本手册以 MC11S 为例，介绍了芯片的应用设计方案，包括电路设计、电极设计、器件调整、
应用和案例等，适用于 MC11 系列芯片。
手册内容可供 LDM 模组应用参考。LDM 模组包含 MC11S+MCU，两点校准，解算电容，
简单的 I2C 接口指令操作，更方便研发测试和使用（具体请详见 LDM 产品手册）。
一、电路设计
设计注意点：
1）外部计数时钟输入 CLKIN，不使用外部时钟输入需连接 GND。
2）负温度系数电压输出 VT，需要加滤波电容 100nF，放在采集端，不使用可悬空。
3）中断信号输出引脚 INTB，不需要上下拉电阻，不使用可悬空。
4）停机模式使能引脚 SD，不使用可悬空。
5）两个通道同时使用，一个通道接固定电容作为参比通道，另一个作为测量通道。
6）振荡电路电容（C3、C4）选用精度 1%，材质 C0G/NP0。
7）I2C 地址可以通过 ADDR 选择，详见 MC11S 手册。
8）振荡电路部分根据需求配置器件 C 参数，详见“三、外围器件”章节。
2、 MC11S 电路图
设计注意点：
1）电源线和地线，尽量粗，同时让芯片 GND 尽可能充分接地。
2）电极引线按照上图连接方式规划，同时连线短和粗。
3）并联电容到电极的连线尽量加粗且短，减小线路寄生。
二、电极设计
1、 双通道、差分电极
MC11S 提供双通道，其中一个通道需要当做参比通道（固定电容），另一个通道接电极进行测量，通过两个通道的比值进行数据判断。
注：连续液位相关的检测，电极接入点最好在电极底部，尽量减少电极的电感特性影响。使电容/比值变化更线性。
2、 电极面积
在设计需求合理范围内，电极面积大，检测到的变化量也会越大；电极最小面积需要大于5cm²，最窄边长度大于 1cm。
3、 同心圆套管类
此类电极通常应用于接触类，根据长度、直径等因素调配合理的外围器件。
三、外围器件
MC11S 需要通过调整外围器件的方法，来寻找最大变化量的配比，实现最佳测量效果。最
佳配比如下：
以 C3=10pf；C4=20pf 的配置为例
1、 典型配置
测量电极电容（CN、CP 所接电容）+测量通道并联电容（C3）=参比通道固定电容（C4）
2、 调整方案
寻找最佳配置，合适的驱动电流，实现频率变化量最大化；
在没有被测物的情况下，调整 C3、C4 使得双通道频率基本相等为最佳，即两通道频率比值
R 趋近于 1。
以 C3=10pf；C4=20pf，这组标准配置为例
A、 R=F 测/ F 参、R>1，减小 C3；
B、 R=F 测/ F 参、R<1，减小 C4；
C、 C3、C4 随电极结构一起调节。
3、 调整检测范围
MC11S 的检测是通过测量电极的检测与参比通道的固定电容相比较来实现。以参比通道的
固定电容为中心值，电极的变化最好控制在下面所示之间，超过这个范围电容数值的误差
会增大。
参比电容 x50% ---- 参比电容 x150%
测量通道通常并联一个电容，此电容一般为参比电容的一半。
如需调整检测范围，调整两个通道的并联电容即可（结合驱动电流）。
四、液位与开关
MC11S 可以用于液位检测、报警开关。
1、 报警开关
寻找最大的变化量，实现开关。
2、 液位检测
寻找最大变化量来满足液位判断，同时需要进行校准，保证模组与模组之间的一致性。
五、驱动电流
根据电极面积和结构，调整驱动电流，驱动电流越大，频率越高。通常建议频率控制在 20Mhz
以内。
针对连续液位检测，频率最好控制在 10Mhz 以内，最佳频率在 3~5Mhz 左右。
六、校准
当 MC11S 作为液位检测使用时，需要进行零点校准或者两点校准。建议使用两点校准，提
高液位检测精度。
1、 零点校准
精度需求不高，比值变化量小于 0.1 时，可只进行零点校准。
校准流程：
1）确保在无被测物的情况下，进行校准操作。
2）采集双通道频率比值经多次平均后作为零点保存。
3）通过实时检测的频率/比值，与零点做对比，判断液位变化。
示例：
比值差 Rths，结合预设档位确认当前液位信息，计算公式如下：
Rths = (Rzero – R) x 1000
Rzero：空载时写入的 F2/F1 的比值，R=F2/F1，F1 表示通道 1 测试的频率，F2 表示通道
2 参比的频率。
2、 两点校准
精度需求高，比值变化量大于 0.1 时，需要进行两点归一化校准。
校准流程：
1）确保在无被测物的情况下，进行一点校准操作。
2）采集双通道频率比值经多次平均后作为零点保存。
3）确保在有被测物的情况下，进行二点校准操作。
4）采集双通道频率比值经多次平均后作为满点保存。
5）通过频率在两点之间的变换，计算对应归一化数据，判断液位变化。
示例：
频率归一化数值 SF，结合预设档位确认当前液位信息，计算公式如下：
SF = (Rzero – R) /(Rzero – Rfull) * 1000
Rzero：空载时写入的 F2/F1 的比值，Rfull ：满载时写入的 F2/F1 的比值。
R=F2/F1，F1 表示通道 1 测试的频率，F2 表示通道 2 参比的频率。
由于电路存在一定非线性，当测量通道和参比通道测得的数据相差较大时，两者的比值存在
一定误差，此时比值 R 需要再乘一个修正系数 Coeffix。Coeffix 的值可参考《MC11S 数
字电容传感芯片产品手册》第 6.3.3 电容计算章节的修正系数表，根据当前比值 R 查出对应
的修正系数。对于表中没有的修正系数值，可利用相邻的两个数据点，进行数据拟合得到。
七、电容计算
若要将测量电极检测到的频率计数解算成电容值，MC11S 需要同时测量被测通道和参比通
道的频率计数值，根据两者的比值计算出当前的被测的电容值，公式如下:
以 LDM 通用模组为例，被侧电容 CSENSOR 的计算公式为：
其中 Coeffix的值可参考《MC11S 数字电容传感芯片产品手册》第 6.3.3 电容计算章节的修
正系数表，根据当前比值查出对应的修正系数。对于表中没有的修正系数值，可利用相邻的
两个数据点，进行数据拟合得到。
八、案例
1、 井内水位报警开关
安装在井内，有水检测报警。安装壳体壁厚达 5mm，有振动，潮湿凝露，高湿度淤泥等干扰需要排除。
2、 水箱液位检测
蒸烤箱水盒液位检测，分三档，零点校准即可满足需要。
3、 水龙头接近
检测人体靠近情况，开关水龙头。利用分体结构形成感应电极进行判断。MC11S 具有更强的抗干扰能力，可防止误触发。
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原文标题 : 数字电容传感芯片MC11系列应用手册
