[发明专利]一种微小差分电容测量电路

说明书

技术领域

本发明属于电容测量技术领域，尤其是一种微小差分电容测量电路。

背景技术

目前，对于微小差分电容测量主要有脉冲激励电平比较式微小差分电容检测线路和正弦激励电桥式微小差分电容检测线路。脉冲激励电平比较式微小差分电容检测线路存在较大的脉冲噪声干扰且温度稳定性较差；正弦激励电桥式微小差分电容检测线路的输出阻抗较高，容易受到分布参数的影响，产生偏差影响。以上两种方式测量线路很难应用在需要高精度、高带宽、低噪声的场合。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、精度高、稳定性强的微小差分电容测量电路。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种微小差分电容测量电路，包括正弦恒流激励源、两个运算放大器、两个反馈电阻、精密差分运算放大器、乘法器、两个增益调节电阻，两个被测差分电容的公共引脚接到正弦恒流激励源上，两个被测差分电容的另一引脚分别连接到两个运算放大器的反向输入端上，两个运算放大器的输出端分别通过反馈电阻连接到两个运算放大器的反向输入端，两个运算放大器的输出端还分别通过增益调节电阻连接到精密差分运算放大器的两个输入端，该精密差分运算放大器输出的差分放大信号由乘法器解调为直流信号，该信号在小范围内与差分电容值成线性关系，供后继控制或处理线路使用。

而且，所述两个反馈电阻的取值相同。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明利用跨导放大器的输入虚地原理解决了输入阻抗匹配的矛盾，利用单路正弦激励确保了线路低噪声和降低了线路参数对称设计的难度，利用恒流激励源使得差分电路接入跨导放大器后的高频微分效应得到抑制，进一步降低了线路噪声，从而实现了低噪声、低漂移、高带宽、高稳定的微小差分电容测量功能，可广泛用于石英挠性加速度计等需要通过差分电容测量来测量微位移的应用场合。

2、本发明的整体稳定性主要取决于两个跨导放大器的反馈电阻的相对稳定性，这比其它依赖于有源器件性能的线路更易实现，性能更加可靠。

附图说明

图1是本发明的电路原理图；

图2是本发明各部分电路输出波形图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例做进一步详述：

一种微小差分电容测量电路，是将差分电容的两个独立引脚分别接到两个设计成严格对称的跨导放大器上，在差分电容的公共端施加经滤波降噪的正弦恒流激励，最终通过精密差分运算放大器将与差分电容变化量呈线性关系的电压信号输出到需要的后级线路中去。

如图1所示，微小差分电容测量电路包括正弦恒流激励源(1)、运算放大器(5)、运算放大器(7)、反馈电阻(4)、反馈电阻(6)、精密差分运算放大器(10)、乘法器(11)、增益调节电阻(8)和增益调节电阻(9)，被测差分电容(2)、被测差分电容(3)的公共引脚接到正弦恒流激励源(1)上，被测差分电容(2)、被测差分电容(3)的另一引脚分别连接到运算放大器(5)、运算放大器(7)的两个反向输入端上，运算放大器(5)、运算放大器(7)的输出端分别通过反馈电阻(4)、反馈电阻(6)连接到运算放大器(5)、运算放大器(7)的反向输入端，反馈电阻(4)、反馈电阻(6)取值相等，并根据实际增益需要选择阻值。运算放大器(5)、运算放大器(7)的输出端还分别通过电阻(8)、电阻(9)连接到精密差分运算放大器(10)的两个输入端，运算放大器(5)、运算放大器(7)的输出信号由精密差分运算放大器(10)进行差分放大，电阻(8)和电阻(9)提供两路差分信号的增益调节手段。精密差分运算放大器(10)输出的差分放大信号由乘法器(11)解调为直流信号，该信号在小范围内与差分电容值成线性关系，供后继控制或处理线路使用。

本微小差分电容测量电路中的各部分波形如图2所示。其中，V1、V2分别为两个运算放大器管脚5、管脚7输出端的电压波形，幅值大小分别同电容(2)、电容(3)的容值成正比；V3为V1、V2经精密差分运算放大器(10)差分放大后的输出电压波形；V4是V3经过乘法器(11)解调后的输出电压波形；V5是V4经RC低通滤波在电容(12)上得到的电压波形，该直流电压同电容(2)、电容(3)的差分值成线性关系。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。