快速電容比較裝置的製作方法
2024-02-24 11:13:15 1
專利名稱：快速電容比較裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種可快速讀取電容值比較結果的電路裝置。
背景技術：
為了使數字設備可以檢測多種變化的物理量，需要各種傳感器將這些物理量轉化為即時的電參數變化以供設備讀取和分析。其中有一類傳感器是利用電容值此消彼長的串聯電容器作為傳感部件，利用電容器作為傳感部件有明顯的優點，比如變化靈敏、結構簡單、密封性好、抗幹擾較強等等；這類動態電容傳感頭將其物理量包括高度、姿態角度等轉化為兩個電容值的差異，通過設計比較電路，就可以實時判斷電容值所表徵的物理量變化。電容器充放電需要時間，如何地設計比較電路，使裝置能夠迅速可靠，是這類傳感器設計的困難之所在。
實用新型內容針對以上電容式傳感器的設計需求，本實用新型提出一種快速電容比較裝置，其技術方案如下快速電容比較裝置，它包括一充電模塊，包括串聯的第一電容和第二電容，此二者串聯後並聯於一反相器；所述反相器輸入端連接一時鐘信號，並且所述第一和第二電容連接點作為該充電模塊的比較輸出端；一比較模塊，包括相串聯的受所述時鐘信號控制而切換導通的第一開關和第二開關；此第一和第二開關的連接點接所述比較輸出端，第一開關另一端接一電壓為VDD/2的分壓端；以及—判斷輸出模塊，具有連接所述分壓端的第一輸入端和連接所述第二開關另一端的第二輸入端；該判斷輸出模塊還具有根據所述第一輸入端和第二輸入端電壓比較大小結果輸出兩種狀態的判斷輸出端。作為本技術方案的優選者，可以在如下方面具有改進一較佳實施例中，所述第一電容和第二電容為受一外部因素影響而變化的動態電容。一較佳實施例中，所述分壓端為連接於VDD與地之間的兩個分壓電阻連接點。一較佳實施例中，所述第一開關和第二開關包括受控通斷的MOS管。—較佳實施例中，所述判斷輸出模塊為一積分電路，該積分電路包括一運算放大器，所述運算放大器的其正輸入端作為所述第一輸入端、其負輸入端作為所述第二輸入端、其輸出端作為所述判斷輸出端；並且所述第二輸入端與所述判斷輸出端之間具有第三電容。一較佳實施例中，所述判斷輸出模塊包括一比較器，該比較器其正輸入端作為所述第一輸入端、其負輸入端連接一濾波電阻並使其另一端成為所述第二輸入端、其輸出端作為所述判斷輸出端；並且所述第二輸入端還具有一連接到地的濾波電容。一較佳實施例中，所述第一電容和第二電容為pF級的電容器。本實用新型帶來的有益效果是I.在一個時鐘周期內就可以完成對電容值比較的判斷，檢測速度快，同時裝置的
結構簡單，可靠性高。2.電容採用小容量者，可以得到較快的響應速度。3.本電路的第一開關和第二開關由受控的MOS開關管實現，可以工作在很高的頻率，從而，整個裝置可以具有較高的精度。4.本方案採用電壓控制方式，不需要功率器件，耗能少。
以下結合附圖實施例對本實用新型作進ー步說明圖I是本實用新型實施例一電路圖；圖2是本實用新型實施例ニ電路圖。
具體實施方式
實施例一如
圖1，本實用新型實施例一電路圖；此電路包括三個部分，分別是充電模塊10、比較模塊20和判斷輸出模塊30 ;其中，充電模塊10包括相互串聯的第一電容Cl和第二電容C2，Cl和C2串聯後與一反相器INV並聯，並且反相器INV輸入端連接ー時鐘信號CLK，Cl和C2的連接點作為該充電模塊10的比較輸出端11 ;此充電模塊10的時鐘端CLK接入CMOS電路的時鐘信號，在時鐘信號下實現Cl和C2的交替方向充電。比較輸出端11連通至下級的ー比較模塊20，此比較模塊20包括相串聯的第一開關Kl和第二開關K2，第一開關Kl受時鐘信號驅動，而第二開關K2受反向時鐘信號驅動，因而Kl和K2隨著時鐘信號切換導通；K1和K2的連接點接比較輸出端11，Kl另一端接ー電壓為VDD/2的分壓端；此分壓端由連接於VDD和地之間的第一電阻Rl與第二電阻R2串聯分壓實現。在比較模塊20的下級是ー判斷輸出模塊30，此判斷輸出模塊30為ー積分電路，該積分電路包括一運算放大器Al ,Al的正輸入端作為第一輸入端連接了 R2和Rl之間的分壓端；A1的負輸入端作為第二輸入端連接K2,其輸出端作為整個裝置的判斷輸出端out,同時Al的負輸入端和判斷輸出端out之間具有第三電容C3，根據Al正負輸入端的的電平情況，判斷輸出端out輸出高低不同狀態的電平。整個裝置的工作原理如下CLK為O和I兩種電平狀態，令Cl上電荷為Ql，C2上電荷為Q2，當CLK為I時Kl閉合，K2斷開，Ql = VDD/2*C1Q2 = VDD/2*C2在此狀態下，CLK轉換為0，從而Kl斷開，K2閉合，因為Cl和C2上的電荷總量不
變，故Va*Cl_Ql = (VDD-Va)*C2_Q2，[0033]所以(Va+VDD/2)*C1= (3VDD/2_Va) *C2，我們假設Cl > C2，則由上式得Va+VDD/2 < 3/2VDD_VaVa < VDD/2由於判斷輸出模塊30的積分電路知，判斷輸出端out輸出為1，若Cl <C2，則out為0，可見，在CLK 一個時鐘周期內就可以完成對Cl和C2的判斷，檢測速度快，同時裝置的結構簡單，可靠性高。C2和Cl乃是可以感應一維傾斜度的動態電容，其容量為數pF，充放電時間很短，可以得到較快的響應速度。本電路的第一開關Kl和第二開關K2由受控的MOS開關管實現，可以工作在很高的頻率，從而，整個裝置可以具有較高的精度。另外，從所有的原件可知，本方案採用電壓控制方式，不需要功率器件，耗能少。實施例二 如圖2是本實用新型實施例二電路圖。本實施例二的充電模塊10、比較模塊20與實施例一相同，不同的是，判斷輸出模塊30採用的是濾波電路與高速比較器的形式。一比較器COM其正輸入端作為所述第一輸入端、其負輸入端連接一濾波電阻R4並使R4另一端成為所述第二輸入端、其輸出端作為所述判斷輸出端out ;並且所述第二輸入端還具有一連接到地的濾波電容C3。比較器COM的正負輸入端接收相應的高低電平，再在判斷輸出端out輸出比較結果，本方案用到了包括R4與C 3的濾波電路，其抗幹擾能力較強。以上所述，僅為本實用新型較佳實施例而已，故不能依此限定本實用新型實施的範圍，即依本實用新型專利範圍及說明書內容所作的等效變化與修飾，皆應仍屬本實用新型涵蓋的範圍內。
權利要求1.快速電容比較裝置，其特徵在於它包括 一充電模塊，包括串聯的第一電容和第二電容，此二者串聯後並聯於一反相器；所述反相器輸入端連接ー時鐘信號，並且所述第一和第二電容連接點作為該充電模塊的比較輸出端; 一比較模塊，包括相串聯的受所述時鐘信號控制而切換導通的第一開關和第二開關；此第一和第二開關的連接點接所述比較輸出端，第一開關另一端接一電壓為VDD/2的分壓端；以及 一判斷輸出模塊，具有連接所述分壓端的第一輸入端和連接所述第二開關另一端的第ニ輸入端；該判斷輸出模塊還具有根據所述第一輸入端和第二輸入端電壓比較大小結果輸出兩種狀態的判斷輸出端。
2.根據權利要求I所述快速電容比較裝置，其特徵在於所述第一電容和第二電容為受ー外部因素影響而變化的動態電容。
3.根據權利要求I所述快速電容比較裝置，其特徵在於所述分壓端為連接於VDD與地之間的兩個分壓電阻連接點。
4.根據權利要求I所述快速電容比較裝置，其特徵在於所述第一開關和第二開關包括受控通斷的MOS管。
5.根據權利要求I所述快速電容比較裝置，其特徵在於所述判斷輸出模塊為ー積分電路，該積分電路包括一運算放大器，所述運算放大器的其正輸入端作為所述第一輸入端、其負輸入端作為所述第二輸入端、其輸出端作為所述判斷輸出端；並且所述第二輸入端與所述判斷輸出端之間具有第三電容。
6.根據權利要求I所述快速電容比較裝置，其特徵在於所述判斷輸出模塊包括一比較器，該比較器其正輸入端作為所述第一輸入端、其負輸入端連接ー濾波電阻並使其另ー端成為所述第二輸入端、其輸出端作為所述判斷輸出端；並且所述第二輸入端還具有ー連接到地的濾波電容。
7.根據權利要求I所述快速電容比較裝置，其特徵在於所述第一電容和第二電容為PF級的電容器。
專利摘要本實用新型公開了一種快速電容比較裝置，其特徵在於它包括一充電模塊，包括串聯的第一電容和第二電容，此二者串聯後並聯於一反相器；反相器輸入端連接一時鐘信號，並且第一和第二電容連接點作為該充電模塊的比較輸出端；一比較模塊，包括相串聯的受時鐘信號控制而切換導通的第一開關和第二開關；此第一和第二開關的連接點接比較輸出端，第一開關另一端接一電壓為VDD/2的分壓端；以及一判斷輸出模塊，具有連接分壓端的第一輸入端和連接第二開關另一端的第二輸入端；該判斷輸出模塊還具有根據第一輸入端和第二輸入端電壓比較大小結果輸出兩種狀態的判斷輸出端。本方案在一個時鐘周期內就可以完成對電容值比較的判斷，檢測速度快，同時裝置的結構簡單，可靠性高。
文檔編號G01R27/26GK202471838SQ20122004931
公開日2012年10月3日 申請日期2012年2月15日 優先權日2012年2月15日
發明者盧澤聰, 熊守芬 申請人:廈門聯創微電子股份有限公司