一顆 SR Latch 打趴所有複雜電路：差分電容感測器的逆襲

你有沒有想過，最厲害的電容感測介面電路，竟然可能只是一個 SR Latch 加兩個 RC 網路？不用 OPA、不用 DSP，一顆 latch 搞定。

多倫多某社區學院的電氣工程教授 Jordan Dimitrov 在 EDN 發表了一個讓人眼睛一亮的設計：以一顆 SR 閂鎖器（SR latch）為核心，搭配兩組 RC 充放電網路，組成一個鬆弛振盪器（relaxation oscillator）。當 C1 充電時，C2 透過並聯開關快速放電；一旦 C1 達到閂鎖器的觸發電壓，電路立刻翻轉，兩顆電容角色互換。就這樣一個 simple 振盪迴路，輸出的 duty cycle 與電容差值呈完美線性關係。

微控制器只需要量測 t1、t2 兩個時間區段，計算 VAVR = VDD × t1 / (t1 + t2)，再減去一個校正常數，就能得到差分輸出：C1 > C2 為正值，C1 < C2 為負值。整個系統不需任何昂貴的儀表放大器。

實驗結果：用十顆 50pF 電容做驗證，duty cycle 與電容值的線性擬合 R² = 1，完美直線。但非線性誤差不（約 ±0.3%）。這裡 Dimitrov 秀了一手：用一個二次多項式修正後，誤差直接壓到 ±0.1%而且這段修正方程式，在微控制器韌體裡只需要幾行 code。

這個設計最值得記錄的重點不是省了多少零件，而是：很多時候所謂「高階」的感測方案，是工程師自己嚇自己。一個扎實的基本振盪器，加上適當的校正演算法，效果可以打趴一堆複雜出來的電路。下次做感測介面設計前，先問問自己：複雜真的是必要的嗎？