基于FPGA的多通道电容检测系统的开发.pdf

简介：
本论文探讨了基于FPGA技术实现的多通道电容检测系统的设计与开发，详细介绍了硬件架构、信号处理算法及应用前景。 本段落主要介绍了一种基于FPGA的多通道电容检测系统设计。在该设计中，FPGA负责生成载波信号并进行数字解调以确保测量精度及支持多通道操作，使用了24位精度的AD转换器和DA转换器来提升系统的性能。 文档首先讨论了电容传感器的应用范围及其重要性，在工业生产中的应用包括但不限于浓度、压力、角速度以及加速度等物理量的检测。在某些情况下，需要精确测量pF级别的微小变化，这对检测电路提出了更高的灵敏度与信噪比要求。 随后，详细介绍了系统结构：差动电容传感器用于捕捉电容的变化；通过电荷放大器将这些细微信号进行调制并转换为电压形式；接着由AD转换器将其变为数字信号，并传输到FPGA中执行解调处理。最终结果会经由RS232接口发送至PC机。 在硬件设计方面，文档特别指出采用了单载波双积分型电荷放大电路来抑制共模噪声并提高灵敏度。输出电压与差分检测电容的变化成正比，并使用高精度的AD8222差动放大器以确保测量准确性。 此外，还详细描述了差分放大电路的设计过程，采用OPA1632运算放大器将单端信号转换为差分形式以便于连接到AD转换器。为了保证转换精确度，选择了具有高精度的ADS1278作为8通道高精度24位AD芯片。 文档还介绍了参考电压电路设计的重要性及其对系统性能的影响。采用低噪声、长期稳定且高性能的ADR421作为基准源，并通过OPA2350放大器和RC滤波网络进行调理来改善其稳定性与精确度。 综上所述，本段落提出了一种基于FPGA实现多通道电容检测系统的创新方案，该设计利用高精度模数转换技术、有效载波信号生成及数字解调方法以及CORDIC算法在正弦合成中的应用等关键技术点。这些改进显著提高了微弱变化的电容测量性能，并增强了系统抗干扰能力。