類(lèi)：: 科普知識(shí)

數(shù)據(jù)分類(lèi)：: 電感

電感式傳感：如何將微小型 2 毫米 PCB 電感器用作傳感器

發(fā)布日期：2022-10-09 點(diǎn)擊率：130

最近，一位客戶(hù)問(wèn)我他是否可以將微小型 PCB 線(xiàn)圈用作 LDC1000 電感至數(shù)字轉(zhuǎn)換器 (LDC) 的傳感元件。該 PCB 線(xiàn)圈在四層電路板上每一 PCB 層只有三匝，線(xiàn)圈直徑為 2 毫米。PCB 線(xiàn)圈的電感太低，無(wú)法產(chǎn)生與 LDC1000 振蕩的 LC 諧振回路。由于傳感器所在位置的空間很有限，因此我建議添加一個(gè)固定串聯(lián)電感器來(lái)解決他的兩難問(wèn)題。

電感至數(shù)字轉(zhuǎn)換器將外部 LC 諧振回路電路用作傳感元件。該諧振回路包含一個(gè)帶串聯(lián)寄生電阻的電感器和一個(gè)并聯(lián)電容器，如圖 1 所示。

圖 1：LC 諧振回路能感測(cè)導(dǎo)電目標(biāo)的距離

諧振回路振蕩頻率范圍受電感至數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸出驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度限制。要確保 LC 諧振回路的穩(wěn)定振蕩，LDC1000 不僅需要 5kHz 至 5MHz 的傳感器振蕩頻率，同時(shí)還要保證諧振等效并聯(lián)電阻 (R_P) 保持在 798? 和 3.98M? 之間。這些邊界條件可創(chuàng)建各種情景，使所選傳感器的阻抗不足以設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)?LC 諧振回路振蕩器。

在通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量三匝、四層 PCB 電感器時(shí)，我發(fā)現(xiàn)在 5MHz 最大允許震蕩頻率下的電感是 150nH。在該頻率下，我測(cè)量的串聯(lián)電阻為 0.54?。

LC 諧振回路的振蕩頻率計(jì)算公式為：

因此，需要用一個(gè) 6.8nF 的電容器將諧振回路振蕩頻率降低至 5MHz。然而，諧振等效并聯(lián)電阻的計(jì)算公式

顯示：R_P只有 40.8?，明顯低于 LDC1000 諧振回路驅(qū)動(dòng)器確保穩(wěn)定振蕩所需的 798? 的最小值。無(wú)法為 150nH PCB 線(xiàn)圈增加電容器值，因此不能產(chǎn)生可在 LDC1000 的 f_sensor和 R_P邊界條件范圍內(nèi)工作的 LC 諧振回路。

為克服這個(gè)問(wèn)題，我為傳感器電感器添加了一個(gè)固定串聯(lián)電感器，如圖 2 所示。該串聯(lián)電感器可增加傳感器阻抗，而且無(wú)需在不支持的振蕩頻率下工作。適當(dāng)?shù)墓潭ù?lián)電感器包括表面安裝 (SMD) 電感器與多層 PCB 線(xiàn)圈。串聯(lián)電感器不應(yīng)該作為二級(jí)傳感器使用，因此必須將其與附近的可移動(dòng)導(dǎo)電材料進(jìn)行物理隔離，或者使用屏蔽式 SMD 電感器。

注意，當(dāng)使用固定串聯(lián)電感器時(shí)分辨率會(huì)受到影響，因?yàn)榻M合電感中只有一部分可作為傳感器使用（類(lèi)似于為 AC 信號(hào)添加一個(gè) DC 失調(diào)）。因此，您需要在輕松滿(mǎn)足 LDC1000 邊界條件的同時(shí)，讓串聯(lián)電感器盡量小。這樣才能產(chǎn)生盡可能最好的分辨率。