电容值测量装置及方法

专利名称：电容值测量装置及方法
技术领域：
本发涉及一种电容值测量装置及其测量之方法，且特别涉及一种使用 除频装置来获得一个近似平均结果的电容值测量装置，同时此电容值测量
装置也可与一种万用电表(Multi-meter)结合使用。
背景技术：
目前一般的电容测量装置，大都使用积分器来测量待测电容在充电及 放电周期(cycle)过程中，在积分器上所累积的电荷值来推算待测电容值。 通常，每秒钟的测量大多为3 4次的电及放电周期。若想要获得较精确或 稳定的电容值时，需要取多次的充电及放电周期之运算结果来做平均，故 需要花很长的时间。例如美国专利号第4458196、 4716361、 5073757、 5136251 、6275047及6624640等，都已披露使用上述之方法来测量电容值。
由于电容的阻抗跟电容值与频率的乘积成反比(2= 1/jwC),因此对越 小的电容而言，其相对交流(AC)信号的阻抗(IMPEDENCE)就会越大， 故在测量时，越容易受噪声的干扰。此状况在低频噪声的干扰下，尤其明 显。在测量的环境中，例如将电容测量装置置入多功能之万用电表中，则 往往容易有50Hz or 60Hz之市电的干扰源，使得测量的结果不稳定。
依据已有技术所存在之问题，本发明提供一种快速的电容测量架构， 使每个电容测量之在充电及放电周期中，可以做多次运算取其平均值，并 且可以通过选择运算的周期长短及次数，市电之干扰可以被彼此抵销掉， 以解决噪声干扰之问题。

发明内容
鉴于上述之背景技术中，为了解决上述电容值测量装置在操作方便性上以及在测量之精确度上的问题，本发明提供一种电容值之测量架构，主 要是使用一个除频装置来调整计数装置的累加数值。当进行电容值之测量
时，均将脉冲信号先经过除频装置除以M，然后执行N次的充电与放电， 计数装置则在N次的放电期间累加每一次被除频装置除过的频率，因此计 数装置中所累加值，则可以达到平均的效果，而得到一个稳定的输出数值。 因此，本发明的一个主要目的在于提供一种电容值测量装置，使每个测量 之电容值通过计数装置的累加，使得测量值能够达到平均的结果，因此可 以测得一个稳定的电容值。
本发明的另一个主要目的在于提供一种电容值测量装置，其可通过选 择运算的周期长短及次数，可消除测量时的市电之干扰。
本发明的还有一个主要目的在提供一种电容值测量装置，其可以通过 縮小充放电装置之电阻并提高计数脉冲之频率来提供一个快速的电容值 测量架构。
依据上述之目的，本发明首先提供一种电容值测量装置，包括 一个 用以提供第一参考电压及第二参考电压之电压产生装置； 一个与电压产生 装置连接之比较装置； 一个充电及放电装置，其一端与电压产生装置之第 一参考电压连接，而另一端则与比较装置之第二输入端连接； 一个与比较 装置之输出端连接之脉冲产生装置，用以提供一个脉冲信号； 一个与脉冲 产生装置连接之除频装置，可将脉冲信号除以一个设定值(M); —个与 除频装置连接之计数装置，可于充电及放电装置进行放电期间进行计数； 以及一个控制装置，用以控制充电及放电装置、脉冲产生装置及除频装置， 并提供除频装置之设定值(M);其中当进入放电期间且比较装置的输出 状态改变时，则关闭脉冲产生装置，并由控制装置再启动充电及放电装置 直到充电及放电装置之启动次数达到另一设定值(N)时，则由显示装置 显示出计数装置之累计值。
本发明接着提供一种电容值测量之方法，包括执行充电程序，对一 个待测电容Cx进行充电；接着，执行放电程序，于待测电容Cx之电压 充电至Vn后，随即经进行放电程序；然后，执行一个计数程序，于放电程序开始时，由一个计数装置进行计数；再接着，执行一比较程序，通过 一个比较装置将参考电压与放电电位进行比较并进行判断；最后，执行充 电及放电之累计程序，将上述执行之充电程序及放电程序进行累计，直到 累计值达到一个设定次数N后停止，并显示测量值；其中于放电程序中提 供脉冲信号至一个除频装置，并且除频装置将脉冲信号除以设定值M后， 由计数装置执行该累计程序。


图1是本发明之电容测量装置的功能方框示意图； 图2是本发明之电容测量装置的电路示意图； 图3是本发明之电容测量装置之另一实施例之示意图； 图4是本发明之电容测量装置的测试流程图5是本发明之待测电容Cx之充电及放电程序中的电位Vcx变化 示意图6是本发明之电容放电时间示意图。
图7是本发明之电容测量装置之另一实施例示意图。
图8是本发明之一种万用电表之功能方块示意图。
图9A至图9B是本发明判断二极管之正偏压电路组态之示意图IOA至图10B是本发明判断二极管之负偏压电路组态之示意图11是本发明之判断电容器之充电电路组态之示意图12是本发明之判断电容器之放电电路组态之示意图13是本发明之判断开路电性电路组态之示意图14A至图14D是本发明之判断电容器及电阻之波形示意图15A及图15B，即表1 (A)及表1 (B) 是本发明之不同待测 物分别在输入端的电压值区间以及其相应之数字判断表。主要元件标记说明
10控制装置
20分压装置
30参考电压产生装置
40充电及放电装置
50比较装置
60脉冲产生装置
70除频装置
75除法装置
80计数装置
90显示装置
110控制单元
120切换单元
130侦测单元
140模拟/数字转换电路
150数据处理电路
160显示装置
170短路侦测单元
180蜂鸣器
l卯档位控制电路
VDD正电压
VSS负电压
Cx待测电容
Vex待测电容电位Vrl Vr3参考电压
R 电阻
S 开关
ck 脉冲信号
ckl 经除频后之脉冲信号
fck脉冲信号ck之频率
fckl ckl信号之频率
具体实施例方式
本发明在此所探讨的方向为 一种电容值测量之装置及其测量之方法， 特别是一种可以通过除频装置及计数装置之累加而达到一个平均之电容 测量值。为了能彻底地了解本发明，将在下列的描述中提出详尽的步骤及 其电路的组成。显然地，本发明的施行并未限定于电容值测量装置之的技 术人员所熟习的特殊细节。另一方面，众所周知的电容值测量装置或测量 步骤等，并未描述于细节中，以避免造成本发明不必要之限制。本发明的 较佳实施例会详细描述如下，然而除了这些详细描述之外，本发明还可以 广泛地施行在其它的实施例中，且本发明的范围不受限定，其以权利要求 为准。
首先请参照图1,是本发明之电容值测量装置的功能方框示意图。如 图1所示，本发明之电容值测量装置包括以下几个主要部分 一个用以提 供第一参考电压(Vrl)及第二参考电压(Vr2)之参考电压产生装置30; 一个充电及放电装置40，其一端与参考电压产生装置30之第一参考电压 (Vrl)连接， 一个比较装置50，其第一输入端与第二参考电压(Vr2)连 接，而其第二输入端与充电及放电装置40连接； 一个与比较装置50之输 出端连接之脉冲产生装置60，用以提供一个脉冲信号(ck); 一个与脉冲 产生装置60连接之除频装置70，可将脉冲信号除以一个设定值(M); — 个与除频装置70连接之计数装置80，可于充电及放电装置40进行放电期 间进行计数；以及一个控制装置10，用以控制充电及放电装置40、脉冲产生装置60及除频装置70,并提供除频装置70之设定值(M);然后由 一个计数装置80来累计每一个放电周期中所累加之频率。
为了进一步说明本发明之电容值测量装置之详细运作过程，请继续参 照图2。图2是本发明相应图1中的充电及放电装置以及脉冲产生装置之 实际电路。如图2所示，充电及放电装置40包括电阻R1 R3、开关Sl 及S2以及待测电容Cx，其中Rl为可调整电阻值之可变电阻，而开关Sl 及S2由控制装置10来控制。参考电压产生装置(Reference voltage generator) 30是用来产生稳定的参考电位Vrl及Vr2，其中参考电位Vr2 也可通过参考电压产生装置30直接提供电压值，其也可以通过一个分压 装置20来将参考电位Vrl以分压电路来产生参考电位Vr2，例如图3中的 电阻R4及R5所示。
当进行电容测量时，控制装置10会先驱动充电及放电装置40中的开 关S1启动(ON)，而关闭开关S2 (OFF),此时的充电及放电装置40进 入一个对待测电容Cx的充电程序，由参考电压产生装置30之参考电位 Vrl通过开关Sl及电阻R3对待测电容Cx进行充电，使得待测电容Cx 充电至与参考电位Vrl等电位，要强调的是，为了使待测电容Cx能够很 快的充电至与参考电位Vrl的电平，通常电阻R3会使用一个小电阻。此 时，比较装置50的第一输入端电压为参考电位Vr2，而比较装置50的第 二输入端电压为待测电容Cx经过充电后之电位Vcx，很明显地，此时待 测电容Cx之充电电位Vcx是大于参考电位Vr2。接着，控制装置10驱动 充电及放电装置40中的开关S1关闭(OFF)而开关S2启动(ON)，此 时充电及放电装置40则进入一个放电之周期，会由待测电容Cx通过开关 S2与电阻Rl及R2连接至参考电位Vr3端点进行放电程序，在本发明的 实施例中，参考电位Vr3端点为接地点。此时的待测电容之电位Vcx会随 着放电的时间持续降低电压值，其中R1、 R2做为待测电容Cx的放电电 阻，并通过调整可变电阻R1，可调整放电电阻大小，进而改变放电速率。 在放电之周期中，比较装置50则持续比较待测电容Cx之电位Vcx与参 考电位Vr2之大小。
然而，在控制装置10驱动充电及放电装置40进入放电周期的同时，其也驱动开关S3启动，使得脉冲产生装置60可以将一个脉冲信号ck送 入除频装置70，然后除频装置70通过控制装置10所提供的一个设定数值 M作为除数，将脉冲信号ck除至适当的脉冲信号ckl，也就是说，将脉冲 信号ck之频率fck通过除频装置除至频率fckl (即fck/M=fckl，其中fck， fckl分别为ck与ckl之频率)后，再将频率fckl送至计数装置80进行累 加。因此，开关S3可由控制装置10与比较装置50的输出逻辑来控制。 在此放电周期中，比较装置50则持续比较待测电容Cx之电位Vcx与参 考电位Vr2之大小。当待测电容Cx之Vcx电位小于参考电位Vr2时，则 比较装置50的输出逻辑会改变，此时会将开关S3关闭(OFF)，因此脉 冲产生装置60会停止并且也会使计数装置80停止计数。接着，控制装置 10会再次驱动充电及放电装置40进入另一次的待测电容Cx之充电程序 以及放电程序，其过程与上述过程相同，直到控制装置10驱动充电及放 电装置40的次数达到一个设定之次数N时，则此时的计数装置80中之累 加值即为待测电容Cx之电容值，最后将此累加值显示于显示器中。
很明显地，本发明之电容值测量装置，主要是使用一个除频装置70 来调整计数装置80的累加数值。当进行电容值之测量时，均将脉冲信号 ck先经过除频装置70除以M，然后累加N次的充电与放电程序后，计数 装置80则在N次的放电期间累加每一次被除频装置70除过的脉冲信号 ckl，因此计数装置80中所形成之累加值，则可以达到平均的效果，而得 到一个稳定的输出数值。
再接着，请参照图4，是本发明之电容值测量的步骤，图中的Vcx表 示待测电容Cx之电位。如图4所示， 一开始，电容值测量装置会先将计 数装置80做重置(reset)，如程序100，然后由控制装置10驱动进入充电 程序，如程序200，此时开关S10N，而开关S2 0FF，故待测电容Cx会 被充电至Vrl的电位，接着由控制装置10控制使充电及放电装置40进入 放电程序，如程序300,此时开关S2/S3 0N，而开关S10FF，故待测电 容Cx开始通过Rl、 R2，往Vr3端放电，此频率波产生装置60也会将脉 冲信号ck开始送入除频装置，而计数装置80亦会开始计数，如程序400。 在此放电的过程中，待测电容Cx之电位的绝对值会不断降低，当其下降到小于Vr2时，则比较装置50会在输出状态改变后送出一个信号将开关 S3 OFF,因此计数装置80亦停止计数， 一直到放电程序结束。接下来， 再由控制装置IO持续并重复进行上述之充电及放电程序，如程序500，其 中CNT用来统计在目前的测量过程中，已经做过了几次充电/放电，而N 则代表一次测量过程中所预计要运作的充电/放电之次数，因此每做完一次 充电/放电程序，贝IJCNT的数值会加一，直到CNT的数值等于N为止。
在待测电容Cx进行放电程序的过程中，计数装置80则会不断的进行 累加，图5所示即为待测电容Cx之电位Vcx随着充电及放电程序不断变 化的情形；图5中的COUNTING指的是开关S3被启动(ON)的时间周 期，而此期间亦是经过除频后的脉冲信号ckl送进计数装置80计数的时 间周期。很明显地，COUNTING从一进入放电程序时就开始进行，直到 IVcxl小于IVr2附，比较装置50会变号，此时将开关S3 OFF，而计数装置 80之计数(COUNTING)也会停止。
在实际的测量中，当待测电容Cx之电容值越大，则由Vrl放电到Vr2 所需的时间将越长。以下说明电容值与放电时间的关系。由电容的充/放电 对时间的公式
V(t)= Vi + (Vf - Vi) * (1 - e惹)
t= RC * Ln(Vf曙Vi / V(t)國Vf) --------(1)
上式中的Vi为电容电位的初始值，Vf为电容电位的终值，t则为电容 电位由Vi充/放电至V(t)所经过之时间。对本发明的放电期间而言，待测 电容的电位是由Vrl往Vr3放电，因此，在(1)式中，Vi为Vrl， Vf为Vr3， R为(R1+R2)，若Cx从Vrl放电到Vr2所需的时间为T，此时的V(T)为 Vr2，将以上代入(l)式，则T可由下式表示
T= (Rl+R2) * Cx * Ln[(Vr3-Vrl) / (Vr2國Vr3)] ---------(2)
在(2)式中，Vrl、 Vr2、 Vr3皆为固定值，因此Ln[(Vr3-Vrl)/(Vr2-Vr3)]为一个固定常数，另外，R2亦为固定值，而R1除了在校正时需要微调， 否则其亦为定值，因此可令(R1+R2" Ln[(Vr3-Vrl)/(Vr2-Vr3)]为常数K， 则(2)式可进一步简化表示为
T=K*Cx -------------------------------------(3)
则
Cx=T/K (Farad)-------------------------------(4)
由(3)式可知，放电时间T与待测电容Cx成正比，且为线性关系，此 线性关系可以由图6来做说明。图6显示的为两个电容值不同的电容Cl 与C2，当其分别由Vrl往Vr3的电位放电时，其电位由Vrl变化到Vr2 所经过的时间分别为Tl与T2，则Tl与T2的比值会等于Cl与C2之电 容值的比值，即C1/C2二T1/T2。
另外，在(4)式中的单位为Farad (法拉)，当本发明的电容测量装置要 对一个电容值范围为nF或pF进行测量时，例如以nF为例，则(4)式可表 为
Cx=(T/K)* 109(nF)-----------------------------(5)
另外，若除频装置70所除的数值为M时，则在放电时间T的时间内， 计数装置80所数到的数值为T*fck/M，而由于计数装置80会累加N次， 则其累加的总值为N*T*fck/M。由(5)式可知，在电路的制作上，便是要 取一个适当的K值，使得以下关系成立
Cx=(T/K)"09 = N*T*fck/M ----------------------- (6)
则
K=(N/M)* 109/fck=(Rl+R2)*Ln[(Vr3-Vrl)/(Vr2-Vr3)]——(7)欲使(7)式成立，可通过选取适当的R2、 Vrl、 Vr2、 Vr3来达成，而 R2、 Vrl、 Vr2、 Vr3本身的误差及比较器之偏移量(offset)造成的误差皆 可通过调整可变电阻R1来校正，也就是说，本发明之实施例可针对参考 电压产生装置30、充放电装置40及比较装置50所可能产生之误差提供调 校之功能。由(6)式中，校正的方式可通过校正装置-calibrator (未显示于 图中)送出已知电容值，通过调整可变电阻Rl，来调整电容放电时间T 的大小，因此计数装置80之数值亦会改变，最后调整到计数装置80之数 值与已知电容值一致即可完成调校。很明显地，此调整过程的改变量可通 过显示装置90来观察。
此外，在本发明的另外一个实施例中，也可以将除频装置70与计数 装置80的连接关系相互对调，如图7所示，也就是说，当进入放电周期 的同时，计数装置80会先开始累计脉冲产生装置60所送出的脉冲信号ck 的次数，当经过N次周期的累计后，再由除法装置75以设定值M来除计 数装置80所累计的数值，如此所得到的结果也可以近似取得一个平均值 的电容值。对这两种实施方式，均为本发明之实施方式，而本发明对此并 未加以限制。
接着，将进一步披露将本发明之电容测量装置与一个具有自动判断待 测物种类之万用电表结合使用之实施方式，其中具有自动判断待测物种类 之测量装置己于另一说明书中提出专利申请中。因此，在本发明的实施例 中，仅将万用电表操作过程中与电容测量相关的部份叙述。
图8是一种具有自动判断待测物种类之万用电表的功能方框图，包括 控制单元(CONTROLLER) 110、切换单元(SWITCH) 120、侦测单元 (TYPE DETECTOR) 130、模拟/数字转换电路(A/D CONVERTER) 140、 数据处理电路(DATAPROCESSING CIRCUIT) 150、显示装置(DISPLAY) 160、短路侦测单元(SHORTDETECTOR)、 170、蜂鸣器(BUZZER) 180 及档位控制电路(RANGE CONTROL CIRCUIT) 190等等组成。
如图8所示，本实施例中的自动判断待测物种类之万用电表由一个控 制单元110来使万用电表先进行一个侦测模式(detect mode)并依序提供多个扫描信息；然后将此多个扫描信息传送至切换单元120，而切换单元 120则会依据控制单元110所提供之多个扫描信息依序执行切换动作，用 以依序将多个测试电路与输入端连接；例如当控制单元110提供一个二极 管之扫描信号时，其会先提供一个二极管之正偏压扫描信号
(P—DIO—CHK)，接着，则再提供一个二极管之负偏压扫描信号
(N一DIO一CHK)。
当切换单元120接收到控制单元110所传送之P—DIO_CHK信号时， 切换单元120会执行一个切换动作，以使输入端与图9A和图9B中的电 路组态连接。此时，电路组态中的端点T2被接至正偏压VDD，例如 VDD=3V，而端点T3则被接至接地点(GND)，同时端点T2还可与侦测 单元130中的比较器(未显示于图中)连接，用以侦测输入端之电位，其 中R1为一个大电阻，RpTc为一个分压电阻，并且R^Rptc，在一较佳实 施例中，RPTC可是热敏电阻，可以用来保护电路。此时，若输入端连接一 个顺向(forward connection)之二极管时，如图9A所示，端点T2之电位 (即VT2)将被箝制(clamping)在二极管的导通电位，例如VT2=0.7V。 此时VT2的电位将是落在"0V"与"+Vr"的范围之内，其中+Vr为一个小 于VDD之电位。此时，若输入端之二极管被接成反向(reverse connection) 时，如图9B所示，由于二极管不会被导通，此时的VT2电位为Rptc与 Rl分压后的结果，因此当分压电阻被设计成！11 111>^时，则VT2之电 位将接近于正偏压VDD。
此扫描结果如图15A (表1 (A))的二极管(Diode)列中所示，而 图15B (表1 (B))是相应表1 (A)转换后的数字表。因此，由表1 (B) 可以明确看出，控制单元110所提供之P一DIO一CHK正偏压扫描信号之扫 描结果为"01" (二极管被接成顺向)及"10" (二极管被接成反向)。
然后，控制单元110会接着提供一个负偏压之扫描信号 (N_DIO—CHK)，此时，切换单元120会执行一个切换动作，以使输入端 与图8中的电路组态连接。因此，当输入端与图8A连接时，则依图3之 结果可以得知VT2之电位将接近于负偏压VSS;而当输入端与图8B连接 后，则VT2之电位将落在0V至-Vr之间。此扫描结果，由表l (B)可以明确看出，控制单元10所提供之N—DIO_CHK负偏压扫描信号之扫描结 果为"01"及"10"。
此时，经过了 P_DIO_CHK与N_DIO_CHK两个扫描信号之综合的结 果为当二极管被接成顺向时的扫描结果为"0101";当二极管被接成反 向时的扫描结果为"1010"。很明显地，表l (B)所列之"0101"(forward connection)与"1010"(reverse connection)为P—DIO_CHK与N—DIO—CHK
两个扫描信号结束后之综合的结果。在此要强调的是，本发明对二极管的 测量之所以要使用上述之电路，是因为对使用者而言，很可能在测量时不 知道二极管之极性，因此，本发明在判断过程中，系将判断二极管的电路 分成(a)待测物被接成顺向状态以及(b)若待测物被接成反向状态。通过上
述之过程，很明显地，本发明可以忽略待测物是被接成顺向或反向，其最
后之扫描结果皆可由表l (A)和表l (B)之数字逻辑判定其为二极管。
此外，表l (A)上的P一DIO一CHK与]NLDI0—CHK信号所测量到的 VT2电位的范围，经过比较器之比较后，比较器的输出结果将在 P一DIOj:HK与N一DIO一CHK信号结束时被锁(latchs)住，并转成数字逻 辑(digital logic),其中表l (B)即为表l (A)转成数字逻辑的结果。在 此要强调，本发明之数字逻辑是内建于控制单元IIO之中，当侦测单元130 将待测物之数字逻辑传送回控制单元110后，经过查表动作(Look-up Table)后，例如，当数字逻辑为"OIOI"或"1010"，则立即可判断出待测 物为二极管。在此要更要强调，查表动作是在所有扫描过程结束以后才会 方进行，在此先说查表动作是为说明扫描结果与数字逻辑表的关系。
通过上述之P—DIO_CHK与N_DIO_CHK这两个扫描信号后，表1(B) 中的小电容与大电阻之数字逻辑相同，同时大电容与小电阻之数字逻辑也 相同，因此，在目前状态下，查表只能确定其是不是二极管，而电阻与电 容仍须以下之扫描动作来判别。
接着，控制单元IIO会送出一个电容之测量信号其中包括一个充电之 信号(CAP一CHK1)以及一个放电之信号(CAP一CHK2)。当切换单元120 接收到控制单元110所传送之CAP_CHK1或CAP_CHK2信号时，切换单元120会执行一个切换动作，以使输入端与图11及图12中的电路组态连接。
图11为一个电容之充电电路组态，而图12为一个电容之放电电路组 态。当控制单元110所传送之CAP—CHK1经过切换单元120将输入端与 图11连接，此时，端点T2被接至负偏压VSS，而端点Tl与侦测单元130 中的比较器连接，以侦测输入端之电位；另外，端点T3为浮接(floating)。 而当控制单元110所传送之CAP_CHK2经过切换单元120将输入端与图 12连接，此时，端点T1被接至GND，端点T2则与侦测单元130中的比 较器连接，以侦测输入端之电位，端点T3为floating。很明显地，在 CAP—CHK1信号期间，位于输入端的待测物通过RpTc及负偏压VSS进行 充电(charge);而在CAP—CHK2信号期间，位于输入端的待测物会通过 R2朝GND放电(dis-charge)。
接着，请参照图14A和图14B，是依据本发明图11及图12的电路组 态所显示之不同大小的电容与电阻之电压及时间变化情形，其中图14A之 待测物为小电容，图14B之待测物为大电容，图14C之待测物为大电阻， 而图14D之待测物为小电阻。在本实施例中，R2之电阻值远大于RpTc。
请参照图14A及图14B所示，是本发明之电容判断波形图，其纵轴 为输入电压(VINP)，而横轴为时间轴，其中图14A为一个判断小电容之 波形示意图，而图14B则为一个判断大电容之波形示意图。当输入端之电 位符合以下两个标准(criteria)时，则判定其为电容，即第一在CAP—CHK1 信号结束之前，输入端之电位的绝对值，IVjNpl须大于IVrll，并且第二在 CAP_CHK2信号开始到一个设定之时间(pre-determined time)的这整段 期间内，IVrNpl须一直大于IVr21。很明显地，由图14A及图14B可看出， 无论输入端之待测物为大电容或小电容，皆可符合上述两个标准。
若当待测物为电阻时，其V冊之大小会如图11及图12的电路组态所 示，将由待测物与Rprc之分压所决定。因此，如图14C所示，在CAP—CHK1
信号期间，V!NP之电位将迅速达到一个很接近负偏压VSS之电平，故能符
合"输入端电位的绝对值IV冊l须大于IVrll"的第一个标准；而当进入CAPj:HK2信号时，VjNP也会迅速达到GND之电平，此时，在一个设定 之时间(pre-determined time)之前，IV!Npl便小于IVr21，所以其未能符合 "CAP一CHK2信号开始到一个设定之时间(pre-determined time)的这整 段期间内，IV^pl须一直大于IVr2l"之第二个标准。另外，由图14D所示， 当输入为小电阻时，在CAP_CHK1信号结束之前，IVjNpl没有大于IVrll, 所以未能符合第一个标准，而当进入CAP一CHK2信号时，V!NP又迅速达 到GND之电平，所以也未能符合第二个标准。所以，当输入为电阻时， 不能同时符合以上两个基准。
很明显地，通过CAP—CHK1与CAP一CHK2这两个扫描信号后，表l (B)中的小电容与大电阻之数字逻辑相同，同时大电容与小电阻之数字 逻辑也相同，因此，在目前状态下，电阻与电容仍须以下之扫描动作来判 别。
最后，当完成电容判断的扫描后，控制单元110会再传送一个开路扫 描信号(OPEN一CHK)，此时切换单元120将输入端与图13连接，其中图 13为OPEN—CHK之电路组态，其端点T3被接至参考电位(Vref)，端点 Tl则与侦测单元130中的比较器连接，以侦测输入端之电位，而端点T2 为floating,其中，Rl为一个大电阻。当输入端为开路(open)时，端点 Tl之电压(VT1)将等于参考电位(Vref)。此外，若当输入为一个大到 超过测量范围的电阻时，此种情况亦归类为开路状态(open circuit),此时 端点T1之电压(VT1)也会非常接近参考电位(Vref)，因此，可通过图 ll之电路组态中的VTl与Verf之关系，将开路状态与电阻判别出来。故 综合CAP一CHK1、 CAP—CHK2与OPEN一CHK之扫描结果，可以将电阻 与电容区分开来。
通过上述在侦测模式(detect mode)中，控制单元110会在每一个侦 测周期(cycle)中依序产生P—DIO_CHK、 N_DIO—CHK、 CAP_CHK1、 CAP一CHK2、 OPEN—CHK等的五个扫描信号后，待这五个扫描信号都结 束后，此时进行一个查表动作，以便将待测物为二极管、电容、电阻或open 分辨出来。此判断方式如下1. 先将P—DIO—CHK及N_DIO_CHK之扫描结果，通过查表先将 Diode挑出来；
2. 若待测物不是Diode时，接着由CAP—CHK1与CAP—CHK2之扫
描结果，再将电容挑出来；
3. 若待测物不是Diode也不是电容时，最后由OPEN一CHK判定是否 输入端开路，否则进入电阻测量，并以此判断待测物为电阻。
而上述的一个cycle的扫描信号可以控制在50ms以内，也就是说，本 发明之测量装置可以在50ms以内自动判断出待测物之种类，因此可达到 快速且省电的目的。。若当侦测模式之判断结果为OPEN时，即表示输入 端无任何待测物，此时控制单元110将会反复进行侦测模式的扫描，也就 是一直处在侦测模式，当有待测物被接上输入端时，将迅速被判断出来， 而后进入测量模式。在进测量模式之前，模拟/数字转换电路140可以会保 持在未启动(PowerDown)的模式。因此，当没有输入都无待测物时，此 万用电表可以处在一个省电模式。
此外，在本实施例中，当侦测模式在进行的同时，短路侦测单元170 (SHORT DETECTOR)也会同时被启动，当短路侦测单元170侦测到输 入端的电位很低时，代表此时输入端为低阻抗，此时短路侦测单元170会 送信号通知控制单元110中断，同时让蜂鸣器180 (BUZZER)鸣叫，并 进入连续性(continuity)的测量模式。例如，在进行电阻测量时，当短路 侦测单元170侦测到短路时，就会直接跳出侦测模式并随即进入测量模式， 然后输出电阻值并通过显示单元160显示电阻值。
当侦测模式已经判断出待测物为一个电容组件时，随即进入电容之测 量模式，而电容之测量电路如图2所示，其中图2中的控制装置10与图6 中的控制单元110为同一装置。因此当万用电表进入电容之测量模式时， 控制单元110会先驱动充电及放电装置40中的开关以控制充电及放电装 置40进行充电及放电周期，并且也由控制单元110来控制脉冲产生装置 60及除频装置70 (或是除法装置75)的动作，这些过程已于上述中详细 说明，在此不再详细赘述。当电容测量装置经过N次周期的累计后，则由除频装置70以设定值M来除以计数装置80所累计的数值，如此所得到 的结果也可以近似取得一个平均值的电容值。然后将测量到的电容平均值 的结果显示于显示装置160。
在此要强调，本发明之电容测量装置可与上述之具有自动判断待测物 种类之万用电表结合使用，其当然也可以与一般需要通过手动选择待测组 件之万用电表一起使用，由于一般通过手动选择待测组件之万用电表己为 公知之技术，故不再对其进行详细之叙述，其只要将万用电表中的电容测 量电路换成本发明图2或图3之电路时，即可完成本发明之获得一个平均 的电容测量值。
显然地，依照上面实施例中的描述，本发明可能有许多的修正与差异。 因此需要在其附加的权利要求之范围内加以理解，除了上述详细的描述 外，本发明还可以广泛地在其它的实施例中施行。上述仅为本发明之较佳 实施例而已，并非用以限定本发明之权利要求；凡其它未脱离本发明所揭 示之精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在权利要求内。
权利要求
1.一种电容值测量装置，包括参考电压产生装置，用以提供第一参考电压；分压装置，其一端与该参考电压产生装置连接并产生第二参考电压，而另一端则与比较装置之第一输入端连接；充电及放电装置，其一端与该参考电压产生装置连接，而另一端则与该比较装置之第二输入端连接；脉冲产生装置，与该比较装置之输出端连接，并提供脉冲信号；除频装置，与该脉冲产生装置连接，并将该脉冲信号除以第一设定值(M)；计数装置，与该除频装置连接，并于该充电及放电装置进行放电期间进行计数；及控制装置，用以控制该充电及放电装置、该脉冲产生装置及该除频装置，并提供该除频装置之该第一设定值(M)；其中当该比较装置之该第二输入端之电压小于该第一输入端之电压时，则关闭该脉冲产生装置，并由该控制装置再启动该充电及放电装置直到该充电及放电装置之启动次数达到第二设定值(N)时，则由显示装置显示出该计数装置之累计值。
2. —种电容值测量装置，包括参考电压产生装置，用以提供第一参考电压及第二参考电压；比较装置，其第一输入端与该第二参考电压连接；充电及放电装置，其一端与该电压产生装置连接，而另一端则与该比 较装置之第二输入端连接；脉冲产生装置，与该比较装置之输出端连接，并提供脉冲信号；除频装置，与该脉冲产生装置连接，并将该脉冲信号除以第一设定值(M);计数装置，与该除频装置连接，并于该充电及放电装置进行放电期间进行计数；及控制装置，用以控制该充电及放电装置、该脉冲产生装置及该除频装 置，并提供该除频装置之该第一设定值(M);其中当该比较装置之该第二输入端之电压小于该第一输入端之电压 时，则关闭该脉冲产生装置，并由该控制装置再启动该充电及放电装置直到该充电及放电装置之启动次数达到第二设定值(N)时，则由一显示装置显示出该计数装置之累计值。
3. —种电容值测量之方法，包括执行充电程序，由第一参考电压经过充电及放电装置对待测电容进行充电；执行放电程序，于该充电程序将待测电容充电至待测电容之电位后， 随即通过该充电及放电装置进行该放电程序，且该放电程序之该待测电容 之电位的绝对值会随着放电时间持续降低；执行计数程序，于该放电程序开始时，由计数装置进行计数；执行比较程序，通过比较装置将第二参考电压与该待测电容之电位进 行比较并进行判断；当该第二参考电压大于该待测电容之电位时，则继续进行该计数程序；该第二参考电压小于该待测电容之电位时，则停止计数程序；及执行充电及放电之累计程序，将上述执行之该充电程序及该放电程序 进行累计，直到该累计值达到设定次数N后停止，并显示测量值；其中于该放电程序中提供脉冲信号至除频装置，并且该除频装置将该 脉冲信号除以设定值M后，由计数装置执行该累计程序。
4. 根据权利要求10所述的电容值测量方法，其特征在于进行该放电 程序前，可进一步先执行计数装置之重置程序。
5. 根据权利要求IO所述的电容值测量方法，其特征在于该充电程序、 该放电程序及该计数程序可通过控制装置来执行。
6. —种具有自动判断待测组件种类之测量装置，包括 控制单元，依序提供多个扫描信息；切换单元，由多个测试电路组成，其第一端与和待测组件连接之输入 端连接，其第二端与该控制单元连接，并依据该多个扫描信息依序执行切 换动作，用以依序将该多个测试电路与该输入端连接；侦测单元，其第一端与该切换单元之第三端连接，并通过比较电路依 序对该输入端之电压进行比较，并将比较之结果由第二端送回至该控制单 元，以使该控制单元依据该比较结果来判断待测组件之种类；及测量单元，与该控制单元连接并依据该控制单元之判断结果选择相应 之测量电路对该待测组件进行测量，并将测量之结果显示于显示装置；其 特征在于该测量单元包括电容值测量电路，且该电容值测量电路包括电压产生装置，用以提供第一参考电压及第二参考电压；比较装置，其第一输入端与该第二参考电压连接；充电及放电装置， 其一端与该电压产生装置连接，而另一端则与该比较装置之第二输入端连 接；脉冲产生装置，与该比较装置之输出端连接，并提供脉冲信号； 除频装置，与该脉冲产生装置连接，并将该脉冲信号除以第一设定值;及计数装置，与该除频装置连接，并于该充电及放电装置进行放电期间 进行计数；其中该控制装置可进一步控制该充电及放电装置、该脉冲产生装置及 该除频装置，并提供该除频装置之该第一设定值；并且当该比较器之该第 一输入端与该第二输入端之电压相同时，则关闭该脉冲产生装置，并由该 控制装置再启动该充电及放电装置直到该充电及放电装置之启动次数达 到第二设定值时，则由显示装置显示出该计数装置之累计值。
7. 根据权利要求6所述的测量装置，其特征在于还包括短路侦测单 元，其第一端与该切换单元之第三端连接，而其第二端则连接至该控制单 元。
8. 根据权利要求6所述的测量装置，其特征在于该短路侦测单元可还 与封鸣装置连接。
9. 一种万用电表，设有显示装置，用以显示多个测量模式及测量之数 值，切换开关装置，用以提供多个切换选择模式，以进行特定信号之测量， 以及一对输入端子，其特征在于该多个测量模式至少包括电容值测量装 置，且该电容值测量装置包括参考电压产生装置，用以提供第一参考电压及第二参考电压；比较装置，其第一输入端与该第二参考电压连接；充电及放电装置，其一端与该电压产生装置连接，而另一端则与该比 较装置之第二输入端连接；脉冲产生装置，与该比较装置之输出端连接，并提供脉冲信号；除频装置，与该脉冲产生装置连接，并将该脉冲信号除以第一设定值 (M);计数装置，与该除频装置连接，并于该充电及放电装置进行放电期间 进行计数；及控制装置，用以控制该充电及放电装置、该脉冲产生装置及该除频装 置，并提供该除频装置之该第一设定值(M);其中当该比较装置之该第二输入端之电压小于该第一输入端之电压 时，则关闭该脉冲产生装置，并由该控制装置再启动该充电及放电装置直 到该充电及放电装置之启动次数达到第二设定值(N)时，则由显示装置 显示出该计数装置之累计值。
10. —种电容值测量装置，包括-参考电压产生装置，用以提供第一参考电压及第二参考电压； 比较装置，其第一输入端与该第二参考电压连接；充电及放电装置，其一端与该电压产生装置连接，而另一端则与该比 较装置之第二输入端连接；脉冲产生装置，与该比较装置之输出端连接，并提供脉冲信号；计数装置，与该脉冲产生装置连接，并于该充电及放电装置进行放电 期间进行该脉冲信号之计数；除法装置，与该计数装置连接，并将该计数装置所计数之脉冲信号除 以第一设定值(M);及控制装置，用以控制该充电及放电装置、该脉冲产生装置及该除频装 置，并提供该除频装置之该第一设定值(M);其中当该比较装置之该第二输入端之电压小于该第一输入端之电压 时，则关闭该脉冲产生装置，并由该控制装置再启动该充电及放电装置直 到该充电及放电装置之启动次数达到第二设定值(N)时，则由显示装置 显示出该计数装置之累计值。
全文摘要
本发明提供一种电容值测量装置，包括一个充电及放电装置，其一端与第一参考电压连接；一个与第二参考电压及充电及放电装置连接之比较装置；一个与比较装置之输出端连接之脉冲产生装置，用以提供一个脉冲信号；一个与脉冲产生装置连接之除频装置，可将脉冲信号除以一个设定值(M)；一个与除频装置连接之计数装置，可于放电期间进行计数；以及一个控制装置，用以控制充电及放电装置、脉冲产生装置及除频装置，并提供除频装置之设定值(M)；其中当进入放电期间且比较装置的输出状态改变时，则关闭脉冲产生装置，并由控制装置再启动充电及放电装置，直到启动次数达到另一设定值(N)时，则由显示装置显示出计数装置之累计值。
文档编号G01R27/26GK101315398SQ20071010670
公开日2008年12月3日 申请日期2007年5月28日 优先权日2007年5月28日
发明者黎俊良 申请人:承永资讯科技股份有限公司