差动脉宽调制电路

5.3.2差动脉宽调制电路该电路常用于差动电容式传感器，电路原理如图5-12所示。该电路由电压比较器A1、A2、双稳态触发器及电容充放电回路所组成；C1、C2为传感器的差动电容；A3为低通滤波器；双稳态触发器的两个输出端用作差动脉冲宽度调制电路的输出；fU为比较电压。设电源接通时，双稳态触发器的A端为高电位，B端为低电位，因此A点通过1R对1C充电，直至M点上的电位等于参考电压fU时，比较器A1产生脉冲，触发双稳态触发器翻转，A点成低电位，B点成高电位。此时M点电位经二极管D1从fU降至零，而同时B点的高电位经2R向2C充电，当N点电位充电至fU时，比较器A2产生一脉冲，使触发器又翻转一次，使A点成高电位，B点成低电位，又重复上述过程。如此周而复始，在双稳态触发器的两输出端各自产生一宽度受1C、2C调制的脉冲方波。方波脉宽与1C、2C的关系如下：当1C=2C时，线路上各点电压波形如图5-13（a）所示，A、B两点间平均电压为零。但当1C、2C值不相等时，如1C2C，则1C、2C充放电时间常数发生改变，电压波形如图5-13（b）所示。A、B两点间平均电压不再是零，输出直流电压Usc等于A、B两点间电压平均值UAP与UBP之差。已知：1AP112TUUTT=+2BP112TUUTT=+式中，1U为触发器输出高电平，T1、T2为充电时间。则12scAPBP112TTUUUUTT-=-=+（5.3.1）图5-12差动脉冲宽度调制线路UfA1A2D1D2MNABC1C2R1R2QA3触发器双稳Q图5-13各点电压波形图U1U1U1U1U1UABUfUfUfUfUBUBUAUAUMUMUNUNUAB0000000000tttttttttt-U1T1T1T2T2-U1U1Ux(a)(b)11111flnUTRCUU=-12221flnUTRCUU=-设充电电阻12RRR==，则得12sc112CCUUCC-=+（5.3.2）由上式可知，差动电容的变化使充电时间不同，从而使双稳态触发器输出端的方波脉宽不同而使输出直流电压Usc不同。而且不论对于变面积或变极距型差动式电容传感器，均能获得线性输出。调宽电路还具有以下特点：与双T线路相似，不需附加相敏解调器，只需低通流波器即能获得直流输出；输出信号一般为100kHz~1MHz的矩形波，所以直流输出只须经低通滤波器简单地引出，由于低通滤波器的作用，对输出矩形波的纯度要求不高；只需要一电压稳定度较高的直流电源，这比其它测量电路中需要高稳定度的稳频稳幅的交流电源易于实现。