寬測量范圍、16bit ADC、0.1fF分辨率、超低功耗、I2C/單總線接口高精度數字電容傳感芯片MDC04 MDC02

概述

電容型傳感芯片MDC04、MDC02是高集成度的數字模擬混合信號傳感集成電路，芯片直接與被測物附近的差分電容極板相連，利用不同物質介電常數的區別，通過放大、數字轉換、補償計算電容的微小變化來實現物質成分的傳感。芯片內部集成高精度16bit模數轉換ADC電路，其電容分辨率為0.1fF，線性度誤差小于0.3%。此外，芯片內置精度0.5℃的溫度傳感電路，可用于溫度補償及其他溫度傳感場景。

MDC04、MDC02分別為四通道、兩通道測量高精度電容調理芯片。每一通道測量電容兩極之間的互感電容，可編程固定測量范圍是0~119pF，可編程可變調理范圍±15.5pF，芯片可自動搜索最佳量程配置。芯片測量工作方式靈活，可配置多通道測量組合，單次測量、周期性循環測量等工作模式。MDC04芯片支持數字單總線和I²C雙通信接口，MDC02芯片支持數字單總線接口。單總線接口支持長線纜、多節點的分布式傳感。

和國內外同類產品相比，MDC04、MDC02具有寬測量范圍、寬工作電壓、低功耗、多種接口、內置溫度測量、小尺寸、低成本等優勢，可用于智能小家電液位、水箱液位、油液液位、水浸傳感、食品/土壤水分含量、冰霜檢測、位移傳感等應用場景。

特性

• 可配置固定測量范圍：0~119pF

      可配置可變測量范圍：±15.5pF
      芯片可自動搜索最佳量程配置

• 電容分辨率：0.1fF
• 線性誤差：<0.3%
• 寬供電電壓范圍：2.0V~5.5V
• 低功耗：平均功耗4.5µA
• 測量速度：3-20ms可配置
• 最高測溫精度：±0.5℃@0~50℃
• 工作溫度范圍：-55℃~125℃
• MDC04 I²C/單總線接口

      MDC02 單總線接口

應用

• 智能小家電液位
• 水箱液位
• 油液液位
• 水浸傳感
• 食品水分含量
• 土壤水分含量
• 冰霜檢測
• 位移傳感

產品信息

封裝管腳描述及實物圖

1、MDC04封裝管腳圖（QFN20）

2、MDC02封裝管腳圖（SOP8）

功能框圖

電容調理芯片內置了四路或兩路片外電容測量的驅動及接收調理電路，通過多路選擇器(MUX)實現時分復用的采集處理。接收的信號可通過數字模擬轉換器（DAC）配置測量的中心值及量程，經過放大器、模數轉換器(ADC)后轉換成16bit的電容數值。芯片也集成了溫度傳感單元用于溫度傳感的應用。電容及溫度數據通過數字補償計算單元進行濾波、偏置、斜率等數字補償計算后存入寄存器堆。

MDC04兼容了單總線及I²C兩種數字接口，MDC02為單總線接口。內部數字控制模塊可以識別接口指令進行電容采集、溫度采集、內存讀寫、功能配置、報警等指令。 芯片內置電源穩壓器(LDO)及電源管理邏輯，在不執行指令時可以自動進入睡眠，總線工作時自動喚醒。此外，芯片內部集成了EEPROM 存儲單元，用于存儲芯片校準系數、用戶定制信息及64bit 唯一的ID號碼。

典型應用電路

1、MDC04應用電路

單總線接口方式

MDC04單總線接口方式的系統應用如上圖，端口DQ連接到上位機處理器的GPIO上，通過上拉電阻Rp連到VDD，通過上位機軟件來實現各節點芯片的讀寫控制。根據實際應用，可以串聯1-100多個節點，通過ID號來尋址與訪問，各節點芯片的MODE管腳接VDD。

I2C接口方式

MDC04 I²C接口方式的系統應用如上圖，數據端口SDA和時鐘端口SCL端口分別連接到上位機處理器的對應端口上，并分別通過上拉電阻Rp連到VDD，通過上位機軟件來實現各節點芯片的讀寫控制。根據實際應用，可以串聯2個節點，通過ADDR端口0/1值進行尋址與訪問，各節點芯片的MODE管腳接地。

2、MDC02應用電路

MDC02單總線接口方式的系統應用如上圖，端口DQ連接到上位機處理器的GPIO上，通過上拉電阻Rp連到VDD，通過上位機軟件來實現各節點芯片的讀寫控制。根據實際應用，可以串聯1-100多個節點，通過ID號來尋址與訪問。

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