基于HS1101 的湿度传感器及其变送器的设计

3.1 振荡电路

振荡电路的作用是将电容的变化量转化为频率可变的方波。由图3 可知，这是一个非对称多谐振荡器。或非门G1 工作在电压传输特性的转折区，把它的输出电压直接连接到或非门G2 的输入端。G2即可得到一个介于高低电平之间的静态偏置电压，从而使G2 的静态工作点也处于电压传输特性转折区上。反馈环路中电容使电路在两个暂稳态之间往复振荡。

由于电容充放电的时间T为2.2RC，所以输出的方波频率：

可见输出频率和电容值成反比。通过这个电路使湿度信号变为电容值，最后变为频率信号输出。

3.2 消除零点电容

需要指出的是，图3 所示的湿度传感器零点电容比较大，灵敏度不够高，湿度从0%～100%RH，电容的变化量不超过30～50PF。为此，最好将零点电容消除掉，在实际设计中我们用两片CMOS4001 集成电路对图3 进行改造，具体见图4。

A、B、C、D 四个点的波形如图5 所示。由图4 中U1 的4 个或非门组合逻辑可知：

只要调整C 的脉冲宽度，就可以得到D 的脉冲宽度，从而可以消除零点电容，经过调制的电容变化信号也就是湿度信号。将同一封装内的门电路U2A、U2B、U2C、U2D 并联使用，可以扩大CMOS 门电路输出低电平时吸收负载电流的能力。

3.3 线性输出信号调理

电路湿度的脉冲信号再经过后面的二极管整流、RC积分电路，得到随温度变化的电压。由于信号比较微弱，再经过一个同向比例放大器把信号放大，最终把信号调理为0～3V的输出。