超高精度电容传感器PCAP01模块

一.电容检测电路设计

电容检测电路主要由Pcap01以及相应的外围电路构成，其硬件电路如图1.1所示。
Pcap01 的供电电压为3.3v，支持SPI和IIC两种通讯方式，两种通讯方式的端口是复用的，同时只能选择一种通讯方式。本测量系统采取SPI方式使Pcap01与主控芯片进行通讯，将IIC_EN端口接地即可实现SPI通讯。PC0~PC7是电容测量端口，用来连接参考电容和待测电容。为了给Pcap01提供稳定的电压，在VDD与GND之间接入去耦旁路电容。
根据 Pcap01 的测量原理，在进行电容测量时需要选择参考电容，并且参考电容的电容值要接近于待测电容
在本测量系统中选择1NF的贴片电容作为参考电容。

图1.1PCAP01硬件电路

二.不同电容检测

*PCAP01具有三种测量电容的方式；分别为浮动测量方式、接地测量方式以及差分测量方式。这些测量方式中，都规定C0为参考电容，因此该芯片最多支持3路浮动测量或者7路接地测量。其连接方式如下图所示：

图2.1PCAP01电容检测方案选择电路

图2.2PCAP01电容检测方案1

图2.3PCAP01电容检测方案2

根据PCAP01的测量原理可知，要获得精确的测量结果，就要求参考电容的精度足够高。并且当使用长线进行电容测量时，需要使用屏蔽线，并将屏蔽线缆接地。同时、PCAP01具有内部和外部补偿测量模式、启用后可以消除内部和外部电路电阻的影响。
PCAP01支持内部和外部温度测量两种模式，在一般的应用场景下，内部的温度传感器已经符合要求。如图3-14所示为外部测量模式、该模式下需要外接一个热敏电阻PT1000以及一个超低温漂的参考电阻。如果使用内部模式、PCAP内部具有一个2800ppm/K的热敏电阻以及一个温漂接近0ppm/K的参考电阻，直接悬空PT0以及PT2REF即可。
考虑到不同供电场景，故设计了两种供电，板载5v降压

三.引脚分配

设计PCAP01验证模块时，需引出的关键引脚如下，按功能分类排列：

1. 电源

VDD：电源输入（通常3.3V）。

2. 通信接口（SPI）

SPI模式：
SCK：时钟线。
MOSI：主发从收。
MISO：主收从发。
CS：片选信号。

3. 传感器输入

CIN1/CIN2：电容测量输入通道（根据需求选择引出单端或差分输入）。

4. 时钟与复位

CLK_IN（若需外部时钟）：外部时钟输入。
RESET：复位引脚（低电平有效或高电平有效，需确认手册）。

5. 配置与控制

MODE：工作模式选择（如睡眠模式、连续测量等）。
RANGE_SEL：量程选择引脚（通过电阻或跳线配置量程）。
REF：参考电压/电阻引脚（若需外接参考元件）。

6. 状态指示（可选）

INT/DRDY：中断或数据就绪信号（用于触发主控读取数据）。
LED：调试指示灯（如电源指示、通信状态）。