LDC1000 是款電感至數(shù)字轉(zhuǎn)換器。提供低功耗，小封裝，低成本的解決方案。它的 SPI 接口可以很方便連接 MCU。LDC1000 只需要外接一個PCB線圈板或者自制線圈就可 以實現(xiàn)非接觸式電感檢測。

LDC1000電感的檢測原理是利用電磁感應(yīng)原理。在線圈中加一個交變電流，線圈周圍會產(chǎn)生交變磁場，這時如果有金屬物體進入這個磁場則會在金屬物體表面產(chǎn)生渦流。渦流電流與線圈電流的方向相反。渦流產(chǎn)生的感應(yīng)電磁場與線圈的電磁場方向相反。渦流與金屬體磁導(dǎo)率、電導(dǎo)率、線圈的幾何形狀、幾何尺寸以及頭部線圈到金屬導(dǎo)體表面的距離等參數(shù)有關(guān)。

一位客戶問我他是否可以將微小型 PCB 線圈用作 LDC1000 電感至數(shù)字轉(zhuǎn)換器 （LDC） 的傳感元件。該 PCB 線圈在四層電路板上每一層只有三匝，線圈直徑為 2 毫米。PCB 線圈的電感太低，無法產(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，因此建議添加一個固定串聯(lián)電感器來解決。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帶串聯(lián)寄生電阻的電感器和一個并聯(lián)電容器。

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)動器的驅(qū)動強度限制。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，同時還要保證諧振等效并聯(lián)電阻 （RP） 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)計適當?shù)?LC 諧振回路振蕩器。

在通過網(wǎng)絡(luò)分析儀測量三匝、四層PCB 電感器時，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，我測量的串聯(lián)電阻為 0.54?。

LC 諧振回路的振蕩頻率計算公式為：

因此，需要用一個 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)電阻的計算公式

顯示：RP 只有 40.8?，明顯低于 LDC1000 諧振回路驅(qū)動器確保穩(wěn)定振蕩所需的 798? 的最小值。無法為 150nH PCB 線圈增加電容器值，因此不能產(chǎn)生可在 LDC1000 的傳感器和 RP 邊界條件范圍內(nèi)工作的 LC 諧振回路。

為了克服這個問題，我在傳感器電感中添加了一個固定串聯(lián)電感。串聯(lián)電感器可以增加傳感器阻抗，而無需在不受支持的振蕩頻率下工作。合適的固定串聯(lián)電感器包括表面貼裝 (SMD) 電感器和多層PCB 線圈。串聯(lián)電感不應(yīng)用作二級傳感器，因此它們必須與附近的可移動導(dǎo)電材料物理隔離，或者必須使用屏蔽 SMD 電感。

另外需注意使用固定串聯(lián)電感時分辨率會受到影響，因為只有部分組合電感可以用作傳感器（類似于向 AC 信號添加一個 DC 失調(diào)）。因此，您需要在輕松滿足 LDC1000 的邊界條件的同時，使串聯(lián)電感盡可能小。這將產(chǎn)生最好的分辨率。

我在0603封裝中添加了一個TDK MLZ1608E4R7M多層電感，其標準電感為4.7μH。傳感器電感和串聯(lián)固定電感在5MHz時的組合電感測量值為5.3μH，組合串聯(lián)電阻為6.4Ω。

為了獲得一定的裕度，我添加了一個 270pF 的諧振槽電容，以產(chǎn)生 4.2MHz 的振蕩頻率。 LC諧振槽的諧振等效并聯(lián)電阻為3.1MΩ，完全在LDC1000規(guī)定的RP范圍內(nèi)。

如果您的LDC設(shè)計空間有限，必須使用支持低電感的小尺寸傳感器線圈，或者需要使用小彈簧作為傳感元件，則只需添加一個固定串聯(lián)電感即可。這將在 LDC 的邊界條件內(nèi)提供 LC 諧振回路振蕩。

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