一种微小电容测量方法及装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种微小电容测量方法及装置，涉及信号处理领域，该微小电容测量装置包括：待测电容移相电路，用对参考基波信号V(Sin)进行移相处理和波形反向处理；信号运算处理单元，用于通过参考基波信号V(Sin)获得参数电压值AINO、AIN1；处理器，用于设置正弦波发生器DDS的输出信号频率f和获取参数电压值AINO和AIN1，然后通过该输出信号频率f和参数电压值AINO和AIN1计算出待测电容Cx的容值。本发明适用于包括电容式传感器和电容式触控面板在内的所有以微电容感应技术为基础的电子产品，相对于目前传统的微电容检测技术，本发明同时具备测量精度高、测量速度快、抗干扰能力强、能够有效抑制杂散电容等一系列优点。
【专利说明】
一种微小电容测量方法及装置
技术领域
[0001] 本发明涉及信号处理领域，具体涉及强干扰环境下的微电容高精度检测方法及装 置。
【背景技术】
[0002] 随着以微电容感应技术为基础的电容式传感器和电容式触控面板在工业领域和 消费电子产品领域的日益普及，这类产品的市场需求量越来越大。电容式传感器是把被测 的机械量的变化，如位移、压力等转换为电容量变化的传感器，其感应部分就是具有容值可 变特性的微小电容器;而电容式触控面板是在超薄玻璃的表面贴合上一层具有特殊走线图 案的透明ΙΤ0半导体(纳米铟锡金属氧化物)涂层，当手指触摸在此ΙΤ0半导体涂层上时，触 点附近的ΙΤ0走线节点电容就会发生变化，然后与之相连的微电容检测电路就会通过侦测 此ΙΤ0走线节点电容的变化来判断触摸的位置信息，其感应部分同样也是容值可变的微小 电容器。上述的两类产品在生产质检和实际应用的过程中都需要使用到微电容检测设备来 检测感应电容的容值，目前这些微电容检测设备一般都采用充/放电电容测量法、TDC(时间 数字转换）电容测量法以及AC电桥电容测量法等技术，而这些技术在不同程度上都有测量 速度慢、易受外界电磁噪声干扰、杂散电容难以抑制等缺陷，因此，需要发明一种测量速度 快、抗干扰能力强、能够抑制杂散电容而且具备精准测量能力的微小电容测量方法及装置 来提升上述产品的性能指标以及生产质量的卡控能力。
【发明内容】
[0003] 为解决上述现有技术中存在的问题，一方面，本发明提供一种微小电容测量方法， 其特征在于，所述测量方法包括：
[0004] 步骤S1，生成参考基波信号V(Sin)、参考基波的反向信号V(-Sin)、参考基波的移 相?目号V(_Cos);
[0005] 步骤S2,参考基波信号V(Sin)在经过以待测电容Cx为移相电容的-90°移相电路处 理之后输出移相之后的信号VO(-Cos)，经过波形反向电路调理之后生成反向信号VO(Cos);
[0006] 步骤S3,生成参考信号SW1、SW2及反向信号-SW1和-SW2;
[0007] 步骤S4,信号V(Sin)、信号V(-Sin)、参考信号SW1和参考信号-SW1经过运算处理后 输出交流信号V0;信号V0(-C〇s)、信号VO(Cos)、参考信号SW2和参考信号-SW2经过运算处理 后输出交流信号VI;
[0008] 步骤S5,分别将交流信号V0和交流信号VI的交流分量滤除并输出其直流分量ΑΙΝ0 和ΑΙΝ1，对直流电压ΑΙΝΟ和直流电压ΑΙΝ1采样并将其转换为数字信号；
[0009] 步骤S6,设置正弦波发生器DDS的输出信号频率f和获取模数转换器ADC所采集到 的直流电压ΑΙΝ0和AIN1，对获取到的电压值AIN0、AIN1和已知参数cojg加以运算得出待测 电容Cx的容彳| 其中正弦波发生器的输出信号频率/ = ^：，Rg为移相电 路中的增益电阻。
[0010] 进一步地，步骤SI、S2 中，V( Sin)为A · sin(c〇t)，V(_Sin)为-A · sirKcothAK-Cos) 为-A · cos( ω t) ，V0(_Cos) 为-A · ω · Cx · Rg · cos(wt) ，V0(Cos) 为A · ω · Cx · Rg · cos(wt)，其中A为此正弦波信号的电压幅度，ω为此正弦波信号的角速度。
[0011] 进一步地，步骤S3具体为:使用一高速电压比较器将信号V(-Cos)和门限电压VSET 比较之后生成参考信号SW2,使用一高速电压比较器将信号V(Sin)和门限电压VSET比较之 后生成参考信号SW1，使用基于逻辑非门的数字信号反向器分别将参考信号SW1和参考信号 SW2转换为反向信号-SW1和-SW2。
[0012] 进一步地，步骤S4中，信号V(Sin)、信号V(-Sin)、参考信号SW1和参考信号-SW1经 过运算处理后输出交流信号V0的具体过程为:信号V(Sin)和参考信号SW1相乘得出信号F0; 信号V(-Sin)和参考信号-SW1相乘得出信号F1;F0和F1经过加法电路处理之后输出信号V0 = F0+Fl〇
[0013] 进一步地，步骤S5中，使用LPF有源低通滤波器分别将交流信号V0和交流信号VI的 交流分量滤除并输出其直流分量ΑΙΝ0和AIN1。
[0014] 进一步地，步骤S6中，所述设置正弦波发生器DDS的输出信号频率f和获取模数转 换器ADC所采集到的直流电压ΑΙΝ0和AIN1具体为:M⑶通过SPI总线通讯的方式设置正弦波 发生器DDS的输出信号频率f和获取模数转换器ADC所采集到的直流电压ΑΙΝ0和AIN1。
[0015] 另一方面，本发明提供微小电容测量装置，其特征在于，所述测量装置包括：
[0016] 待测电容移相电路，用于将参考基波信号V(Sin)在经过以待测电容Cx为移相电容 的-90°移相电路处理之后输出移相之后的信号VO(-Cos)，经过波形反向电路调理之后生成 反向信号VO(Cos);
[0017] 信号运算处理单元，用于通过对参考基波信号V(Sin)经过一系列运算处理后，获 得参数电压值AIMKAIN1;
[0018] 处理器，用于设置正弦波发生器DDS的输出信号频率f和获取参数电压值ΑΙΝ0和 ΑΙΝ1，然后通过对获取到的电压值ΑΙΝ0、ΑΙΝ1和已知参数《、取加以运算最终得出待测电容
Cx的容，其中正弦波发生器的输出信号频率/ = ^，Rg为移相电路中 2π 的增益电阻。
[0019] 进一步地，所述信号运算处理单元具体包括信号生成单元、运算处理子单元；其 中，
[0020] 信号生成单元，用于生成参考基波信号V(Sin)、参考基波的反向信号V(-Sin)、参 考基波的移相信号V(-Cos)、信号VO(-Cos)、反向信号VO(Cos);及生成参考信号SW1、SW2及 反向信号-SW1和-SW2;
[0021] 运算处理子单元，用于
[0022] 对信号V(Sin)、信号V(-Sin)、参考信号SW1和参考信号-SW运算处理后输出交流信 号V0,其中信号V0的电压幅度Α0=Α;
[0023] 对信号V0(-Cos)、信号VO(Cos)、参考信号SW2和参考信号-SW2经过运算处理后输 出交流信号VI，其中信号VI的电压幅度A1为Α· ω ?Cx·%;
[0024] 将交流信号V0和交流信号VI的交流分量滤除并输出其直流分量ΑΙΝΟ和AIN1，对直 流电压ΑΙΝΟ和直流电压AIN1采样并将其转换为数字信号。
[0025] 进一步地，所述信号生成单元生成的V(Sin)为A · sin( ω t)，V(-Sin)为-A · sin (c〇t)，V(-Cos)S-A.cos(c〇t)，VO(-Cos)S-A.c〇.Cx.Rg.cos(wt)，VO(Cos)SA.c〇· Cx · Rg · cos(wt)〇
[0026] 进一步地，所述信号生成单元，还包括高速电压比较器，用于将信号V(-Cos)和门 限电压VSET比较之后生成参考信号SW2,及用于将信号V(Sin)和门限电压VSET比较之后生 成参考信号SW1。
[0027] 本发明与现有技术相比，具有以下优点：
[0028] 本发明可以适用于包括电容式传感器和电容式触控面板在内的所有以微电容感 应技术为基础的电子产品，相对于传统的微电容检测技术本发明可以有效的抑制测量端子 到被测物之间的信号传输路径上所引入的杂散电容和电磁噪声信号，而且同时还具备较高 的测量速度和测量精度，其中测量速度高达330次/秒，测量误差最小可达± 1 %，如果将本 发明应用于上述电子产品的实际使用和生产质检环节中就可以有效的提升其性能指标和 生产质量卡控能力。
【附图说明】
[0029]下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
[0030]图1为本发明技术方案框图；
[0031 ]图2为本发明微小电容测量装置测量原理示意图。
【具体实施方式】
[0032]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不 用于限定本发明。
[0033] -方面，本发明提供一种微小电容测量方法，其特征在于，所述测量方法包括：
[0034] 步骤S1，生成参考基波信号V(Sin)、参考基波的反向信号V(-Sin)、参考基波的移 相?目号V(_Cos);
[0035] 步骤S2,参考基波信号V(Sin)在经过以待测电容Cx为移相电容的-90°移相电路处 理之后输出移相之后的信号VO(-Cos)，经过波形反向电路调理之后生成反向信号VO(Cos);
[0036] 步骤S3,生成参考信号SW1、SW2及反向信号-SW1和-SW2;
[0037] 步骤S4,信号V(Sin)、信号V(-Sin)、参考信号SW1和参考信号-SW1经过运算处理后 输出交流信号V0;信号V0(-C〇s)、信号VO(Cos)、参考信号SW2和参考信号-SW2经过运算处理 后输出交流信号VI;
[0038]步骤S5,分别将交流信号V0和交流信号VI的交流分量滤除并输出其直流分量ΑΙΝ0 和ΑΙΝ1，对直流电压ΑΙΝΟ和直流电压ΑΙΝ1采样并将其转换为数字信号；
[0039]步骤S6,设置正弦波发生器DDS的输出信号频率f和获取模数转换器ADC所采集到 的直流电压ΑΙΝ0和AIN1，对获取到的电压值AIN0、AIN1和已知参数cojg加以运算得出待测
(〇 电容cx的容值 ，其中正弦波发生器的输出信号频率/ = g，Rg为移相电 路中的增益电阻。
[0040] 进一步地，步骤SI、S2 中，V( Sin)为A · sin(c〇t)，V(_Sin)为-A · sirKcothAK-Cos) 为-A · cos( ω t) ，V0(_Cos) 为-A · ω · Cx · Rg · cos(wt) ，V0(Cos) 为A · ω · Cx · Rg · cos(wt)，其中A为此正弦波信号的电压幅度，ω为此正弦波信号的角速度。
[0041] 进一步地，步骤S3具体为:使用一高速电压比较器将信号V(-Cos)和门限电压VSET 比较之后生成参考信号SW2,使用一高速电压比较器将信号V(Sin)和门限电压VSET比较之 后生成参考信号SW1，使用基于逻辑非门的数字信号反向器分别将参考信号SW1和参考信号 SW2转换为反向信号-SW1和-SW2。
[0042] 进一步地，步骤S4中，信号V(Sin)、信号V(-Sin)、参考信号SW1和参考信号-SW1经 过运算处理后输出交流信号V0的具体过程为:信号V(Sin)和参考信号SW1相乘得出信号F0; 信号V(-Sin)和参考信号-SW1相乘得出信号F1;F0和F1经过加法电路处理之后输出信号V0 = F0+Fl〇
[0043]进一步地，步骤S5中，使用LPF有源低通滤波器分别将交流信号V0和交流信号VI的 交流分量滤除并输出其直流分量ΑΙΝ0和AIN1。
[0044]进一步地，步骤S6中，所述设置正弦波发生器DDS的输出信号频率f和获取模数转 换器ADC所采集到的直流电压ΑΙΝ0和AIN1具体为:M⑶通过SPI总线通讯的方式设置正弦波 发生器DDS的输出信号频率f和获取模数转换器ADC所采集到的直流电压ΑΙΝ0和AIN1。
[0045] 另一方面，本发明提供微小电容测量装置，其特征在于，所述测量装置包括：
[0046] 待测电容移相电路，用于将参考基波信号V(Sin)在经过以待测电容Cx为移相电容 的-90°移相电路处理之后输出移相之后的信号VO(-Cos)，经过波形反向电路调理之后生成 反向信号VO(Cos);
[0047] 信号运算处理单元，用于通过对参考基波信号V(Sin)经过一系列运算处理后，获 得参数电压值AIMKAIN1;
[0048] 处理器，用于设置正弦波发生器DDS的输出信号频率f和获取参数电压值ΑΙΝ0和 ΑΙΝ1，然后通过对获取到的电压值ΑΙΝ0、ΑΙΝ1和已知参数《、取加以运算最终得出待测电容
Cx的容倡 其中正弦波发生器的输出信号频率/ = ^，Rg为移相电路中 2π 的增益电阻。
[0049]进一步地，所述信号运算处理单元具体包括信号生成单元、运算处理子单元；其 中，
[0050] 信号生成单元，用于生成参考基波信号V(Sin)、参考基波的反向信号V(-Sin)、参 考基波的移相信号V(-Cos)、信号VO(-Cos)、反向信号VO(Cos);及生成参考信号SW1、SW2及 反向信号-SW1和-SW2;
[0051] 运算处理子单元，用于
[0052] 对信号V(Sin)、信号V(-Sin)、参考信号SW1和参考信号-SW运算处理后输出交流信 号V0,其中信号V0的电压幅度Α0=Α;
[0053] 对信号V0(-Cos)、信号VO(Cos)、参考信号SW2和参考信号-SW2经过运算处理后输 出交流信号VI，其中信号VI的电压幅度A1为Α· ω ?Cx·%;
[0054] 将交流信号V0和交流信号VI的交流分量滤除并输出其直流分量ΑΙΝΟ和AIN1，对直 流电压ΑΙΝΟ和直流电压AIN1采样并将其转换为数字信号。
[0055] 进一步地，所述信号生成单元生成的V(Sin)为A · sin( ω t)，V(-Sin)为-A · sin (c〇t)，V(-Cos)S-A.cos(c〇t)，VO(-Cos)S-A.c〇.Cx.Rg.cos(wt)，VO(Cos)SA.c〇· Cx · Rg · cos(wt)〇
[0056] 进一步地，所述信号生成单元，还包括高速电压比较器，用于将信号V(-Cos)和门 限电压VSET比较之后生成参考信号SW2,及用于将信号V(Sin)和门限电压VSET比较之后生 成参考信号SW1。
[0057]图1为本发明技术方案框图，具体为：
[0058]使用一低噪声参考电压源生成参考电压，在经过运放的放大/缩减、扩流之后分别 生成本装置内部ADC所使用的参考电压源VREF、共模电压VC0M和高速比较器所使用的比较 门限电压VSET，其中，VREF用于量化采集到的电压信号，待测信号减去VC0M可以消除待测信 号中的共模电压。
[0059]使用一高速、高分辨率的DDS(直接数字式频率合成器)作为正弦波发生器生成一 路电流型的正弦波信号I(Sin)，此信号在经过I-V转换电路调理之后转换为电压型的正弦 波信号V(Sin)，V(Sin)作为本装置内部所使用的参考基波信号可用函数式V(Sin)=A· sin (?t)定义，其中A为此正弦波信号的电压幅度，ω为此正弦波信号的角速度。
[0060] 参考基波信号V(Sin)在经过一路以CS+端子和CS-端子之间待测电容Cx为移相电 容的-90°移相电路处理之后输出移相之后的信号VO(-Cos)，此信号在经过波形反向电路调 理之后生成反向信号V0(Cos)，V0(-Cos)可用函数式V0(-Cos)=_A· ω ·〇χ·Ι^·(：〇8(ω t)定义，VO(Cos)可用函数式V0(Cos)=A · ω · Cx · Rg · cos( ω?)定义，其中Cx为CS+端子 和CS-端子之间的待测电容，Rg为移相电路中的增益电阻。
[0061] 参考基波信号V(Sin)在经过一路波形反向电路调理之后生成反向信号V(-Sin)，V (-Sin)可用函数式V(-Sin)=-A · sin( ω?)定义。
[0062] 使用一路具有固定增益的-90°移相电路对参考基波信号V(Sin)进行调理之后生 成移相信号V(-C〇S)，V(-C 〇S)可用函数式V(-C〇S)=-Kl · A· C〇S(c〇t)定义，其中K1为信号 电压幅度增益，其取值由信号角速度ω、移相电容C1、增益电阻R1三者的乘积决定，而在本 装置中已通过配置合适的移相电容C1和增益电阻R1将Κ1的取值设定为整数1，所以移相信 号V(-Cos)实际上可用函数式V(-Cos)=_A · cos( ω?)定义。
[0063] 使用一高速电压比较器将信号V(-Cos)和门限电压VSET比较之后生成参考信号 SW2，SW2为数字方波信号并且与信号V(-Cos)的相位同步。
[0064] 使用一高速电压比较器将信号V(Sin)和门限电压VSET比较之后生成参考信号 SW1，SW1为数字方波信号并且与信号V(Sin)的相位同步。
[0065]使用基于逻辑非门的数字信号反向器分别将参考信号SW1和参考信号SW2转换为 反向信号-SW1和-SW2,其中-SW1与信号V(Sin)的相位相反，-SW2与信号V(-Cos)的相位相 反。
[0066] 信号V(Sin)、信号V(-Sin)、参考信号SW1和参考信号-SW1经过运算处理后输出交 流信号V0,其参考信号SW1和信号V(Sin)的相位同步，参考信号-SW1和信号V(-Sin)的相位 同步，信号处理过程类似全波整流原理，只不过最终输出的信号V0是电压信号，其中信号V0 的电压幅度Α0=Α;
[0067] 具体地，
[0068] 信号V(Sin)和参考信号SW1相乘得出信号F0;
[0069]信号V(-Sin)和参考信号-SW1相乘得出信号F1;
[0070] F0和F1经过加法电路处理之后输出信号V0=F0+F1。
[0071] 信号VO(-Cos)、信号VO(Cos)、参考信号SW2和参考信号-SW2经过运算处理后输出 交流信号VI，其参考信号SW2和信号V0(-C 〇s)的相位同步，参考信号-SW2和信号VO(Cos)的 相位同步，信号处理过程类似全波整流原理，只不过最终输出的信号VI是电压信号，其中信 号VI的电压幅度Α1=Α · ω · Cx · Rg。
[0072] 使用LPF(有源低通滤波器)分别将交流信号V0和交流信号VI的交流分量滤除并输 出其直流分量ΑΙΝ0和AIN1，其中信号V0的直流分量ΑΙΝ0=(2Λ) · A0,信号VI的直流分量 AIN1 = (2/jt) · Α1〇
[0073] 使用一低噪声、高分辨率的双采样通道ADC分别对直流电压ΑΙΝΟ和直流电压AIN1 采样并将其转换为数字信号。
[0074] 使用一 MCU通过SPI总线通讯的方式分别设置正弦波发生器(DDS)的输出信号频率 和获取模数转换器(ADC)所采集到的直流电压ΑΙΝ0和AIN1，然后MCU通过对获取到的电压值 ΑΙΝ0、ΑΙΝ1和已知参数ω、取加以运算最终得出待测电容Cx的容倡
并通过I2C 总线上传，其中正弦波发生器的输出信号频率/ = _$_。 JJJI.
[0075]图2为本发明微小电容测量装置测量原理示意图。具体为：
[0076] 一电容式触控面板，其内部结构如图所示具有5根TX类型的ΙΤ0走线和4根RX类型 的ΙΤ0走线(此处举例说明，实际走线数量更多），其中C11~C14、C21~C24、C31~C34、C41~ C44、C51~C54均为面板内部的ΙΤ0走线节点电容，是触控面板的触摸感应单元。
[0077] 在电容式触控面板的生产质检过程中需要通过检测面板内部的所有ΙΤ0走线节点 电容容值是否正常的方式来判断被测面板是否存在制程上的缺陷。
[0078] 使用本微电容测量装置检测面板内部的ΙΤ0走线节点电容，其中CS+和CS-分别为 本装置的正向测量端子和负向测量端子，它们通常会通过PCB走线连接、FPC连接、线缆连接 等方式转接到触控面板的测量端子上。
[0079] 以触控面板内部的ΙΤ0走线节点电容C22的测量方式来举例说明，C22是TX2走线和 RX2走线之间的节点电容，将TX2和RX2测量端子分别转接到正向测量端子CS+和负向测量端 子CS-上，在测量开始前将除了 TX2和RX2测量端子之外其它所有不参与此次测量的端子的 接地开关（电子模拟开关)全部闭合，然后本装置开始执行测量任务并反馈测量结果，其它 节点电容的测量方式同上。
[0080] 需要说明的是将上述触控面板内部不参与当前测量的端子全部接地是为了在TX2 走线和RX2走线附近形成包地环路，这样可以有效的抑制TX2走线、RX2走线与周边ΙΤ0走线 之间的杂散电容。
[0081] 由于触控面板的生产质检工序通常都在电磁干扰较强的自动化线体中完成，所以 在本装置的测量端子CS+和CS-到触控面板测量端子TX、RX之间的信号传输路径上会引入较 强的噪声信号，普通的微电容测量设备在测量中一般很难抑制这种噪声信号，所测得的电 容值往往存在很大的波动，测量的准确性难以得到保证，而本装置在测量中可以有效的抑 制这种噪声信号，所测得的电容值的波动范围最低可达± 0.01PF。
[0082] 由于本装置中使用了相敏检波电路，且输入的参考信号和待测信号之间同频同 相，所以在实际测量微电容的时候可以利用相敏检波器的选频特性有效的抑制测量线路中 所参杂的偶次谐波(基波信号为V(Sin))噪声，同时对各奇次谐波噪声也有一定的抑制能 力。
[0083] 由于本装置中使用了-90°移相电路，所以在实际测量微电容的时候可以通过对测 量线路包地的方法有效的抑制杂散电容。
[0084] 本装置还具备测量速度快、测量灵敏度高等优点，其中测量速度高达330次/秒，可 侦测到的最小电容变化量可达± 〇. 〇 1 pF。
[0085] 最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明， 尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可 以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。 凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换改进等，均应包含在本发明的保 护范围之内。
【主权项】
1. 一种微小电容测量方法，其特征在于，所述测量方法包括： 步骤S1，生成参考基波信号V(Sin)、参考基波的反向信号V(-Sin)、参考基波的移相信 号V(-Cos); 步骤S2,参考基波信号V(Sin)在经过W待测电容Cx为移相电容的-90°移相电路处理之 后输出移相之后的信号VO(-Cos)，经过波形反向电路调理之后生成反向信号VO(Cos); 步骤S3，生成参考信号SW1、SW2及反向信号-SW1和-SW2; 步骤S4,信号V(Sin)、信号V(-Sin)、参考信号SW1和参考信号-SW1经过运算处理后输出 交流信号V0;信号VO(-Cos)、信号VO(Cos)、参考信号SW2和参考信号-SW2经过运算处理后输 出交流信号VI; 步骤S5,分别将交流信号V0和交流信号VI的交流分量滤除并输出其直流分量ΑΙΝΟ和 ΑΙΝ1，对直流电压ΑΙΝΟ和直流电压ΑΙΝ1采样并将其转换为数字信号； 步骤S6,设置正弦波发生器DDS的输出信号频率f和获取模数转换器ADC所采集到的直 流电压ΑΙΝΟ和AIN1，对获取到的电压值AIN0、AIN1和已知参数〇、雌加 W运算得出待测电容 Cx的容隹，其中正弦波发生器的输出信号频率Rg为移相电路中 的增益电阻。2. 如权利要求1所述微小电容测量方法，其特征在于，步骤S1、S2中，V(Sin)为A· sin (ω t)，V(-Sin)为-A · sin(wt)，V(-Cos)为-A · cos( ω t)，V0(-Cos)为-A · ω · Cx · Rg · cos(wt)，V0(Cos)为A· ω ?Cx.Rg.cosl^wt)，其中A为此正弦波信号的电压幅度，ω为此正 弦波信号的角速度。3. 如权利要求1所述微小电容测量方法，其特征在于，步骤S3具体为:使用一高速电压 比较器将信号W-Cos)和口限电压VSET比较之后生成参考信号SW2,使用一高速电压比较器 将信号V(Sin)和口限电压VSET比较之后生成参考信号SW1，使用基于逻辑非口的数字信号 反向器分别将参考信号SW1和参考信号SW2转换为反向信号-SW1和-SW2。4. 如权利要求1所述微小电容测量方法，其特征在于，步骤S4中，信号V(Sin)、信号V(- Sin)、参考信号SW1和参考信号-SW1经过运算处理后输出交流信号VO的具体过程为：信号V (Sin)和参考信号SW1相乘得出信号F0;信号V(-Sin)和参考信号-SW1相乘得出信号F1;F0和 F1经过加法电路处理之后输出信号V0 = F0+F1。5. 如权利要求1所述微小电容测量方法，其特征在于，步骤S5中，使用LPF有源低通滤波 器分别将交流信号V0和交流信号VI的交流分量滤除并输出其直流分量ΑΙΝΟ和AIN1。6. 如权利要求1所述微小电容测量方法，其特征在于，步骤S6中，所述设置正弦波发生 器DDS的输出信号频率f和获取模数转换器ADC所采集到的直流电压ΑΙΝΟ和ΑΙΝ1具体为:MCU 通过SPI总线通讯的方式设置正弦波发生器DDS的输出信号频率f和获取模数转换器ADC所 采集到的直流电压ΑΙΝΟ和AIN1。7. -种微小电容测量装置，其特征在于，所述测量装置包括： 待测电容移相电路，用于将参考基波信号V(Sin)在经过W待测电容Cx为移相电容的- 90°移相电路处理之后输出移相之后的信号VO(-Cos)，经过波形反向电路调理之后生成反 向信号VO(Cos); 信号运算处理单元，用于通过对参考基波信号V(Sin)经过一系列运算处理后，获得参 数电压值AIN0、AIN1; 处理器，用于设置正弦波发生器DDS的输出信号频率f和获取参数电压值ΑΙΝΟ和AINl， 然后通过对获取到的电压值AIMKAIN1和已知参数ω、I?g加 W运算最终得出待测电容Cx的 容值，其中正弦波发生器的输出信号频率/ = ^，Rg为移相电路中的增 益电阻。8. 如权利要求7所述微小电容测量装置，其特征在于，所述信号运算处理单元具体包括 信号生成单元、运算处理子单元;其中， 信号生成单元，用于生成参考基波信号V(Sin)、参考基波的反向信号V(-Sin)、参考基 波的移相信号V(-Cos)、信号VO(-Cos)、反向信号VO(Cos);及生成参考信号SW1、SW2及反向 信号-SW1和-SW2; 运算处理子单元，用于 对信号V(Sin)、信号V(-Sin)、参考信号SW1和参考信号-SW运算处理后输出交流信号 V0,其中信号V0的电压幅度A0=A; 对信号VO(-Cos)、信号VO(Cos)、参考信号SW2和参考信号-SW2经过运算处理后输出交 流信号VI，其中信号VI的电压幅度A1为A· ω ?Cx-Rg; 将交流信号VO和交流信号VI的交流分量滤除并输出其直流分量ΑΙΝΟ和AINl，对直流电 压ΑΙΝΟ和直流电压AIN1采样并将其转换为数字信号。9. 如权利要求8所述微小电容测量装置，其特征在于，所述信号生成单元生成的V(Sin) 为A · sin(wt)，V(-Sin)为-A · sin(wt)，V(-Cos)为-A · cos( ω t)，V0(-Cos)为-A · ω · Cx · Rg · cos(wt)，V0(Cos)为A · ω · Cx · Rg · cos(wt)。10. 如权利要求8所述微小电容测量装置，其特征在于，所述信号生成单元，还包括高速 电压比较器，用于将信号V(-Cos)和口限电压VSET比较之后生成参考信号SW2,及用于将信 号八5山)和口限电压VSET比较之后生成参考信号SW1。
【文档编号】G01R27/26GK105974203SQ201610473844
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年6月24日
【发明人】夏少俊
【申请人】武汉精测电子技术股份有限公司