[发明专利]一种电容传感器的微小电容测量电路及测量方法

权利要求书

1.一种微小电容测量电路，其特征在于：包括激励电压源V_in、被测电容C_x、等效电容C_as、等效电容C_bs、受控开关S1、受控开关S2、电荷放大器、采样保持器1、采样保持器2、仪表放大器U4；所述激励电压源V_in连接被测电容C_x一极，被测电容C_x另一极连接电荷放大器负反馈端。

2.根据权利要求1所述的一种微小电容测量电路，其特征在于：所述电荷放大器由运算放大器U1、电容C_f、电阻R_f和受控开关S3构成。

3.根据权利要求1所述的一种微小电容测量电路，其特征在于：所述采样保持器1由受控开关S4和运算放大器U2构成。

4.根据权利要求1所述的一种微小电容测量电路，其特征在于：所述采样保持器2由受控开关S5和运算放大器U3构成。

5.根据权利要求1～4所述的一种微小电容测量电路，其特征在于：所述受控开关S1～S5是可被逻辑信号控制的电子开关，可采用一个NMOS管和一个PMOS管并联组成一种三稳态电路，或采用低阻抗、宽带宽模拟开关。

6.一种微小电容测量方法，其特征在于：该方法基于权利要求1所述微小电容测量电路，包括以下步骤：

S1、在t1时刻，断开受控开关S3，由于S3的电荷注入效应，V₃点电压变为V_L；t2时刻，断开受控开关S5，采样保持器2处于保持状态，输出电压保持在V_L；t3时刻，断开受控开关S2，对电路产生一定的电荷注入效应；t4时刻闭合受控开关S1，给被测电容C_x施加激励电压V_in；t5时刻，断开受控开关S4，此时被测电容C_x右极板上的感应电荷量为：

Q_c＝-V_in×C_x (1)；

设电荷放大器的输出电压为V_H，则

设仪表放大器U4的差动输出为V_out，则

S2、在t6时刻，闭合受控开关S3，电荷放大器的输出电压为0，U2、U3均处于保持状态，输出电压分别为V_H和V_L；t7时刻，闭合受控开关S5，U3处于采样状态，输出电压为0；t8时刻，闭合受控开关S5，闭合受控开关S2，被测电容C_x左电极接地；t9时刻，断开受控开关S1，被测电容C_X开始放电；t10时刻，闭合受控开关S4，U2和U3均处于采样状态，输出电压均为0；

S3、从t1到t10时刻，为一次测量被测电容CX的时间，t5时刻之后的电路工作状态为测量被测电容C_x的有效状态，在t5后读取V_out值，并根据V_in，C_f计算出被测电容C_x容量。

7.根据权利要求6所述的微小电容测量方法，其特征在于：执行步骤S1之前先使电荷放大器的输出电压为零，具体过程为：闭合受控开关S3、S5、S2、S4，断开受控开关S1。

8.根据权利要求6所述的微小电容测量方法，其特征在于：通过可编程逻辑，按特定时序控制受控开关S1～S5的打开或闭合以及开关时序。