从宏观上来说，电容传感器通常是通过将电容转换成其他物理量来进行分析的，比如电压、时间或频率。从微观上看，电容式传感器在汽车上已经使用了很长时间。MEMS加速度传感器基于电容传感器的原理。这些传感器通常用于检测电荷转移。美国ADI公司(ADI)开发了一种检测电容的新方法，利用改进的S-D模数转换器(ADC)的输入级来检测未知电容，并将其转换为数字量。ADI公司称之为电容数字转换器或CDC。首先，本文阐述了CDC转换方法。然后介绍了几种可用于汽车的电容式传感器的工作原理。最后简要介绍了交替转换法。

数字转换器有许多优点。因为它与S-D ADC密切相关，所以可以采用和修改S-D ADC的一些众所周知的特性。这些特性包括高噪声抑制能力、在非常低的频率下的高分辨率、高精度和低成本，以及对诸如电磁干扰的外部影响的鲁棒性。几乎无一例外，S-D ADC都有类似的输入结构，从而针对特定的测量任务采用各种结构，例如极低的电流输入、最大的精度或高截止频率。对图1的进一步研究将揭示更多的优点。寄生电容对初始测量没有影响。寄生电容在节点A接近零，并且具有零电势。在节点B不为零，但提供了一定的低阻电位，所以这个节点的寄生电容会被充电到平均值而不影响测量结果。从节点A到节点B的寄生电容总是与测量元件并联，并且总是表现为失调电压。

AD7745是首款CDC，提供24位分辨率和16位精度。它具有大约50aF分辨率和2 fF(校准)精度。基准电容具有严格的温度系数，因此可以用作内置温度传感器以提高测量精度，也可以用作基准电容。

先前的电容分析系统需要高测量电容，并且在被触摸时具有大的电容变化。这种对足够大的变化的要求经常给传感器制造商带来问题，但是对于具有小电容的传感器应该没有问题。例如，典型的150 pF湿度传感器不仅贵得多(因为尺寸更大)，而且更容易出错，其长期稳定性也降低。

电容器的容量根据其结构按公式C=eoerA/d计算，其中eo为真空中的介电常数，er为介质中的介电常数，A为极板的有效面积，D为两电极间的距离。除了压力传感器等少数例外，所有的电容传感器都是利用平面或电介质的变化来测量电容的变化。大多数传感器可以分为两类:根据板的面积(几何尺寸)变化的(如液位传感器或位移传感器)和根据er变化的(如接近传感器或湿度传感器)。

传统介电传感器的一个例子是使用湿敏聚合物层作为介质的湿度传感器。随着湿度的增加，水分子越积越多，所以er增加。测量液体(如油或燃料)纯度的传感器，本质上是由两个固定的平板组成，液体本身构成电介质。液体所需的特性主要由经验决定(如油或燃料中水分含量增加)。温度在其中起着决定性的作用，所以决策一定是可靠的。确定介质变化的简单接近传感器通常需要最复杂的测量电子电路。

在大多数情况下，接近传感器由印刷电路板上的两个导体组成，两个导体之间的介电值具有非常低的介电常数(接近1)。如果一个物体，如人手，靠近电容器的电场，电容将发生变化。人体含水量超过90%，所以介电常数很高(50左右)。无触点开关的制造非常简单，所以用于无钥匙进入和电子车窗的夹持保护。无钥匙汽车的核心要求是电流输入越低越好——标准值低于100mA。S-D ADC已经在业界优化多年，因此可以提供合理的架构。雨量传感器可以通过相同的方法实现。这些传感器易于生产，成本低，尺寸小。传统的基于水滴折射的雨量传感器必须非常小，这样就减少了在挡风玻璃上占用的面积，同时也导致了雨量小且可重复的问题。

根据其几何尺寸而变化的传感器的例子有压力传感器、液位传感器和位移传感器——简单地改变两个固定板之间的电介质。压力传感器使用两块固定尺寸的板作为膜片；由于膜片的弹性，当压力作用在传感器上时，两板之间的距离会发生变化。

对温度传感器的需要是由于热膨胀引起的几何尺寸变化。想象一下，两个电极中的一个接在芯片上，另一个电极接在金属或陶瓷结构的外壳上。因此，外壳本身起到传感器的作用。比如陶瓷外壳，陶瓷可以承受很大的压力和腐蚀性介质。与传统的惠斯通电桥相比，电容式压力传感器的主要优点是输入电流低，这使得它特别适合轮胎压力控制和其他应用。

在液位传感器中，测量一对浸入液体中的固定平板。制造商可以使用价格极低的印刷电线。另一对平板放置在底部，允许检测介质因温度或其他因素而变化，如图4所示。

在所有方中，S-D ADC被证明是最受欢迎的。许多情况下，数字滤波器总是可以用来实现所需的动态行为。比如液位传感器需要长时间恒定，而接近传感器必须适应周围环境的变化(比如雨雪天气使用的湿度传感器)。

下面简单讨论一下交替转换法。这种工作方式遵循一种完全不同甚至更复杂的方法。另一方面，这种方法可以用来测量复杂的阻抗包，包括电感阻抗、阻抗和电容阻抗，或者电阻和电感传感器。在这种情况下，传感器以非常精确的已知频率被激励。为此，ADI公司采用了直接数字频率合成技术(DDC)。通过快速ADC和快速傅立叶分析记录传感器的响应。DDS方法可以在任何时候精确地知道原始相位。同样，也可以测量对其他频率的响应。由此可以计算出阻抗的实部和虚部，并在数据总线上输出。一次完整的扫描只需要几百毫秒。