[发明专利]一种电流注入补偿电容检测电路及方法

权利要求书

1.一种电流注入补偿电容检测方法，其特征在于，所述电流注入补偿电容检测方法使用的电流注入补偿电容检测电路包括：

生成时钟控制信号，控制电路中所有开关，即S₁、S₂、S₃、S₄、S₅、S₆的闭合状态的时钟控制电路；

将待测电容或电路中寄生电容的容值转换成模拟电压信号的电容电压转换电路；

利用开关S₂控制基准电流源电路向电容检测电路注入合适时间的电流，用以消除电路中寄生电容对待测电容的影响的电流注入补偿电路；

将模拟电压信号转换为N位数字信号输出的模数转换器电路；

所述电流注入补偿电容检测方法包括：

步骤一，电容检测电路检测寄生电容C_P；

步骤二，电流注入补偿电路补偿寄生电容C_P产生的电荷；

步骤三，电容检测电路检测待测电容C_in；

所述电流注入补偿电容检测方法，具体过程为：

(1)检测电路中寄生电容C_p的值，此时开关S₁断开，待测电容C_in未接入电路；具体操作过程为：首先，开关S₁、S₄断开，开关S₃、S₅闭合，虚拟寄生电容C_p和基准电容C_fb放电，此时，电路中电容存储的电荷值

Q₁＝(V_X-V_GND)·C_p+(V_Y-V_out)·C_fb；

由于运算放大器增益较大，为理想运算放大器，由于“虚短”“虚断”推出，V_Y＝V₊，V_out＝V_Y，V_X＝0，根据电荷守恒推出输出电压V_out＝V₊，此时Q＝0；

接下来，开关S₁、S₃、S₅断开，开关S₄闭合，此时，电路中电容存储的电荷值Q₂＝(V_X-V_GND)·C_p+(V_Y-V_out)·C_fb；

此时，V_X＝V_Y＝V₊，由电荷守恒可知Q₁＝Q₂，可推出，

开关S₆闭合，模数转换器电路将对电容检测电路的输出电压V_out采样，并将模拟电压信号V_out，转换成对应的N位数字信号，由于已知运算放大器正端输入电压V₊和基准电容C_fb的值，可由该N位数字信号计算出电路中寄生电容C_p的值；

(2)确定补偿时间，接入基准电流源以补偿电路中寄生电容C_p产生的电荷；

寄生电容容值C_p与经过模数转换器电路转换对应的N位数字信号成正比，该数字信号被存储在寄存器中，并传输至时钟控制电路；所述时钟控制电路主要包括环形振荡器电路、N位计数器电路、触发器电路、异或门电路；所述环形振荡器电路可生成频率为f＝1/t₀的时钟信号，记为CLK_T，该信号作为计数器的输入控制时钟，具体流程为，N位计数器均为“1”，当N位计数器开始计数，每个CLK_T的时钟上升沿到来时减“1”，已知寄生电容C_p对应的N位数字信号，该N位数字信号与计数器每一位进行比较，当每一位均相同时，生成控制信号CON，此时触发器电路对其进行采样得到计数结束信号记为G_n，该信号作为计数器的复位信号；

计数开始信号记为G_0，将信号G_0与信号G_n异或可得到补偿时间信号T_C，具体补偿过程为：当计数开始信号G_0到来时，时钟控制电路控制开关S₂闭合，基准电流源注入补偿电流I_ref对寄生电容C_P充电，当计数结束信号G_n到来时，时钟控制电路控制开关S₂断开，电流注入补偿结束；

(3)检测电路中待测电容C_in，此时开关S₁闭合，待测电容C_in接入电路；

开关S₁、S₃、S₅闭合，开关S₄断开，待测电容C_in接入电路，且和电路中虚拟寄生电容C_p并联；开关S₂闭合，基准电流源对待测电容C_in、虚拟的电路中寄生电容C_p充电，设定充电时间为T，此时基准电容C_fb两端被短接，V_out＝V₊，电路电荷值为：Q₃＝I_ref·T；

开关S₂、S₃、S₅断开，开关S₁、S₄闭合,基准电流源停止充电，电路电荷值为：Q₄＝V₊·(C_in+C_P)+(V₊-V_out)·C_fb；

根据电荷守恒可推出：

选择合适的充电时间T可使V₊·C_P＝I_ref·T，消除电路中寄生电容C_P，有：

该式中没有寄生电容C_P项，已经消除寄生电容C_P对待测电容C_in的影响，同时，已知基准电容C_fb电容值，基准电流源I_ref电流值，当开关S₆闭合，模数转换器将Vout模拟电压信号值转换对应的N位数字信号，根据该N位数字信号及已知量计算出待测电容C_in的对应的N位数字信号即可推出待测电容C_in的电容值。