[发明专利]一种基于时间参数的电容测量集成电路和测量方法

权利要求书

1.一种基于时间参数的电容测量集成电路，其特征在于：包括电容转时间模块、时间转电压模块和数值转换模块；

电容转时间模块包括电压比较器模块，用于根据待测电容的大小提供脉冲信号；时间转电压模块包括第一积分模块和第二积分模块，用于根据脉冲信号获得模拟电压值；

数值转换模块包括比例转换电路，用于将模拟电压值转换成测量电容值并输出。

2.根据权利要求1所述的一种基于时间参数的电容测量集成电路，其特征在于：第一积分模块包括第一运放D1、第一电阻R1、第十电阻R10和待测电容C；第一运放D1的反相输入端通过串联第一电阻R1后连接脉冲信号端，从而输入第一时间脉冲信号U1，第一时间脉冲信号U1用于控制时间参数，并决定测量时间的长短和测量精度；第一运放D1的同相输入端通过串联第十电阻R10后接地；待测电容C并联在第一运放D1的反相输入端和输出端之间；设积分时间为t，则第一运放D1的输出端输出电压U2为：

3.根据权利要求2所述的一种基于时间参数的电容测量集成电路，其特征在于：电压比较器模块包括第二运放D2、第二电阻R2和第三电阻R3；第二运放D2的反相输入端通过串联第三电阻R3后连接第一运放D1的输出端，从而输入电压U2；同时第二运放D2的反相输入端通过串联第二电阻R2后输入参考电压U-ref；第二运放D2的同相输入端接地；第二运放D2的输出端输出电压U3。

4.根据权利要求3所述的一种基于时间参数的电容测量集成电路，其特征在于：还包括开关模块；开关模块包括MOS管M1、第九电阻R9和多路选择器D3；MOS管M1的栅极连接第二运放D2的输出端，从而输入电压U3，用于控制第二积分模块的工作时间；MOS管M1的漏极通过串联第九电阻R9后连接电源端，从而输入电压Vcc；MOS管M1的漏极还连接多路选择器D3的数据通道选择端；MOS管M1的源极接地和多路选择器D3的数据输入端0；多路选择器D3的数据输入端1连接脉冲信号端，从而输入第一时间脉冲信号U1；多路选择器D3的输出端输出电压U4。

5.根据权利要求4所述的一种基于时间参数的电容测量集成电路，其特征在于：第二积分模块包括第四运放D4、第四电阻R4、第八电阻R8和第一电容C1；第四运放D4的反相输入端通过串联第四电阻R4后连接多路选择器D3的输出端，从而输入电压U4；第四运放D4的同相输入端通过串联第八电阻R8后接地；第一电容C1并联在第四运放D4的反相输入端和输出端之间；第四运放D4的输出端输出电压U5；

当电路上电时，U3＝-Vcc，MOS管M1截止，U4＝U1，第二积分模块开始工作；设阈值电压为Ut，阈值电压Ut与参考电压U-ref的关系为：

当第一积分模块输出电压U2大于阈值电压Ut时，U3＝Vcc，MOS管M1导通，U4＝0，第二积分模块停止工作，U5保持停止之前的电压值；

根据公式(1)和公式(2)得出待测电容C与积分时间t的关系为：

由积分时间t得出第四运放D4的输出端输出电压U5为：

6.根据权利要求5所述的一种基于时间参数的电容测量集成电路，其特征在于：比例转换电路包括第五运放D5、第五电阻R5、第六电阻R6和第七电阻R7；第五运放D5的反相输入端通过串联第五电阻R5后连接第四运放D4的输出端，从而输入电压U5；第五运放D5的同相输入端通过串联第七电阻R7后接地；第六电阻R6并联在第五运放D5的反相输入端和输出端之间；第五运放D5的输出端输出电压U0；

由公式(4)可知，U5与待测电容C为一次比例关系，根据比例转换电路将电容值通过电压直接读出，即待测电容C的值与U0值相同；比例转换电路设置的参数满足以下条件：