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如何将微小型PCB线圈用做电感式传感器元件

2017年04月08日 05:26 次阅读

最近,一位客户问我他是否可以将微小型 PCB 线圈用作 LDC1000 电感至数字转换器 (LDC) 的传感元件。该 PCB 线圈在四层电路板上每一 PCB 层只有三匝,线圈直径为 2 毫米。PCB 线圈的电感太低,无法产生与 LDC1000 振荡的 LC 谐振回路。由于传感器所在位置的空间很有限,因此我建议添加一个固定串联电感器来解决他的两难问题。

电感至数字转换器将外部 LC 谐振回路电路用作传感元件。该谐振回路包含一个带串联寄生电阻的电感器和一个并联电容器,如图 1 所示。

 

电感式传感:如何将微小型 2 毫米 PCB 电感器用作传感器

 

1LC 谐振回路能感测导电目标的距离

谐振回路振荡频率范围受电感至数字转换器输出驱动器的驱动强度限制。要确保 LC 谐振回路的稳定振荡,LDC1000 不仅需要 5kHz 至 5MHz 的传感器振荡频率,同时还要保证谐振等效并联电阻 (RP) 保持在 798? 和 3.98M? 之间。这些边界条件可创建各种情景,使所选传感器的阻抗不足以设计适当的 LC 谐振回路振荡器。

在通过网络分析仪测量三匝、四层 PCB 电感器时,我发现在 5MHz 最大允许震荡频率下的电感是 150nH。在该频率下,我测量的串联电阻为 0.54?。

LC 谐振回路的振荡频率计算公式为:

 

因此,需要用一个 6.8nF 的电容器将谐振回路振荡频率降低至 5MHz。然而,谐振等效并联电阻的计算公式

 

显示:RP 只有 40.8?,明显低于 LDC1000 谐振回路驱动器确保稳定振荡所需的 798? 的最小值。无法为 150nH PCB 线圈增加电容器值,因此不能产生可在 LDC1000 的 fsensor 和 RP 边界条件范围内工作的 LC 谐振回路。

为克服这个问题,我为传感器电感器添加了一个固定串联电感器,如图 2 所示。该串联电感器可增加传感器阻抗,而且无需在不支持的振荡频率下工作。适当的固定串联电感器包括表面安装 (SMD) 电感器与多层 PCB 线圈。串联电感器不应该作为二级传感器使用,因此必须将其与附近的可移动导电材料进行物理隔离,或者使用屏蔽式 SMD 电感器。

注意,当使用固定串联电感器时分辨率会受到影响,因为组合电感中只有一部分可作为传感器使用(类似于为 AC 信号添加一个 DC 失调)。因此,您需要在轻松满足 LDC1000 边界条件的同时,让串联电感器尽量小。这样才能产生尽可能最好的分辨率。

 

电感式传感:如何将微小型 2 毫米 PCB 电感器用作传感器

 

2:添加一个串联电感器可增大传感器阻抗

我添加了一个采用 0603 封装的 TDK MLZ1608E4R7M 多层电感器,其具有 4.7μH 的标准电感。传感器电感器和串联固定电感器在 5MHz 下的组合电感测量值为 5.3μH,组合串联电阻为 6.4?。

为获得一定裕度,我添加了一个 270pF 的谐振回路电容器,以产生 4.2MHz 的振荡频率。LC 谐振回路的谐振等效并联电阻为 3.1M?,完全在 LDC1000 的规定 RP 范围内。

如果您的 LDC 设计空间有限,必须使用支持低电感的小尺寸传感器线圈,或是您需要将小型弹簧用作传感元件,您只需要添加一个固定串联电感器就够了。这样将会在 LDC 边界条件范围内提供 LC 谐振回路振荡。

更多资源:

获得有关 LDC 传感距离以及时钟与电源电流需求方面的常见问题答案。

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发表于 2018-03-12 17:28 800次阅读
电路板的抗干扰设计,这些办法让它简单易懂

信号传输线特性阻抗,信号普通线与信号传输线的差别

根据信号“传输线”的定义,信号线布设得很短,使其长度小于1/7传输信号波长,便可消除传输信号被“反射...

发表于 2018-03-12 14:31 449次阅读
信号传输线特性阻抗,信号普通线与信号传输线的差别

pcb阻焊层开窗是什么意思_PCB阻焊层开窗的原...

本文开始阐述了阻焊层的概念,其次对阻焊层的工艺要求和工艺制作进行了详细的阐述,最后解释了pcb阻焊层...

发表于 2018-03-12 14:23 199次阅读
pcb阻焊层开窗是什么意思_PCB阻焊层开窗的原...

一文看懂PCB助焊层跟阻焊层的区别与作用

本文开始介绍了阻焊层的概念以及阻焊层的工艺要求以及工艺制作,其次阐述了助焊层的概念,最后分析了阻焊层...

发表于 2018-03-12 13:39 532次阅读
一文看懂PCB助焊层跟阻焊层的区别与作用

浅谈RF电路设计

做了多年的RF研发工作,在润欣科技从事RF芯片的支持工作也有7年之久,对于RF电路的设计经验,在这里...

发表于 2018-03-12 10:37 753次阅读
浅谈RF电路设计

如何控制好酸铜电镀的质量

硫酸铜电镀在PCB电镀中占着极为重要的地位,酸铜电镀的好坏直接影响PCB制板电镀铜层的质量和相关机械...

发表于 2018-03-12 10:13 341次阅读
如何控制好酸铜电镀的质量

电路板绘制经验总结

、合理布置电源滤波/退耦电容:一般在原理图中仅画出若干电源滤波/退耦电容,但未指出它们各自应接于何处...

发表于 2018-03-12 09:22 491次阅读
电路板绘制经验总结

开关电源EMC过不了?精良PCB板一定是开关电源...

.副边的电流比较大,为了走电流,以及整流管散热,采用了这样的布局,整流管在上,BUCK电路MOS管在...

发表于 2018-03-12 08:43 804次阅读
开关电源EMC过不了?精良PCB板一定是开关电源...

一文看懂多层电路板pcb的工序流程

本文开始介绍了多层电路板的概念和多层线路板的优缺点,其次阐述了多层pcb线路板与双面板区别,最后详细...

发表于 2018-03-11 10:52 538次阅读
一文看懂多层电路板pcb的工序流程

受益苹果台商两岸PCB产业创历史新高

台湾电路板协会(TPCA)、工业技术研究院产业经济与趋势研究中心(IEK)日前公布台商两岸PCB去年...

发表于 2018-03-10 18:58 3278次阅读
受益苹果台商两岸PCB产业创历史新高

PCB的元器件焊盘设计

PCB的元器件焊盘设计是一个重点,最终产品的质量都在于焊点的质导通孔和焊盘之间应有一段涂有阻焊膜的细...

发表于 2018-03-10 11:40 903次阅读
PCB的元器件焊盘设计

如何为低PIM PCB天线选择合适的电路板材料

以PCB形式设计的高频天线可以有多种不同结构,从简单的偶极子,到基于环形谐振腔和罗特曼透镜的复杂的结...

发表于 2018-03-10 11:05 579次阅读
如何为低PIM PCB天线选择合适的电路板材料

PCB信号完整性五部曲

一、PCB走线中途容性负载反射 很多时候,PCB走线中途会经过过从这个公式中,我们可以得到一个很重要...

发表于 2018-03-10 09:43 478次阅读
PCB信号完整性五部曲

上海集成电路去年实现“双丰收” 张江企业在5G上...

海集成电路产业去年实现速度质量“双丰收”。2017年本市集成电路产业整体销售规模接近1200亿元,同...

发表于 2018-03-09 16:17 952次阅读
上海集成电路去年实现“双丰收” 张江企业在5G上...

PCB板ESD设计的这9大防护措施,你都知道几个...

接触放电就是直接对待测设备进行放电;空气放电也称为间接放电,是强磁场对邻近电流环路耦合产生。这两种测...

发表于 2018-03-09 11:56 533次阅读
PCB板ESD设计的这9大防护措施,你都知道几个...

PCB走线的参考平面怎么判断

很多人对于PCB走线的参考平面感到迷惑,经常有人问:对于内层走线,如果走线一侧是VCC,另一侧是GN...

发表于 2018-03-08 17:18 575次阅读
PCB走线的参考平面怎么判断

PCB表面处理_PCB表面处理工艺大全

PCB表面处理最基本的目的是保证良好的可焊性或电性能。由于自然界的铜在空气中倾向于以氧化物的形式存在...

发表于 2018-03-08 15:17 585次阅读
PCB表面处理_PCB表面处理工艺大全