[发明专利]实现电容容值计算的电路结构及其方法

说明书

本发明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。本发明还涉及一种实现电容容值计算的方法。采用了本发明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。

技术领域

本发明涉及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。

背景技术

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。

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。

则可以得出t_high＝C₂*(R2+R4)*ln2……(1)

t_low＝C₂*R2*ln2……(2)

F＝1/(t_high+t_low)＝1/(C₂*(R4+2*R2)*ln2)……(3)

Output duty cycle＝t_high*F＝R2/(R4+2*R2)……(4)

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。

案例1的单独测试电容的方式存在问题：

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。

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。

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：