艾为杯

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赛题名称：高动态范围的电容测量电路-CDC的设计

参赛对象：A组、B组

赛题说明：

设计一款电容测量电路(CDC，Capacitor to Digital Converter)，该电路可将输入端电容变化量转化为数字信号输出。

参考电路架构如下：

CDC框图

参考电路工作原理：

1）K1断开时，表示被测电容Cx不接入

2）K1闭合时，表示被测电容Cx接入

3）Cx接入前后，CDC输出的数字变化量即代表Cx容值

Cx：被测电容，容值范围为1fF～1pF

Cpara：输入引脚的寄生电容，包括芯片内寄生及PCB板上的寄生。该寄生电容容值固定，电容大小在2pF～10pF之间。（电路实现时，可选择通过补偿电路将该寄生电容的影响消除。）

AFE（Analog Front End）：实现电容到模拟信号的转换

ADC(Analog to Digital Converter)：实现模拟信号到数字信号的转换

Reference：给其他模块提供基准电压或电流

Control Logic：控制逻辑，产生时序信号，实现对其它模块的控制

引脚说明

PS：根据设计需要可以增加其它引脚或在芯片引脚上外接电阻/电容

1.   设计要求：

(1)   工作温度：-40℃～+125℃

(2)   工作电压：2.5V～3.6V

(3)   工作电流 <1mA

(4)   电容检测范围：1pF

(5)   电容检测精度：1fF

(6)   单次测量时间：<20mS

(7)   工艺：不限

2.   附加题：

(1)   考虑外部环境干扰（温度变化、湿度变化）对寄生电容Cpara容值的影响，提出可行的优化方案并实现（10分）

(2)   考虑固有电容Cpara>100pF,且测量精度为0.1fF，提出可行的设计方案并实现。（15分）

3.   作品提交：

(1)   汇报PPT：项目介绍、关键技术介绍、性能指标

(2)   详细设计方案：系统架构分析、关键技术原理分析及电路指标要求

(3)   仿真验证文件：前后仿结果

(4)   原理图，版图及验证文件

4.   评分标准：

5.   注意事项：

(1)   参加企业命题杯赛的作品，杯赛出题企业有权在同等条件下优先购    买参加本企业杯赛及单项奖获奖团队作品的知识产权。

(2)   大赛组委会对参赛作品的提交材料拥有使用权和展示权。

(3)   其他赛题常见问题请点击链接查看赛题Q&A：

• 常见AFE架构有：

1.   电荷放大器结构，输出电压幅值与被测电容大小相关；

2.   振荡器结构，输出振荡波形的频率与被测电容大小相关；

²   AFE输出的可以是电压、频率、时间等物理量；ADC可以是SAR ADC、TDC等架构；

• 参考文献：

1.   A High-SensitivitySignal Conditioning Interface for Capacitive Touch Key Using ΔΣ Modulation （IEEE）

2.   An Analog Front-End for Self-Capacitance Touch Sensing with EnvironmentalNoise Reduction Technique （IEEE）

3.   A READOUT CIRCUIT WITH WIDE DYNAMIC RANGE FOR DIFFERENTIAL CAPACITIVESENSING APPLICATIONS （IEEE）