实现电容容值计算的电路结构及其方法技术

本发明专利技术涉及一种实现电容容值计算的电路结构，包括检测控制电路模块、充电电阻R1、第一基准电容(C1)、待测电容(C2)、第三基准电容(C3)、第一开关(S1)、第二开关(S2)、第五开关(S5)和第六开关(S6)，检测控制电路模块接在充电电阻(R1)的两端，第一基准电容(C1)、第三开关(S3)和第一开关(S1)均与充电电阻(R1)的一端相连接，第一基准电容(C1)和第三开关(S3)的另一端均接地，充电电阻(R1)的另一端与第二开关(S2)、第五开关(S5)和第六开关(S6)相连接。本发明专利技术还涉及一种实现电容容值计算的方法。采用了本发明专利技术的实现电容容值计算的电路结构及其方法，可以去除电阻带来的误差，减小单个电容检测易受环境因素的影响，可以去除寄生电容对检测的影响，测量更为准确。测量更为准确。测量更为准确。

【技术实现步骤摘要】
实现电容容值计算的电路结构及其方法


[0001]本专利技术涉及MEMS产品领域，尤其涉及MEMS产品的电容检测领域，具体是指一种实现电容容值计算的电路结构及其方法。

技术介绍

[0002]近年在中美贸易对抗的大环境刺激下，市场上涌现出了很多国产MEMS产品，这些产品很多都具有电容特性，通过检测电容的变化来表征环境、产品等的变化。但很多MEMS产品的电容容值较小(几十皮法数量级)，容易受到干扰；线性度、一致性相对较差等。并且无论高档次或低档次的电容式元件，长期稳定性都不理想，多数长期使用漂移严重。比如湿敏电容容值变化为pF级，1％RH的变化不足0.5pF，容值的漂移改变往往引起几十RH％的误差。
[0003]案例1：555测电容的工作图如图1所示，C2是待测电容。其中R4、R2、C2组成充电回路，R2、C2组成放电回路。通过R4、R2充电到0.67VCC，然后通过R2放电到0.33VCC。
[0004]则可以得出t
high
＝C2*(R2+R4)*ln2
……
(1)
[0005]t
low
＝C2*R2*ln2
……
(2)
[0006]F＝1/(t
high
+t
low
)＝1/(C2*(R4+2*R2)*ln2)
……
(3)
[0007]Output duty cycle＝t
high
*F＝R2/(R4+2*R2)
……
(4)
[0008]从公式(3)得出电容变化影响频率变化。反之可以得出，频率可以表征电容变化，进而表征环境或产品发生了变化。
[0009]案例1的单独测试电容的方式存在问题：
[0010]1、电阻是有温度特性的。实际工作电路中，随着电阻的变化，会影响到充放电时间，进而导致测出来的频率发生变化，进而影响电容值的判定。
[0011]2、走线、制板、长时间工作杂质积累等原因造成的寄生电容带来的误差无法去除。比如湿敏电容基值以及敏感度均为皮法级，外界寄生电容的存在会影响到充放电时间，导致测出来的频率发生变化，进而影响电容值的判定。
[0012]案例2：现有技术的一种电容测量方式如图2所示，待测电容C2、基准电容C1、充电电阻R1为核心器件，控制模块先闭合S2，通过R1先对C1充电，到达阈值闭合S3放电到地，一定时间后打开S3，重复充放电，记录振荡次数X1所用的时间T。在T时间内对待测电容C2计振荡次数X2，由于充电电压以及翻转阈值电压均相同，通过公式换算最终可以得到如下关系：
[0013]C1×
X1＝C2×
X2＝
……
(5)
[0014]基准电容C1，基准电容振荡次数X1固定不变，由公式可以得出，不同电容下，对应的振荡次数X2是不同的。反之，可以通过X2来表征电容变化。
[0015]案例2的技术方案引入基准电容的测试电路虽然有效解决了充电电阻等带来的影响，但还是存在以下问题：
[0016]1、走线、制板、长时间工作杂质积累等原因造成的寄生电容带来的误差无法去除。比如湿敏电容基值以及敏感度均为皮法级，寄生电容带来的误差对实际测量的湿度影响巨大。
[0017]2、电路放电是由N管控制泄放到GND，时间固定，此方法认为由于放电时间很小，因此忽略不计，但是实际使用中，可能会出现待测电容比基准电容大很多或者小很多的情况，这时导致振荡次数也会出现差距很大的情况，这时放电时间忽略不计会引入新的误差。

技术实现思路

[0018]本专利技术的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种满足误差小、精度高、测量准确的实现电容容值计算的电路结构及其方法。
[0019]为了实现上述目的，本专利技术的实现电容容值计算的电路结构及其方法如下：
[0020]该实现电容容值计算的电路结构，其主要特点是，所述的电路结构包括检测控制电路模块、充电电阻、第一基准电容、待测电容、第三基准电容、第一开关、第二开关、第五开关和第六开关，
[0021]所述的检测控制电路模块接在充电电阻的两端，所述的第一基准电容、第三开关和第一开关均与充电电阻的一端相连接，所述的第一基准电容和第三开关的另一端均接地，所述的充电电阻的另一端与第二开关、第五开关和第六开关相连接，所述的第五开关的另一端通过待测电容接地，所述的第六开关的另一端通过第三基准电容接地。
[0022]较佳地，所述的电路结构还包括第四开关，一端与第五开关和第六开关相连的一端相连接，另一端接地，在达到阈值点的情况下，第一基准电容、待测电容和第三基准电容通过第四开关放电到地，所述的待测电容和第三基准电容通过第四开关放电，所述的第一基准电容通过充电电阻后再通过第四开关放电。
[0023]较佳地，所述的电路结构还包括第三开关，一端与第一基准电容和充电电阻相连的一端相连接，另一端接地，在达到阈值点的情况下，第一基准电容、待测电容和第三基准电容通过第三开关放电到地，所述的第一基准电容通过第三开关放电，所述的待测电容和第三基准电容通过充电电阻后通过第三开关放电。
[0024]该利用上述电路结构实现电容容值计算的方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：
[0025](1)闭合第二开关，通过充电电阻对第一基准电容充电，到达阈值电压V
OUT
后闭合第三开关，对地快速放电，在放电时间t
d
后断开第三开关完成震荡，在周期T内重复进行充放电，并记录振荡次数X1，打开第二开关；
[0026](2)通过检测控制电路模块闭合第六开关且打开第五开关，闭合第一开关对第三基准电容进行充放电，记录周期T内的振荡次数X3，打开第一开关；
[0027](3)通过检测控制电路模块闭合第五开关且打开第六开关，闭合第一开关对待测电容进行充放电，记录周期T内的振荡次数X2，打开第一开关；
[0028](4)通过得到的振荡次数X1、X2和X3计算待测电容的电容值。
[0029]较佳地，所述的步骤(4)中计算待测电容的电容值，具体为：
[0030]根据以下公式计算待测电容的电容值：
[0031]C2＝C1‑
(C1‑
C3)
×
(X2X3‑
X1X3)/(X3X2‑
X1X2)；
[0032]其中，C1、C3分别是第一基准电容和第三基准电容的电容值，X1、X2、X3为振荡次数。
[0033]采用了本专利技术的实现电容容值计算的电路结构及其方法，相比现有技术可以去除电阻带来的误差，同时减小单个电容检测易受环境因素的影响，而且相比现有技术可以去
除寄生电容对检测的影响，同时将放电时间考虑进去，测量更为准确。
附图说明
[0034]图1为现有技术的实施例1的直接对电容充放电进行测试的电路结构示意图。
[0035]图2为现有技术的实施例2的电容测量方式本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种实现电容容值计算的电路结构，其特征在于，所述的电路结构包括检测控制电路模块、充电电阻(R1)、第一基准电容(C1)、待测电容(C2)、第三基准电容(C3)、第一开关(S1)、第二开关(S2)、第五开关(S5)和第六开关(S6)，所述的检测控制电路模块接在充电电阻(R1)的两端，所述的第一基准电容(C1)、第三开关(S3)和第一开关(S1)均与充电电阻(R1)的一端相连接，所述的第一基准电容(C1)和第三开关(S3)的另一端均接地，所述的充电电阻(R1)的另一端与第二开关(S2)、第五开关(S5)和第六开关(S6)相连接，所述的第五开关(S5)的另一端通过待测电容(C2)接地，所述的第六开关(S6)的另一端通过第三基准电容(C3)接地。2.根据权利要求1所述的实现电容容值计算的电路结构，其特征在于，所述的电路结构还包括第四开关(S4)，一端与第五开关(S5)和第六开关(S6)相连的一端相连接，另一端接地，在达到阈值点的情况下，第一基准电容(C1)、待测电容(C2)和第三基准电容(C3)通过第四开关(S4)放电到地，所述的待测电容(C2)和第三基准电容(C3)通过第四开关(S4)放电，所述的第一基准电容(C1)通过充电电阻(R1)后再通过第四开关(S4)放电。3.根据权利要求1所述的实现电容容值计算的电路结构，其特征在于，所述的电路结构还包括第三开关(S3)，一端与第一基准电容(C1)和充电电阻(R1)相连的一端相连接，另一端接地，在达到阈值点的情况下，第一基准电容(C1)、待测电容(C2)和第三基准电容(C3)通过第三开关(S3)放电到地，所述的第一基...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐飞，陈佳俊，吴君磊，张钧，沈天平，潘敏，
申请(专利权)人：华润微集成电路无锡有限公司，
类型：发明
国别省市：