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- ELETTRONICA OGGI 457 - OTTOBRE 2016
DIGI-KEY ELECTRONICS
DI PROSSIMITÀ CAPACITIVO
AUTOMOTIVE, INDUSTRIALE E IOT
a terra. L’uscita del sensore di livello è propor-
zionale all’altezza del liquido; il sensore del li-
quido di riferimento è sempre sotto il livello del
liquido per compensare la capacità elettrica e
la temperatura di base; un sensore ambientale
opzionale di riferimento può essere posto sopra
il livello massimo del liquido per tener traccia di
fattori (ambientali) non liquidi. La figura 2 mo-
stra una tipica posizione dei sensori.
In una terza variante, la figura 1(c) mostra la
configurazione per un’applicazione di movi-
mentazione dei materiali. La capacità elettrica
dipende dalla costante dielettrica, che a sua
volta dipende dal numero di fogli tra le piastre.
Un CI di interfaccia dei sensori di prossimità ca-
pacitivi richiede un front-end analogico (AFE)
specifico per campionare il segnale del sensore
e convertirlo in un valore digitale. Oltre al cam-
pionamento periodico dell’uscita
dei sensori, il dispositivo dove for-
nire un segnale di eccitazione per
caricare le piastre sensore.
I dispositivi in genere hanno di-
versi canali o perché l’applicazio-
ne lo richiede – tre canali per il
rilevamento del liquido e quattro
canali per il rilevamento della di-
rezione, ad esempio – o semplice-
mente perché consente di usare
blocchi di sistema nei canali per un progetto
più compatto ed efficiente. La velocità di cam-
pionamento può essere relativamente lenta.
Pertanto, un multiplexer front-end (mux) ri-
chiede un solo convertitore analogico-digitale
(ADC) per servire più canali. Per acquisire pic-
cole differenze di capacità elettrica, che può
essere inferiore a 1 pF, è necessaria una riso-
luzione elevata. Il dispositivo
FDC1004
di
Texas
Instruments
è un convertitore di capacità elet-
trica a 4 canali in digitale che è un buon esem-
pio di CI di rilevamento di prossimità integrato.
Con una velocità di campionamento inferiore
ai 500 campioni al secondo, il suo ADC sigma-
delta a 16 bit fornisce un buon equilibrio tra
velocità, risoluzione e basso consumo.
Compensazione
della capacità elettrica parassita
Diversamente da un interruttore meccanico, un
sensore capacitivo è un dispositivo analogico,
pertanto qualsiasi rumore influenza la preci-
sione della misurazione. Una fonte problemati-
ca di interferenze nel rilevamento capacitivo è
la capacità elettrica parassita a terra che appa-
re tra i terminali del dispositivo di rilevamento
e il sensore stesso. Questa capacità elettrica
di interferenza può essere presentata da una
parte qualsiasi del circuito – o da un qualsiasi
oggetto fisico – che causi cambiamenti non in-
tenzionali al campo elettrico.
Un modo semplice di alleviare questo proble-
ma è rappresentato da una schermatura attiva,
chiamata anche protezione attiva. Il driver di
schermatura è un’uscita pilotata allo stesso
potenziale di tensione dell’ingresso del senso-
re, il che fa sì che non vi sia differenza di po-
tenziale tra schermatura e sensore. Qualsiasi
Fig. 1 – Configurazioni a tre sensori per il rilevamento di prossimità capaciti-
vo: piastra singola semplice (a), misurazione indiretta (b) e constante dielet-
trica variabile (c). (Immagine per gentile concessione di Texas Instruments)
Fig. 2 – La misurazione del liquido può comportare l’uso di
tre sensori. La capacità elettrica misurata dipende dall’al-
tezza del liquido e dalle costanti dielettriche sia dell’aria
che del liquido. (Immagine per gentile concessione di Texas
Instruments)