近期有某位客户希望将其所生产的消费性产品机盖打开/关闭侦测机制化，且希望能避免使用不尽然完全可靠的电接触点、磁铁感测技术，也不想使用昂贵的光学解决方案。本质上，这是一种近接感测应用，目前市面上有许多方案可以实现，但透过感测电感值的变化来实作，既可具备高可靠度，又能将成本控制在合理範围内，是最理想的选择。

笔者将以德州仪器(TI)的电感数位转换器(LDC)解决方案来实作客户所要求的功能，并介绍如何透过该元件的阈值调整特性来弹性调整开关的侦测距离。

不过，有鑑于磁铁在许多应用中，仍是不可或缺的机构元件，但磁铁与线圈的相对距离产生变化时，会在线圈上产生电感值变化，因此应用开发者常对利用电感感测技术来实作相关应用的可靠度产生疑虑，本文也将藉由这个机会解释为何TI的电感感测技术可以不惧磁铁的干扰。

近接感测基本元素

典型的感应式近距离感测应用，通常使用如同一块铜箔或是一个螺丝钉般的小型金属靶，以侦测像是消费性产品中的掀盖或门扇上可动零件的位置，如图1所示。

 

图1　机盖打开/关闭侦测应用

为了确认金属的存在，该开关将感测线圈的电感与辅助线圈的电感进行比较，而外线圈的直径将决定的开关阈值。

在这个情况下，笔者建议使用堆叠线圈方法，其中印刷电路板(PCB)的和第二层包含了感测线圈，而第叁和第四层则包含了参考线圈。图2为此系统的架构图。

 

 

图2　电感开关感测系统架构图

开关感测应用建议使用阈值调整模式

在近接应用中，LDC0851是一个相当理想的元件。不过，应用开发者必须先确认该元件要在基本模式或阈值调整模式下操作。在基本模式下(ADJ = 0)，LDC0851将使用一个与辅助线圈和感测线圈上的移动目标保持固定距离的参考目标。不幸的是，在侦测机盖或门扇开关状态的应用中，要把参考目标加入系统中并不容易，因为盖子或门扇上的金属靶跟线圈的距离是会变动的。

若辅助线圈附近无固定目标，应用开发者必须使用阈值调整模式(1≤ADJ≤15)。在这种模式下，辅助线圈的电感可抵销偏移，调整开关阈值。

阈值调整模式能够确保感测线圈的电感大于所有目标距离下的参考线圈的电感，并且有明确的释放点。在堆叠式线圈应用程式和并排式线圈应用中也是如此。在阈值调整模式中，ADJ=1产生侦测範围，而ADJ=15产生侦测範围，如图3所示。注意，开关距离也是外线圈直径的函数。

 

 

图3　不同的ADJ代码影响开关阈值

为LDC0851的阀值做调整模式的配置，需要先在ADJ针脚上设置电阻分割器。ADJ的针脚有16个层级(级别0将阈值的调整功能关闭，其等同于基本操作模式)。LDC0851的产品规格表包含每个级别的建议使用的电阻值。图4显示掀盖高度和ADJ针脚如何影响被调整过的线圈电感。

 

 

图4　掀盖高度与线圈电感和ADJ代码作比较

藉由LDC0851，笔者能够设计出简单且可靠的解决方案来帮助客户。但是，并非所有的感应式距离开关应用在辅助线圈附近都有一个金属靶能够设置开关点。在没有参考目标的应用中，阈值调整模式能够确保开关在所期望的目标距离下发生。