[发明专利]用于确定测量电容的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于确定测量电容的测量装置及方法。

背景技术

确定测量电容的方法已被用于，例如，压力测量领域，其中测量电容依赖作用于测量薄膜的压力而改变。

人们一般知道如何通过测量振荡器的测量频率的频率测量确定测量电容，所述测量振荡器依赖测量电容而振荡。为此，设置时钟振荡器，其以扫描频率振荡，并利用边沿计数器检测在特定数量的测量振荡期间的时钟振荡的数量。知道扫描频率，就能够根据计数到的边沿数量确定测量振荡的周期长度，由此，计算测量振荡的频率。基于测量振荡的频率，并知道测量振荡器的设计，然后就能够探测测量电容在特定时刻的大小，在压力测量的情况下，能够做出有关当前压力的推断，该压力依赖于使用的压力测量单元的配置。

通常，在利用传感器通过频率测量确定测量值中，可达到的分辨率受到时钟振荡器的扫描频率以及测量时间长度的限制。例如，假定扫描频率是1MHz，要达到14比特（bits）的分辨率，那么需要的测量时间是1ms×2¹⁴=16,384ms。

如果进一步提高分辨率，更多的测量时间是必需的或者必需相应地提高扫描频率。

然而，为了获得可靠的测量，不超过在测量设备中给定的测量时间是理想的。不过如果要达到提高的分辨率，根据现有技术，提高扫描频率是必需的。然而，扫描频率的这种提高使得开始出现能耗增加，这越来越被视为是缺点。

解决这些问题的第一种方法力图通过将测量信号输入串接的延时元件来提高分辨率，延时元件的输出信号相互延时，被输入串接的比较器，这些比较器相互之间平行联接，比较相互延时的测量信号与扫描信号。

当这种延时元件将输入的信号延时扫描频率周期的四分之一长度的情况下，以这种方法分辨率增加了2bits。

然而，在这种方法中，操作延时元件、比较器、以及存储比较器产生的比较值的寄存器是有缺陷的，也意味着增加的电流消耗，同时由于振荡器相互独立振荡，产生测量错误。

发明内容

本发明的目的是指出用于确定测量电容的测量装置及方法，其中现有技术具有的问题都已被解决。

通过具有权利要求1特征的测量装置以及具有权利要求10特征的方法解决了这个问题。

根据本发明用于确定测量电容的测量装置具有以扫描频率振荡的时钟振荡器，以依赖于测量电容的测量频率振荡的测量振荡器，以及计数在给定数量的测量振荡中时钟振荡数量的边沿计数器，其中设置有用于测量精化的电路，其从最后扫描到的测量振荡的测量边沿开始工作，到后续时钟振荡紧随其后的同相边沿停止工作。

由于用于测量精化的电路只是部分激活的，也就是说，具体地，在测量周期的结尾激活，用于测量精化的电路的能量消耗极大地减小。如果总体上测量周期是，例如，大约5ms，激活的用于测量精化的电路的时间长度降低了大约80%，也就是说，降低至1ms。用于测量精化的电路的能量消耗也同样降低。

当测量振荡器与时钟振荡器同步开始工作时，已获得的测量值可以达到进一步改善。当振荡器相互独立振荡时，不知道测量信号处于何种状态，是第一次扫描测量信号的时刻还是边沿计数器计数到的时钟信号第一个边沿的时刻。因此第一个探测到的边沿会在扫描频率周期的半个长度内变化。其依赖于时钟振荡器相对于测量振荡器当前的振荡状态。

通过使测量振荡器与时钟振荡器同步开始工作，获得了清晰的开始情况，因此获得的测量值的精度被进一步提高。

优选的，测量脉冲边沿的数量由预定的测量时间确定，其中时钟振荡的数量由边沿计数器指示。测量时间可以是，例如，至少5ms。测量脉冲边沿的数量由具有迟滞特性的电路设定，使得当测量时间少于5ms时，数量增加1；当测量时间长度超过6ms时，数量减少1。

在优选的实施例中，特别的，由边沿计数器探测下降测量边沿。当测量振荡器与时钟振荡器同步具有下降沿开始工作时，这种实施例尤其可取。然后下降沿的数量给出有关时钟振荡器的振荡数量以及相关的测量时间的明确信息。

为了确保测量电容对测量振荡器的频率产生直接影响，优选的将测量电容设置在振荡电路中，该振荡电路构成了测量振荡器。以这种方法，能够保证测量电容的变化对测量振荡器的频率具有直接影响，而没有介入任何的电压变换。

可以配备用于测量精化的电路，例如，具有多个串联的延时元件，测量信号输入其中，在其输出端可以截出相互延时的测量信号，成为比较信号。