一种电容测量方法及电容测量电路与流程

本发明涉及电容测量，特别涉及一种电容测量方法及电容测量电路。

背景技术：

1、随着科技的迅猛发展，电容式传感器广泛用于湿度、位移、角度、振动、速度、压力测量等领域，这些传感器的电容值一般都较小，一般是pf(皮法)级。然而实际应用中，电容式传感器的电容并不是单独存在的，还存在寄生电容，如图1所示，存在的寄生电容会影响电容式传感器的电容的检测精度、灵敏度、分辨率以及测量范围。

2、为了消除寄生电容的问题，一种方法是通过零点校准的方法消除常规寄生电容的影响，但是这种零点校准的方法增加了生产流程的复杂度，而且在实际产品的应用中，不是所有产品都能实现的；另一种方法是利用双端口测量的方法减少寄生电容的影响，这种方法可以在测量过程中同时考虑电容式传感器的输入端口和输出端口，减少寄生参数对测量结果的影响，但是这种方法需要低阻抗的电压源和高增益的运放，增加开关时序控制，电路复杂，且并不能完全消除寄生电容的影响。因此，提供一种有效的消除寄生电容的电路，仍是电容测量技术领域中急需解决的关键问题。

技术实现思路

1、本发明为消除寄生电容的影响，提供一种一种电容测量方法及电容测量电路。

2、为实现上述目的，本发明提供一种电容测量方法，包括：

3、提供待测电容，所述待测电容的两端等效连接有第一寄生电容和第二寄生电容；

4、将所述待测电容的第一端接低电平，所述待测电容的第二端接高电平并完成充电，所述待测电容的第二端通过放电单元的第二端进行放电，直到输出低电平，获取对应的第一放电时间，基于电容与放电时间的关系计算获得第一放电电容差值，所述第一放电电容差值为所述待测电容的电容值与所述第二寄生电容的电容值之和；

5、将所述待测电容的第二端接低电平，所述待测电容的第一端接高电平并完成充电，所述待测电容的第一端通过所述放电单元的第一端进行放电，直到输出低电平，获取对应的第二放电时间，基于电容与放电时间的关系计算获得第二放电电容差值，所述第二放电电容差值为所述待测电容的电容值与所述第一寄生电容的电容值之和；

6、将放电后的所述待测电容的其中一端悬空，所述待测电容的另一端接高电平并完成充电，所述待测电容接高电平的一端通过对应的所述放电单元进行放电，直到所述待测电容放电的一端输出低电平，获取对应的第三放电时间，基于电容与放电时间关系计算获得第三放电电容差值，所述第三放电电容差值为所述第一寄生电容、所述待测电容串联后得到的电容值与所述第二寄生电容的电容值之和或者为所述第二寄生电容、所述待测电容串联后得到的电容值与所述第一寄生电容的电容值之和；

7、基于所述第一放电电容差值～所述第三放电电容差值和所述第一放电时间～所述第三放电时间，运算获得所述待测电容的电容值。

8、本发明还提供一种电容测量电路，应用如上述的一种电容测量方法，包括：

9、放电单元、第一充电单元、第二充电单元、计时单元；

10、所述放电单元的第一端与所述第一充电单元的第一端、所述计时单元的第一输入端相连且作为所述电容测量电路的第一端用于连接待测电容的第一端，所述放电单元的第二端与所述第二充电单元的第一端、所述计时单元的第二输入端相连且作为所述电容测量电路的第二端用于连接待测电容的第二端，其中，所述待测电容的两端等效连接有第一寄生电容和第二寄生电容；

11、设置所述第一充电单元截止，所述待测电容的第一端接低电平，通过所述第二充电单元为所述待测电容进行充电，所述待测电容的第二端通过所述放电单元的第二端进行放电，直到向所述计时单元输出低电平，所述计时单元获取对应的第一放电时间，基于电容与放电时间的关系计算获得第一放电电容差值，所述第一放电电容差值为所述待测电容的电容值与所述第二寄生电容的电容值之和；

12、设置所述第二充电单元截止，所述待测电容的第二端接低电平，通过所述第一充电单元为所述待测电容进行充电，所述待测电容的第一端通过所述放电单元的第一端进行放电，直到向所述计时单元输出低电平，所述计时单元获取对应的第二放电时间，基于电容与放电时间的关系计算获得第二放电电容差值，所述第二放电电容差值为所述待测电容的电容值与所述第一寄生电容的电容值之和；

13、设置所述第一充电单元截止，将放电后的所述待测电容的第一端悬空，所述待测电容的第二端通过所述第二充电单元进行放电，直到所述待测电容的第二端向所述计时单元输出低电平，所述计时单元获取对应的第三放电时间，基于电容与放电时间的关系计算获得第三放电电容差值，所述第三放电电容差值为所述第一寄生电容、所述待测电容串联后得到的电容值与所述第二寄生电容的电容值之和或者设置所述第二充电单元截止，将放电后的所述待测电容的第二端悬空，所述待测电容的第一端通过所述第一充电单元进行放电，直到所述待测电容的第一端向所述计时单元输出低电平，所述计时单元获取对应的第三放电时间，基于电容与放电时间的关系计算获得第三放电电容差值，所述第三放电电容差值为所述第二寄生电容、所述待测电容串联后得到的电容值与所述第一寄生电容的电容值之和；

14、基于所述第一放电电容差值～所述第三放电电容差值和所述第一放电时间～所述第三放电时间，运算获得所述待测电容的电容值。

15、综上所述，本发明的优点及有益效果为：

16、本发明提供一种电容测量方法及电容测量电路。所述电容测量方法包括：提供待测电容，所述待测电容的两端等效连接有第一寄生电容和第二寄生电容，通过对所述待测电容进行先充电再放电，并对放电过程进行计时，获得对应的放电时间，基于电容与放电时间的关系计算获得对应的电容值作为相应的放电电容差值，通过对所述待测电容的多次充电、放电，获得每一次的相应的放电电容差值，通过对每次获得的相应的放电电容差值进行联立计算，即可获得所述待测电容的电容值，实现了完全消除所述寄生电容的影响，所述电容测量方法简单，且能够达到彻底消除寄生电容影响的目的，便于生产应用。

技术特征：

1.一种电容测量方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的一种电容测量方法，其特征在于，将放电后的所述待测电容的第一端悬空，所述待测电容的第二端接高电平并完成充电，所述待测电容的第二端通过所述放电单元的第二端进行放电，直到所述待测电容的第二端输出低电平，获取对应的第三放电时间，基于电容与放电时间关系计算获得第三放电电容差值，所述第三放电电容差值为所述第一寄生电容、所述待测电容串联后得到的电容值与所述第二寄生电容的电容值之和。

3.如权利要求2所述的一种电容测量方法，其特征在于，所述第一放电电容差值为：cx1＝k2*t1，

4.如权利要求1所述的一种电容测量方法，其特征在于，所述待测电容为电容式传感器。

5.一种电容测量电路，其特征在于，应用如权利要求1所述的一种电容测量方法，包括：

6.如权利要求5所述的一种电容测量电路，其特征在于，所述放电单元包括第一放电结构和第二放电结构；所述第一放电结构包括第一电阻、第一开关，所述第一电阻和所述第一开关串联形成第一串联结构，所述第一串联结构的一端作为所述第一放电结构的一端，所述第一串联结构的另一端作为所述第一放电结构的另一端，所述第一放电结构的一端与所述第一充电单元的第一端、所述计时单元的第一输入端、所述待测电容的第一端相连，所述第一放电结构的另一端为所述第一放电结构的工作电压端；所述第二放电结构包括第二电阻、第二开关，所述第二电阻和所述第二开关串联形成第二串联结构，所述第二串联结构的一端作为所述第二放电结构的一端，所述第二串联结构的另一端作为所述第二放电结构的另一端，所述第二放电结构的一端与所述第二充电单元的第一端、所述计时单元的第二输入端、所述待测电容的第二端相连，所述第二放电结构的另一端为所述第二放电结构的工作电压端；

7.如权利要求5所述的一种电容测量电路，其特征在于，所述放电单元包括第三放电子结构、第三开关和第四开关，所述第三放电子结构的一端与所述第三开关的一端、所述第四开关的一端相连，所述第三开关的另一端作为所述放电单元的第一端，与所述第一充电单元的第一端、所述计时单元的第一输入端、所述待测电容的第一端相连，所述第四开关的另一端作为所述放电单元的第二端，与所述第二充电单元的第一端、所述计时单元的第二输入端、所述待测电容的第二端相连；

8.如权利要求5所述的一种电容测量电路，其特征在于，所述第一充电单元包括第一三态门，所述第一三态门的输出端与所述放电单元的第一端、所述待测电容的第一端、所述计时单元的第一输入端相连，所述第一三态门的输出端作为所述第一充电单元的第一端，所述第一三态门的使能端用于接收使能信号，所述第一三态门的输入端用于输入控制信号；

9.如权利要求5所述的一种电容测量电路，其特征在于，所述第一充电单元包括第五开关，所述第五开关的一端为所述第一充电单元的第一端，与所述放电单元的第一端、所述待测电容的第一端、所述计时单元的第一输入端相连，所述第五开关的另一端为所述第一充电单元的工作电压端；所述第二充电单元包括第六开关，所述第六开关的一端作为所述第二充电单元的第一端，与所述放电单元的第二端、所述待测电容的第二端、所述计时单元的第二输入端相连，所述第六开关的另一端为所述第二充电单元的工作电压端，其中，所述第一充电单元的工作端的工作电压、所述第二充电单元的工作端的工作电压均为高电平；

10.如权利要求5所述的一种电容测量电路，其特征在于，所述电容测量电路还包括：第一缓冲门和第二缓冲门；

技术总结本发明涉及电容测量技术领域，特别涉及一种电容测量方法及电容测量电路。所述电容测量方法包括：将待测电容的第一端接低电平、第二端接高电平进行充电，待测电容的第二端进行放电并获得对应的充电时间，再将待测电容的第二端接低电平、第一端接高电平进行充电，待测电容的第一端进行放电并获得对应的充电时间，将放电后的待测电容的其中一端悬空、另一端接高电平并完成充电，待测电容接高电平的一端进行放电并获得对应的第三放电时间，基于电容与放电时间关系计算获得每次放电电容差值并进行联立计算，即可获得待测电容的电容值，实现了完全消除寄生电容的影响，所述电容测量方法简单，且能够达到彻底消除寄生电容影响的目的。技术研发人员：吕尧明,杨宏,高俊君,吴清源,程飞,黄海受保护的技术使用者：杭州米芯微电子有限公司技术研发日：技术公布日：2024/12/12