快速电容比较装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种快速电容比较装置，其特征在于它包括：一充电模块，包括串联的第一电容和第二电容，此二者串联后并联于一反相器；反相器输入端连接一时钟信号，并且第一和第二电容连接点作为该充电模块的比较输出端；一比较模块，包括相串联的受时钟信号控制而切换导通的第一开关和第二开关；此第一和第二开关的连接点接比较输出端，第一开关另一端接一电压为VDD/2的分压端；以及一判断输出模块，具有连接分压端的第一输入端和连接第二开关另一端的第二输入端；该判断输出模块还具有根据第一输入端和第二输入端电压比较大小结果输出两种状态的判断输出端。本方案在一个时钟周期内就可以完成对电容值比较的判断，检测速度快，同时装置的结构简单，可靠性高。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种可快速读取电容值比较结果的电路装置。
技术介绍
为了使数字设备可以检测多种变化的物理量，需要各种传感器将这些物理量转化为即时的电参数变化以供设备读取和分析。其中有一类传感器是利用电容值此消彼长的串联电容器作为传感部件，利用电容器作为传感部件有明显的优点，比如变化灵敏、结构简单、密封性好、抗干扰较强等等；这类动态电容传感头将其物理量包括高度、姿态角度等转化为两个电容值的差异，通过设计比较电路，就可以实时判断电容值所表征的物理量变化。电容器充放电需要时间，如何地设计比较电路，使装置能够迅速可靠，是这类传感器设计的困难之所在。
技术实现思路
针对以上电容式传感器的设计需求，本技术提出一种快速电容比较装置，其技术方案如下快速电容比较装置，它包括一充电模块，包括串联的第一电容和第二电容，此二者串联后并联于一反相器；所述反相器输入端连接一时钟信号，并且所述第一和第二电容连接点作为该充电模块的比较输出端；一比较模块，包括相串联的受所述时钟信号控制而切换导通的第一开关和第二开关；此第一和第二开关的连接点接所述比较输出端，第一开关另一端接一电压为VDD/2的分压端；以及—判断输出模块，具有连接所述分压端的第一输入端和连接所述第二开关另一端的第二输入端；该判断输出模块还具有根据所述第一输入端和第二输入端电压比较大小结果输出两种状态的判断输出端。作为本技术方案的优选者，可以在如下方面具有改进一较佳实施例中，所述第一电容和第二电容为受一外部因素影响而变化的动态电容。一较佳实施例中，所述分压端为连接于VDD与地之间的两个分压电阻连接点。一较佳实施例中，所述第一开关和第二开关包括受控通断的MOS管。—较佳实施例中，所述判断输出模块为一积分电路，该积分电路包括一运算放大器，所述运算放大器的其正输入端作为所述第一输入端、其负输入端作为所述第二输入端、其输出端作为所述判断输出端；并且所述第二输入端与所述判断输出端之间具有第三电容。一较佳实施例中，所述判断输出模块包括一比较器，该比较器其正输入端作为所述第一输入端、其负输入端连接一滤波电阻并使其另一端成为所述第二输入端、其输出端作为所述判断输出端；并且所述第二输入端还具有一连接到地的滤波电容。一较佳实施例中，所述第一电容和第二电容为pF级的电容器。本技术带来的有益效果是I.在一个时钟周期内就可以完成对电容值比较的判断，检测速度快，同时装置的结构简单，可靠性高。2.电容采用小容量者，可以得到较快的响应速度。3.本电路的第一开关和第二开关由受控的MOS开关管实现，可以工作在很高的频率，从而，整个装置可以具有较高的精度。4.本方案采用电压控制方式，不需要功率器件，耗能少。以下结合附图实施例对本技术作进ー步说明图I是本技术实施例一电路图；图2是本技术实施例ニ电路图。具体实施方式实施例一如附图说明图1，本技术实施例一电路图；此电路包括三个部分，分别是充电模块10、比较模块20和判断输出模块30 ;其中，充电模块10包括相互串联的第一电容Cl和第二电容C2，Cl和C2串联后与一反相器INV并联，并且反相器INV输入端连接ー时钟信号CLK，Cl和C2的连接点作为该充电模块10的比较输出端11 ;此充电模块10的时钟端CLK接入CMOS电路的时钟信号，在时钟信号下实现Cl和C2的交替方向充电。比较输出端11连通至下级的ー比较模块20，此比较模块20包括相串联的第一开关Kl和第二开关K2，第一开关Kl受时钟信号驱动，而第二开关K2受反向时钟信号驱动，因而Kl和K2随着时钟信号切换导通；K1和K2的连接点接比较输出端11，Kl另一端接ー电压为VDD/2的分压端；此分压端由连接于VDD和地之间的第一电阻Rl与第二电阻R2串联分压实现。在比较模块20的下级是ー判断输出模块30，此判断输出模块30为ー积分电路，该积分电路包括一运算放大器Al ,Al的正输入端作为第一输入端连接了 R2和Rl之间的分压端；A1的负输入端作为第二输入端连接K2,其输出端作为整个装置的判断输出端out,同时Al的负输入端和判断输出端out之间具有第三电容C3，根据Al正负输入端的的电平情況，判断输出端out输出高低不同状态的电平。整个装置的工作原理如下CLK为O和I两种电平状态，令Cl上电荷为Ql，C2上电荷为Q2，当CLK为I时Kl闭合，K2断开，Ql = VDD/2*C1Q2 = VDD/2*C2在此状态下，CLK转换为0，从而Kl断开，K2闭合，因为Cl和C2上的电荷总量不变，故Va*Cl_Ql = (VDD-Va)*C2_Q2，所以(Va+VDD/2)*C1= (3VDD/2_Va) *C2，我们假设Cl > C2，则由上式得Va+VDD/2 < 3/2VDD_VaVa < VDD/2由于判断输出模块30的积分电路知，判断输出端out输出为1，若Cl <C2，则out为0，可见，在CLK 一个时钟周期内就可以完成对Cl和C2的判断，检测速度快，同时装置的结构简单，可靠性高。C2和Cl乃是可以感应一维倾斜度的动态电容，其容量为数pF，充放电时间很短，可以得到较快的响应速度。本电路的第一开关Kl和第二开关K2由受控的MOS开关管实现，可以工作在很高的频率，从而，整个装置可以具有较高的精度。另外，从所有的原件可知，本方案采用电压控制方式，不需要功率器件，耗能少。实施例二 如图2是本技术实施例二电路图。本实施例二的充电模块10、比较模块20与实施例一相同，不同的是，判断输出模块30采用的是滤波电路与高速比较器的形式。一比较器COM其正输入端作为所述第一输入端、其负输入端连接一滤波电阻R4并使R4另一端成为所述第二输入端、其输出端作为所述判断输出端out ;并且所述第二输入端还具有一连接到地的滤波电容C3。比较器COM的正负输入端接收相应的高低电平，再在判断输出端out输出比较结果，本方案用到了包括R4与C 3的滤波电路，其抗干扰能力较强。以上所述，仅为本技术较佳实施例而已，故不能依此限定本技术实施的范围，即依本技术专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本技术涵盖的范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
快速电容比较装置，其特征在于：它包括：一充电模块，包括串联的第一电容和第二电容，此二者串联后并联于一反相器；所述反相器输入端连接一时钟信号，并且所述第一和第二电容连接点作为该充电模块的比较输出端；一比较模块，包括相串联的受所述时钟信号控制而切换导通的第一开关和第二开关；此第一和第二开关的连接点接所述比较输出端，第一开关另一端接一电压为VDD/2的分压端；以及一判断输出模块，具有连接所述分压端的第一输入端和连接所述第二开关另一端的第二输入端；该判断输出模块还具有根据所述第一输入端和第二输入端电压比较大小结果输出两种状态的判断输出端。

【技术特征摘要】
1.快速电容比较装置，其特征在于它包括 一充电模块，包括串联的第一电容和第二电容，此二者串联后并联于一反相器；所述反相器输入端连接ー时钟信号，并且所述第一和第二电容连接点作为该充电模块的比较输出端; 一比较模块，包括相串联的受所述时钟信号控制而切换导通的第一开关和第二开关；此第一和第二开关的连接点接所述比较输出端，第一开关另一端接一电压为VDD/2的分压端；以及 一判断输出模块，具有连接所述分压端的第一输入端和连接所述第二开关另一端的第ニ输入端；该判断输出模块还具有根据所述第一输入端和第二输入端电压比较大小结果输出两种状态的判断输出端。2.根据权利要求I所述快速电容比较装置，其特征在于所述第一电容和第二电容为受ー外部因素影响而变化的动态电容。3.根据权利要求I所述快速电容比较装置，其特征在于所述分压端为连接于VD...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊守芬，卢泽聪，
申请(专利权)人：厦门联创微电子股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：