用於測量電容的系統與方法
2023-10-11 17:45:19
專利名稱：用於測量電容的系統與方法
技術領域：
本發明總體上針對電路的電容測試。特別地，本發明針對用於檢測耦合到驅動電路的輸出的電路的電容的裝置與方法。
背景技術：
對電路的電容測試已經進行很長時間了。測試耦合到驅動電路(例如，IC晶片) 的輸出的電路的電容給出了新的挑戰。現在，集成電路晶片廣泛地用於控制或者驅動多種致動器(例如，微致動器，微機電(MEMS)致動器)。例如，IC用在如照相機的電子裝備中， 以控制或驅動電機，所述電機驅動可調節的機械部件(例如，透鏡)。耦合到IC晶片的致動器可以看作耦合到該IC晶片的輸出引腳的電容器。對於IC晶片來說，測試耦合到該IC晶片的輸出的電路的電容(例如，在利用激活電流驅動引腳之前，自身確定是否有負載裝置連接到該晶片引腳)將是期望的。還沒有用於為此提供簡單、廉價的電路的已知的測試。相應地，在本領域中需要以最小的複雜度有效地測試耦合到IC引腳的電路的電容的電路。
圖IA和IB是根據本發明的示例性實施方式的電容感測電路的示意圖。圖2是示出根據本發明的示例性實施方式的電容感測電路的示例性信號輸出的圖。圖3是示出根據本發明的示例性實施方式的電容感測電路的示例性信號輸出的圖。圖4是示出根據本發明的示例性實施方式、利用電容感測電路的處理的流程圖。圖5是根據本發明的示例性實施方式的電容感測電路的示意圖。圖6是示出根據本發明的示例性實施方式的電容感測電路的示例性信號輸出的圖。圖7是示出根據本發明的示例性實施方式、利用電容感測電路的處理的流程圖。
具體實施例方式提供了用於測試連接到驅動電路的輸出引腳的負載電路的電容的系統與方法。在一種實施方式中，該方法可以包括將該輸出引腳處的電壓驅動至第一電壓；將預定電流施加至該輸出引腳；比較該輸出引腳處的電壓與參考電壓；以及當該輸出引腳處的電壓與所述參考電壓匹配時，基於在計時電壓變化周期的開始與所述輸出引腳處的電壓與參考電壓匹配的時刻之間出現的時鐘循環數量來生成在所述輸出引腳處存在的電容的估計結果。圖IA是根據本發明的示例性實施方式的電容感測電路100的示意圖。電容感測電路100可以包括放大器102、比較器104和計數器(例如，定時器)108。放大器102可以生成施加到輸出引腳110的輸出電壓。比較器104可以比較施加到輸出引腳110的電壓與參考電壓VKEF。在一種實施方式中，電容感測電路100可以設置在一般的IC晶片中。負載電路(例如，圖1中建模為電容器106的負載裝置)可以經引腳110耦合到IC晶片。放大器102可以在一個輸入引腳處取得輸入信號Vin並且經反饋路徑在另一個輸入引腳處取得輸出電壓Vott。輸出電壓Vott可以與具有響應延遲的輸入電壓Vin匹配。該響應延遲可能受電壓Vot多快可以與Vin匹配的影響。因而，該響應延遲可能受負載電路可以多快充電的影響。在這種實施方式中，充電電流可以由放大器102的輸出電流提供，該電流可以被電流源112的控制。電流源112可以針對放大器102的輸出電流提供恆定的充電電流1_『在一種實施方式中，放大器102可以是電壓輸出放大器，並且輸入Vin可以耦合到數模轉換器(DAC)的輸出。在另一種實施方式，反饋信號可以經電阻分壓器耦合。比較器104和計數器108可以估計耦合到引腳110的負載電路充電至某個電壓的響應時間。例如，如果負載裝置(例如，電容器106)耦合到引腳110，則該負載裝置可能具有電容。該電容可以由輸出電壓Vott匹配參考電壓Vkef的響應延遲來確定。比較器104的輸出信號Votp可以耦合到計數器108的一個輸入引腳。計數器108的另一個輸入引腳可以耦合到時鐘信號FaK。由此，計數器108可以計數輸出電壓Vot匹配參考電壓Vkef的響應時間(例如，響應延遲)。相應地，可以確定負載電路的電容。在一種實施方式中，計數器108 可以是用於估計耦合到引腳110的負載電路的電容的電容感測電路100的判定邏輯部(未示出)的一部分。電容的估計可以基於耦合到引腳110的負載電路充電至參考電壓的估計響應時間。在一種或多種實施方式中，是否可能存在負載裝置可以基於該電容來確定。在如圖IA所示的實施方式中，輸出信號Vqut可以直接連接到比較器104的輸入引腳，以使比較器104比較Vqut與VKEF。在另一種實施方式中，比較器104使用的參考電壓可以是輸入電壓VIN。因而，輸出電壓Vott可以與輸入電壓Vin進行比較。電容可以通過輸出電壓Vott匹配輸入電壓Vin的響應延遲來確定。但是，如圖2(a)中所示，當電平接近輸入電壓Vin時，輸出電壓Vott的上升可能不是線性的。因此，輸出信號Vot可以經偏移電SVtw(以虛線顯示)連接到比較器 104的輸入引腳。圖IB是更具體地示出放大器102的輸出部分中的電容感測電路100的示意圖。放大器102的輸出部分可以包括電晶體114，並且電流源112可以耦合到電晶體114的一個端子。輸出引腳110可以耦合到電晶體114的另一個端子。電晶體114的控制端子可以耦合到放大器102的輸出。在圖IB所示的實施方式中，電晶體114可以是PMOS電晶體。但是，電晶體114不僅限於PMOS電晶體，還可以是NMOS電晶體或者雙極電晶體(ρ-溝道或者 η-溝道)。在一種實施方式中，電容感測電路100可以包括另一個電晶體(例如，NMOS電晶體，未示出)，作為將PMOS電晶體114的漏極耦合到地的電流吸收器。類似於PMOS電晶體 114,NMOS電晶體的柵極可以耦合到放大器102的輸出。因為PMOS電晶體114可以使放大器102的輸出信號反相，所以與圖IA的放大器102相比，圖IB的放大器102的正和負輸入可以切換，從而在輸出引腳110生成類似的輸出信號。圖IB中所示的電容感測電路100的其它部件可以類似於圖IA中所示的對應部分工作。圖2示出了可以由圖1的系統生成的示例波形。對於圖2中所示的實施方式，參考電壓Vkef可以設置成VIN。圖2(a)示出了響應於輸入電壓Vin生成的放大器102的輸出電壓VOTT。從時刻、至時刻t1; Vin和Vott處於相同的電壓電平。在時刻t1; Vin可以突然改變 Δ V的量。輸出信號Vott將基於在輸出引腳110處存在的電容Cott在從、至t2的時間內如下變化
權利要求
1.一種用於測試連接到驅動電路的輸出引腳的負載電路的電容的方法，所述方法包括將所述輸出引腳處的電壓驅動至第一電壓；將預定的電流施加到所述輸出引腳；將所述輸出引腳處的電壓與參考電壓進行比較；以及當所述輸出引腳處的電壓與所述參考電壓匹配時，基於在計時電壓變化周期的開始與所述輸出引腳處的電壓和所述參考電壓匹配的時刻之間出現的時鐘循環的數量，來生成對在所述輸出引腳處存在的電容的估計結果。
2.如權利要求1所述的方法，其中所述電容基於所述輸出引腳處的電壓而變化，並且所述第一電壓是針對所述負載電路的期望電壓。
3.如權利要求1所述的方法，其中比較電壓是通過比較器執行的，其第一輸入耦合到所述輸出引腳，而第二輸入耦合到所述參考電壓。
4.如權利要求3所述的方法，其中所述負載電路包括電動機，並且所述輸出引腳被電壓輸出放大器驅動至所述第一電壓，所述電壓輸出放大器從數模轉換器輸出控制信號。
5.如權利要求4所述的方法，其中在所述電壓輸出放大器中設置電流源，並且該電流源以電流受限的模式連接到所述輸出引腳。
6.如權利要求5所述的方法，其中所述計時電壓變化周期的開始通過所述電壓輸出放大器的輸入處的突然電壓變化來觸發。
7.如權利要求6所述的方法，其中所述輸出引腳經由偏移電壓耦合到所述比較器的輸入，並且所述參考電壓等於所述第一電壓和所述突然電壓變化的組合。
8.如權利要求5所述的方法，其中，在所述電壓輸出放大器的輸入處的突然電壓變化之後，當所述輸出引腳處的電壓與所述參考電壓的第一值匹配時，所述計時電壓變化周期開始；並且，當所述輸出引腳處的電壓與所述參考電壓的第二值匹配時，所述計時電壓變化周期結束，其中所述參考電壓的第一值小於所述參考電壓的第二值，並且所述參考電壓的第二值小於所述第一電壓與所述突然電壓變化的組合。
9.如權利要求4所述的方法，其中電流源是與所述電壓輸出放大器分開設置的。
10.如權利要求9所述的方法，其中所述計時電壓變化周期的開始是通過將所述電流源連接到所述輸出引腳來觸發的，所述參考電壓等於所述第一電壓與所述電壓變化的組I=I O
11.如權利要求1所述的方法，其中所述預定電流是充電電流，並且所述輸出引腳在所述計時電壓變化周期內充電。
12.如權利要求1所述的方法，其中所述預定的電流是吸收電流，並且所述輸出引腳在所述計時電壓變化周期內放電。
13.一種用於測試耦合到電路的輸出引腳的負載電路的電容的系統，所述系統包括 驅動放大器，具有耦合到所述輸出引腳的輸出，其中所述放大器的第一輸入耦合到輸入信號，並且所述放大器的第二輸入耦合到所述放大器的輸出；電流源，選擇性地耦合到所述輸出引腳，所述電流源在測試周期中將電流施加到所述輸出引腳；比較器，具有耦合到所述輸出引腳和參考電壓的輸入；以及判定邏輯部，耦合到所述比較器的輸出，以基於所述輸出引腳處的電壓的時間響應來確定所述輸出引腳處存在的電容。
14.如權利要求13所述的系統，其中所述判定邏輯部包括計數器。
15.如權利要求14所述的系統，其中所述計數器計數所述輸出引腳匹配所述參考電壓的計時電壓變化周期，並且所述判定邏輯部使用所述計時電壓變化周期、充電電流和充電速率來確定耦合到所述輸出引腳的負載電路的電容。
16.如權利要求15所述的系統，其中所述參考電壓是由所述輸入信號提供的，並且所述輸出引腳經由偏移電壓耦合到所述比較器。
17.如權利要求16所述的系統，其中所述計時電壓變化周期是通過當階躍變化施加到所述輸入信號時啟動計數器並且當所述輸出引腳處的電壓達到所述參考電壓減去所述偏移電壓時停止計數器來確定的。
18.如權利要求15所述的系統，其中所述計時電壓變化周期是通過在階躍變化施加到所述輸入信號之後當所述輸出處的電壓達到所述參考電壓的第一值時啟動計數器並且當所述輸出引腳處的電壓達到所述參考電壓的第二值時停止計數器來確定的。
19.如權利要求13所述的系統，其中所述放大器是電壓輸出放大器，所述負載電路包括電動機，並且所述放大器從數模轉換器輸出針對所述電動機的控制信號。
20.如權利要求13所述的系統，其中所述外部電路的電容隨所述輸出引腳處的電壓而變化。
21.如權利要求13所述的系統，其中所述電流是充電電流，並且所述輸出引腳在所述計時電壓變化周期內充電。
22.如權利要求13所述的系統，其中所述電流是吸收電流，並且所述輸出引腳在所述計時電壓變化周期內放電。
23.一種用於測試耦合到電路的輸出引腳的負載電路的電容的系統，包括第一電開關和第二電開關；驅動放大器，具有經所述第一電開關耦合到所述輸出引腳的輸出，其中所述放大器的第一輸入耦合到輸入信號，並且所述放大器的第二輸入耦合到所述放大器的輸出；電流源，經所述第二電開關選擇性地耦合到所述輸出引腳，所述電流源在測試周期中將電流施加到所述輸出引腳；比較器，具有耦合到所述輸出引腳和參考電壓的輸入；以及判定邏輯部，耦合到所述比較器的輸出，以基於所述輸出引腳處的電壓的時間響應確定所述輸出引腳處存在的電容。
24.如權利要求23所述的系統，其中所述判定邏輯部包括計數器，所述計數器計數所述輸出引腳從針對所述輸出引腳的期望電壓充電至所述參考電壓的計時電壓變化周期，並且所述判定邏輯部使用所述計時電壓變化周期、電流和改變速率確定耦合到所述輸出引腳的負載電路的電容。
25.如權利要求M所述的系統，其中所述計時電壓變化周期是通過當所述第二電開關連接時啟動定時器並且當所述輸出引腳處的電壓達到所述參考電壓時停止定時器來確定的。
26.如權利要求23所述的系統，其中所述放大器是電壓輸出放大器，所述負載電路包括電動機，並且所述放大器從數模轉換器輸出針對所述電動機的控制信號。
27.如權利要求23所述的系統，其中所述負載電路的電容隨所述輸出引腳處的電壓而變化。
28.如權利要求23所述的系統，其中所述電流是放電電流，並且所述輸出引腳在所述計時電壓變化周期內放電。
29.如權利要求23所述的系統，其中所述電流是充電電流，並且所述輸出引腳在所述計時電壓變化周期內充電。
全文摘要
本發明涉及用於測試連接到驅動電路的輸出引腳的負載電路的電容的系統與方法。在一種實施方式中，該方法可以包括將所述輸出引腳處的電壓驅動至第一電壓；將預定的電流施加到所述輸出引腳；將所述輸出引腳處的電壓與參考電壓進行比較；並且，當所述輸出引腳處的電壓與所述參考電壓匹配時，基於在計時電壓變化周期開始與所述輸出引腳處的電壓與所述參考電壓匹配的時刻之間出現的時鐘循環數量來生成對在所述輸出引腳處存在的電容的估計結果。
文檔編號G01R27/26GK102576043SQ201080045900
公開日2012年7月11日 申請日期2010年8月27日 優先權日2009年8月27日
發明者M·莫菲, S·伊利亞特 申請人:美國亞德諾半導體公司