宽测量范围、16bit ADC、0.1fF分辨率、超低功耗、I2C/单总线接口高精度数字电容传感芯片MDC04 MDC02
概述
电容型传感芯片MDC04、MDC02是高集成度的数字模拟混合信号传感集成电路，芯片直接与被测物附近的差分电容极板相连，利用不同物质介电常数的区别，通过放大、数字转换、补偿计算电容的微小变化来实现物质成分的传感。芯片内部集成高精度16bit模数转换ADC电路，其电容分辨率为0.1fF，线性度误差小于0.3%。此外，芯片内置精度0.5℃的温度传感电路，可用于温度补偿及其他温度传感场景。
MDC04、MDC02分别为四通道、两通道测量高精度电容调理芯片。每一通道测量电容两极之间的互感电容，可编程固定测量范围是0~119pF，可编程可变调理范围±15.5pF，芯片可自动搜索最佳量程配置。芯片测量工作方式灵活，可配置多通道测量组合，单次测量、周期性循环测量等工作模式。MDC04芯片支持数字单总线和I²C双通信接口，MDC02芯片支持数字单总线接口。单总线接口支持长线缆、多节点的分布式传感。
和国内外同类产品相比，MDC04、MDC02具有宽测量范围、宽工作电压、低功耗、多种接口、内置温度测量、小尺寸、低成本等优势，可用于智能小家电液位、水箱液位、油液液位、水浸传感、食品/土壤水分含量、冰霜检测、位移传感等应用场景。
特性
- 可配置固定测量范围：0~119pF
可配置可变测量范围：±15.5pF
芯片可自动搜索最佳量程配置
- 电容分辨率：0.1fF
- 线性误差：<0.3%
- 宽供电电压范围：2.0V~5.5V
- 低功耗：平均功耗4.5µA
- 测量速度：3-20ms可配置
- 最高测温精度：±0.5℃@0~50℃
- 工作温度范围：-55℃~125℃
- MDC04 I²C/单总线接口
MDC02 单总线接口
应用
- 智能小家电液位
- 水箱液位
- 油液液位
- 水浸传感
- 食品水分含量
- 土壤水分含量
- 冰霜检测
- 位移传感
产品信息
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型号 |
封装 |
尺寸 |
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MDC04 |
DFN20 |
3*3*0.75mm |
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MDC02 |
SOP8 |
4.9*3.9*1.6mm |
封装管脚描述及实物图
1、MDC04封装管脚图（QFN20）
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管脚编号 |
管脚名称 |
说明 |
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1 |
RSTN |
复位，输入；低电平有效 |
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2 |
MODE |
通讯接口模式选择，输入。 0时，PIN12为I²C的SDA；1时，PIN12为1-wire的DQ。 |
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3 |
VSS |
电源地 |
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4 |
C4_OUT |
电容C4接入，模拟输出 |
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5 |
C4_IN |
电容C4接入，模拟输入 |
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6 |
C1_IN |
电容C1接入，模拟输入 |
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7 |
C1_OUT |
电容C1接入，模拟输出 |
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8 |
C2_IN |
电容C2接入，模拟输入 |
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9 |
C2_OUT |
电容C2接入，模拟输出 |
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10 |
C3_IN |
电容C3接入，模拟输入 |
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11 |
C3_OUT |
电容C3接入，模拟输出 |
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12 |
SDA/DQ |
I²C数据线或单总线数据线，I/O |
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13 |
ADDR |
I²C通讯地址选择线，输入，不可悬空。 0时，I²C地址为0x44；1时，I²C地址为0x45。 注意：选择单总线通讯模式时，ADDR需要接地。 |
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14 |
NC |
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15 |
SCL |
I²C时钟线；I/O，不可悬空。 注意：选择单总线通讯模式时，SCL需要接地。 |
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16 |
NC |
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17 |
NC |
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18 |
NC |
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19 |
NC |
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20 |
VDD |
电源，输入 |
2、MDC02封装管脚图（SOP8）
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管脚编号 |
管脚名称 |
说明 |
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1 |
C1_IN |
电容C1接入，模拟输入 |
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2 |
C1_OUT |
电容C1接入，模拟输出 |
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3 |
C2_IN |
电容C2接入，模拟输入 |
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4 |
C2_OUT |
电容C2接入，模拟输出 |
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5 |
DQ |
单总线数据线 |
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6 |
ALERT |
报警指示，输出 |
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7 |
VDD |
电源，输入 |
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8 |
VSS |
电源地 |
功能框图
电容调理芯片内置了四路或两路片外电容测量的驱动及接收调理电路，通过多路选择器(MUX)实现时分复用的采集处理。接收的信号可通过数字模拟转换器（DAC）配置测量的中心值及量程，经过放大器、模数转换器(ADC)后转换成16bit的电容数值。芯片也集成了温度传感单元用于温度传感的应用。电容及温度数据通过数字补偿计算单元进行滤波、偏置、斜率等数字补偿计算后存入寄存器堆。
MDC04兼容了单总线及I²C两种数字接口，MDC02为单总线接口。内部数字控制模块可以识别接口指令进行电容采集、温度采集、内存读写、功能配置、报警等指令。 芯片内置电源稳压器(LDO)及电源管理逻辑，在不执行指令时可以自动进入睡眠，总线工作时自动唤醒。此外，芯片内部集成了EEPROM 存储单元，用于存储芯片校准系数、用户定制信息及64bit 唯一的ID号码。
典型应用电路
1、MDC04应用电路
单总线接口方式
MDC04单总线接口方式的系统应用如上图，端口DQ连接到上位机处理器的GPIO上，通过上拉电阻Rp连到VDD，通过上位机软件来实现各节点芯片的读写控制。根据实际应用，可以串联1-100多个节点，通过ID号来寻址与访问，各节点芯片的MODE管脚接VDD。
I2C接口方式
MDC04 I²C接口方式的系统应用如上图，数据端口SDA和时钟端口SCL端口分别连接到上位机处理器的对应端口上，并分别通过上拉电阻Rp连到VDD，通过上位机软件来实现各节点芯片的读写控制。根据实际应用，可以串联2个节点，通过ADDR端口0/1值进行寻址与访问，各节点芯片的MODE管脚接地。
2、MDC02应用电路
MDC02单总线接口方式的系统应用如上图，端口DQ连接到上位机处理器的GPIO上，通过上拉电阻Rp连到VDD，通过上位机软件来实现各节点芯片的读写控制。根据实际应用，可以串联1-100多个节点，通过ID号来寻址与访问。
