[发明专利]一种具有快速响应的自电容变化测量电路

权利要求书

1.一种具有快速响应的自电容变化测量电路，用于对外部被测试电路上的电容变化进行快速检测。本发明的电路包括滤波电容(1)、脉冲发生器(11)及相应的开关电路、可调电流源(6)、反相电容放大器(9)和快速的模拟-数字转换器(10)，其特征是：通过一个电压缓冲器(8)，在开始检测阶段对被测电容(2)和滤波电容(1)进行快速预充电，使电容初始电压建立在参考电压Vref上；然后利用电流源(6)对滤波电容(1)充电。同时通过被测电容(2)及一对由脉冲发生器(11)控制的互补开关进行放电。经过一段时间后滤波电容(1)上电压达到稳定值，利用反相开关电容放大器(9)，对滤波电容(1)上的电压和参考电压Vref的差值进行放大，并利用快速的模拟-数字转换器(10)获取放大器输出电压值。当被测电容(2)发生变化时，滤波电容(1)上的电压也会发生变化，ADC得到的结果也会不同。通过对ADC结果变化的分析，可以得到被测电容的瞬时相对变化量。

2.根据权利要求1所述的方法，其电路包括一个电流源(6)，输出端顺序经过开关(5)、开关(4)和开关(3)接到地电平。其特征是：

1)开关(5)和开关(4)的连接点也接到一个滤波电容(1)的非地端。

2)开关(4)和开关(3)的连接点也接到被测电容(2)的非地端。

3)电流源输出值可以在一定范围内调整，以适应不同的被测电容大小的测量需要。

3.根据权利要求1所述的方法，其电路包括一个电压缓冲器，其特征是：

1)电压缓冲器的输出端经过开关(7)接入开关(5)和开关(4)的连接点；

2)电压缓冲器的输入端接到参考电压Vref上。可以很快将滤波电容上的电压建立到Vref上。

4.根据权利要求1所述的方法，其电路包括一个反相开关电容放大器(9)，其特征在于：

1)反相开关电容放大器(9)用于对滤波电容(1)上的电压和参考电平Vref的差值进行放大；

2)反相开关电容放大器(9)的放大倍数可以调整

3)反相开关电容放大器(9)的输出端可以直接或者通过缓冲器接入一个快速模拟-数字电压转换器(10)；

5.根据权利要求1所述的方法，其电路包括一个脉冲发生器，其特征在于：

1)其输出为两路互补的信号，分别驱动开关(4)和开关(3)。

2)通过对开关(3)和开关(4)的交替导通，可以控制滤波电容(1)的放电。

3)其脉冲频率可以调整，通过调整其频率可以调整放电电流大小。 

6.根据权利要求1所述的方法，其电路包括一个快速的模拟-数字转换器(10)，其特征在于：ADC的输入直接或者间接接到反相开关电容放大器(9)的输出上，可以对反相电容放大器(9)的输出电压进行快速的检测。

7.根据权利1所述方法，电容变化的测量过程其特征如下：

1)在开始检测阶段时，并联被测电容和滤波电容，或仅仅连接滤波电容，利用缓冲器进行快速预充电，使其初始电压建立在参考电压Vref上

2)然后断开电压缓冲器，利用一个电流源和一个脉冲发生器，使被测电容交替接到滤波电容和地电平，使得滤波电容做充放电动作

3)当滤波电容上电压达到或者接近稳定时，利用一个反相开关电容放大器，对滤波电容上的电压和参考电压Vref的差值进行放大

4)同时利用一个快速的模拟-数字转换器(ADC)获取放大器输出电压值。

5)然后利用后续硬件或者用处理器对ADC结果变化进行分析，可以得到被测电容的瞬时相对变化量。