圖1. AD7745容性輸入范圍擴展電路（原理示意圖，未顯示去耦和所有連接）

計算所需的范圍擴展系數F

首先要找出哪一個傳感器參數是所需范圍擴展的主要因素。

傳感器的大電容可能高達200 pF，因此所需范圍擴展系數為



傳感器的動態(tài)范圍計算如下：



該動態(tài)范圍所需的范圍擴展系數計算如下：



計算表明，決定范圍擴展系數的參數是傳感器大電容；因此，后續(xù)計算將使用F = 11.76。

選擇電阻值R1和R2

選擇R1值為100 kΩ。然后計算R2的電阻值，并將其向下舍入為標準E96系列中的值：

使用CapDAC

可以用AD7745/AD7746的CapDAC來補償傳感器元件的大電容。對于AD7745/AD7746，CapDAC的滿量程最小值為17 pF，典型值為21 pF。因此，對于給定CapDAC設置，電容可能會因器件不同而有很大差別。

其原因在于，AD7745/AD7746片內電容可能會隨各批次所采用的生產工藝不同而有所變化。不過，片內電容之間的比率變化非常小。

AD7745/AD7746容性輸入經過工廠校準。此校準系數存儲在電容增益寄存器(Cap Gain Register)中。電容增益寄存器中存儲的校準系數計算如下：

因此，內部基準電容CREF可以定義為AD7745/AD7746的容許滿量程輸入電容與增益校準系數的乘積。



對于AD7745/AD7746，滿量程CapDAC電容與內部基準電容CREF 之間的比值為3.2。因此，CapDAC滿量程電容計算如下：



如果增益校準系數為1.4，則得到的CREF 和CCAPDAC值為：

范圍擴展電路確保檢測電容CSENS 內的電荷轉移始終在AD7745/AD7746的輸入范圍內。CapDAC接受CIN輸入端檢測電容的電荷，導致測得的電容減小，這可以用來補償傳感器的大電容。CapDAC電容的一個LSB代表對檢測電容補償：

計算所需的CapDAC設置

CapDAC有一定的動態(tài)非線性(DNL)誤差。建議通過CapDAC設置，讓應用的目標校準點位于容性輸入范圍的零電平。然后，利用現有系統(tǒng)失調校準功能，就可輕松消除其余失調。

對于本文的濕度傳感器元件示例，所需CapDAC設置計算如下：



系統(tǒng)失調校準將補償其余的較小失調。

利用范圍擴展電路進行測量

使用帶有范圍擴展電路的AD7746演示板進行測量。測量過程中使用可變電容。該板與AD7746標準評估板相連；用標準評估板軟件配置器件，并讀取轉換結果。此類電路必須構建在具有較大面積接地層的多層電路板上。為實現最佳性能，必須采用適當的布局、接地和去耦技術（請參考教程MT-031——“實現數據轉換器的接地并解開AGND和DGND的謎團”以及教程MT-101——“去耦技術”）。

利用精密LCR測量計將可變電容設置為確定的值。然后，將此電容與范圍擴展板相連，其中CapDAC設置為此確定大電容CBULK的計算值。執(zhí)行系統(tǒng)失調校準，使零點位于CBULK。

每進行一次測量，均應利用LCR測量計將該電容設置為所需值，然后將其與范圍擴展板相連，以測量AD7746所面對的電容。最后，利用依據所測電阻值得到的系數，計算擴展電容值。可用下列大電容值：CBULK = 100 pF、150 pF和200 pF。

范圍擴展電路的計算

由上述計算可知，所需電阻值為100 kΩ和118 kΩ。測量所用電阻，其值如下：R1 = 100.004 kΩ; R2 = 118.060 kΩ.

計算由此獲得的范圍擴展系數F：



計算動態(tài)容性輸入范圍：



因此，測量范圍為±45 pF，以15 pF為步進。

計算增益校準系數值讀數：0x5FBD = 24509

因此，CapDAC值和設置分別為：

測量誤差

圖2所示的測量結果表明，范圍擴展電路導致的誤差并不取決于所測的大電容值，而是取決于范圍擴展電路本身。所有三次測量均顯示類似的特點，而且呈線性；因此，可以很容易地通過軟件補償范圍擴展電路所引起的誤差。