一种微小电容测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种微小电容测量方法及装置，涉及信号处理领域，该微小电容测量装置包括：待测电容移相电路，用对参考基波信号V(Sin)进行移相处理和波形反向处理；信号运算处理单元，用于通过参考基波信号V(Sin)获得参数电压值AINO、AIN1；处理器，用于设置正弦波发生器DDS的输出信号频率f和获取参数电压值AINO和AIN1，然后通过该输出信号频率f和参数电压值AINO和AIN1计算出待测电容Cx的容值。本发明专利技术适用于包括电容式传感器和电容式触控面板在内的所有以微电容感应技术为基础的电子产品，相对于目前传统的微电容检测技术，本发明专利技术同时具备测量精度高、测量速度快、抗干扰能力强、能够有效抑制杂散电容等一系列优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及信号处理领域，具体涉及强干扰环境下的微电容高精度检测方法及装置。
技术介绍
随着以微电容感应技术为基础的电容式传感器和电容式触控面板在工业领域和消费电子产品领域的日益普及，这类产品的市场需求量越来越大。电容式传感器是把被测的机械量的变化，如位移、压力等转换为电容量变化的传感器，其感应部分就是具有容值可变特性的微小电容器；而电容式触控面板是在超薄玻璃的表面贴合上一层具有特殊走线图案的透明ITO半导体(纳米铟锡金属氧化物)涂层，当手指触摸在此ITO半导体涂层上时，触点附近的ITO走线节点电容就会发生变化，然后与之相连的微电容检测电路就会通过侦测此ITO走线节点电容的变化来判断触摸的位置信息，其感应部分同样也是容值可变的微小电容器。上述的两类产品在生产质检和实际应用的过程中都需要使用到微电容检测设备来检测感应电容的容值，目前这些微电容检测设备一般都采用充/放电电容测量法、TDC(时间数字转换)电容测量法以及AC电桥电容测量法等技术，而这些技术在不同程度上都有测量速度慢、易受外界电磁噪声干扰、杂散电容难以抑制等缺陷，因此，需要专利技术一种测量速度快、抗干扰能力强、能够抑制杂散电容而且具备精准测量能力的微小电容测量方法及装置来提升上述产品的性能指标以及生产质量的卡控能力。
技术实现思路
为解决上述现有技术中存在的问题，一方面，本专利技术提供一种微小电容测量方法，其特征在于，所述测量方法包括：步骤S1，生成参考基波信号V(Sin)、参考基波的反向信号V(-Sin)、参考
基波的移相信号V(-Cos)；步骤S2，参考基波信号V(Sin)在经过以待测电容Cx为移相电容的-90°移相电路处理之后输出移相之后的信号VO(-Cos)，经过波形反向电路调理之后生成反向信号VO(Cos)；步骤S3，生成参考信号SW1、SW2及反向信号-SW1和-SW2；步骤S4，信号V(Sin)、信号V(-Sin)、参考信号SW1和参考信号-SW1经过运算处理后输出交流信号V0；信号VO(-Cos)、信号VO(Cos)、参考信号SW2和参考信号-SW2经过运算处理后输出交流信号V1；步骤S5，分别将交流信号V0和交流信号V1的交流分量滤除并输出其直流分量AINO和AIN1，对直流电压AINO和直流电压AIN1采样并将其转换为数字信号；步骤S6，设置正弦波发生器DDS的输出信号频率f和获取模数转换器ADC所采集到的直流电压AINO和AIN1，对获取到的电压值AINO、AIN1和已知参数ω、Rg加以运算得出待测电容Cx的容值其中正弦波发生器的输出信号频率Rg为移相电路中的增益电阻。进一步地，步骤S1、S2中，V(Sin)为A·sin(ωt)，V(-Sin)为-A·sin(ωt)，V(-Cos)为-A·cos(ωt)，VO(-Cos)为-A·ω·Cx·Rg·cos(wt)，VO(Cos)为A·ω·Cx·Rg·cos(wt)，其中A为此正弦波信号的电压幅度，ω为此正弦波信号的角速度。进一步地，步骤S3具体为：使用一高速电压比较器将信号V(-Cos)和门限电压VSET比较之后生成参考信号SW2，使用一高速电压比较器将信号V(Sin)和门限电压VSET比较之后生成参考信号SW1，使用基于逻辑非门的数字信号反向器分别将参考信号SW1和参考信号SW2转换为反向信号-SW1和-SW2。进一步地，步骤S4中，信号V(Sin)、信号V(-Sin)、参考信号SW1和参考信号-SW1经过运算处理后输出交流信号V0的具体过程为：信号V(Sin)和参考信号SW1相乘得出信号F0；信号V(-Sin)和参考信号-SW1相乘得出信号F1；F0和F1经过加法电路处理之后输出信号V0＝F0+F1。进一步地，步骤S5中，使用LPF有源低通滤波器分别将交流信号V0和交流信号V1的交流分量滤除并输出其直流分量AINO和AIN1。进一步地，步骤S6中，所述设置正弦波发生器DDS的输出信号频率f和获取模数转换器ADC所采集到的直流电压AINO和AIN1具体为：MCU通过SPI总线通讯的方式设置正弦波发生器DDS的输出信号频率f和获取模数转换器ADC所采集到的直流电压AINO和AIN1。另一方面，本专利技术提供微小电容测量装置，其特征在于，所述测量装置包括：待测电容移相电路，用于将参考基波信号V(Sin)在经过以待测电容Cx为移相电容的-90°移相电路处理之后输出移相之后的信号VO(-Cos)，经过波形反向电路调理之后生成反向信号VO(Cos)；信号运算处理单元，用于通过对参考基波信号V(Sin)经过一系列运算处理后，获得参数电压值AINO、AIN1；处理器，用于设置正弦波发生器DDS的输出信号频率f和获取参数电压值AINO和AIN1，然后通过对获取到的电压值AINO、AIN1和已知参数ω、Rg加以运算最终得出待测电容Cx的容值其中正弦波发生器的输出信号频率Rg为移相电路中的增益电阻。进一步地，所述信号运算处理单元具体包括信号生成单元、运算处理子单
元；其中，信号生成单元，用于生成参考基波信号V(Sin)、参考基波的反向信号V(-Sin)、参考基波的移相信号V(-Cos)、信号VO(-Cos)、反向信号VO(Cos)；及生成参考信号SW1、SW2及反向信号-SW1和-SW2；运算处理子单元，用于对信号V(Sin)、信号V(-Sin)、参考信号SW1和参考信号-SW运算处理后输出交流信号V0，其中信号V0的电压幅度A0＝A；对信号VO(-Cos)、信号VO(Cos)、参考信号SW2和参考信号-SW2经过运算处理后输出交流信号V1，其中信号V1的电压幅度A1为A·ω·Cx·Rg；将交流信号V0和交流信号V1的交流分量滤除并输出其直流分量AINO和AIN1，对直流电压AINO和直流电压AIN1采样并将其转换为数字信号。进一步地，所述信号生成单元生成的V(Sin)为A·sin(ωt)，V(-Sin)为-A·sin(ωt)，V(-Cos)为-A·cos(ωt)，V0(-Cos)为-A·ω·Cx·Rg·cos(wt)，V0(Cos)为A·ω·Cx·Rg·cos(wt)。进一步地，所述信号生成单元，还包括高速电压比较器，用于将信号V(-Cos)和门限电压VSET比较之后生成参考信号SW2，及用于将信号V(Sin)和门限电压VSET比较之后生成参考信号SW1。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：本专利技术可以适用于包括电容式传感器和电容式触控面板在内的所有以微电容感应技术为基础的电子产品，相对于传统的微电容检测技术本专利技术可以有效的抑制测量端子到被测物之间的信号传输路径上所引入的杂散电容和电磁噪声信号，而且同时还具备较高的测量速度和测量精度，其中测量速度高达330次/秒，测量误差最小可达±1％，如果将本专利技术应用于上述电子产品的实际使用和生产质检环节中就可以有效的提升其性能指标和生产质量卡控能力。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1为本专利技术技术方案框图；图2为本专利技术微小电容测量装置测量原理示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微小电容测量方法，其特征在于，所述测量方法包括：步骤S1，生成参考基波信号V(Sin)、参考基波的反向信号V(‑Sin)、参考基波的移相信号V(‑Cos)；步骤S2，参考基波信号V(Sin)在经过以待测电容Cx为移相电容的‑90°移相电路处理之后输出移相之后的信号VO(‑Cos)，经过波形反向电路调理之后生成反向信号VO(Cos)；步骤S3，生成参考信号SW1、SW2及反向信号‑SW1和‑SW2；步骤S4，信号V(Sin)、信号V(‑Sin)、参考信号SW1和参考信号‑SW1经过运算处理后输出交流信号V0；信号VO(‑Cos)、信号VO(Cos)、参考信号SW2和参考信号‑SW2经过运算处理后输出交流信号V1；步骤S5，分别将交流信号V0和交流信号V1的交流分量滤除并输出其直流分量AINO和AIN1，对直流电压AINO和直流电压AIN1采样并将其转换为数字信号；步骤S6，设置正弦波发生器DDS的输出信号频率f和获取模数转换器ADC所采集到的直流电压AINO和AIN1，对获取到的电压值AINO、AIN1和已知参数ω、Rg加以运算得出待测电容Cx的容值其中正弦波发生器的输出信号频率Rg为移相电路中的增益电阻。...

【技术特征摘要】
1.一种微小电容测量方法，其特征在于，所述测量方法包括：步骤S1，生成参考基波信号V(Sin)、参考基波的反向信号V(-Sin)、参考基波的移相信号V(-Cos)；步骤S2，参考基波信号V(Sin)在经过以待测电容Cx为移相电容的-90°移相电路处理之后输出移相之后的信号VO(-Cos)，经过波形反向电路调理之后生成反向信号VO(Cos)；步骤S3，生成参考信号SW1、SW2及反向信号-SW1和-SW2；步骤S4，信号V(Sin)、信号V(-Sin)、参考信号SW1和参考信号-SW1经过运算处理后输出交流信号V0；信号VO(-Cos)、信号VO(Cos)、参考信号SW2和参考信号-SW2经过运算处理后输出交流信号V1；步骤S5，分别将交流信号V0和交流信号V1的交流分量滤除并输出其直流分量AINO和AIN1，对直流电压AINO和直流电压AIN1采样并将其转换为数字信号；步骤S6，设置正弦波发生器DDS的输出信号频率f和获取模数转换器ADC所采集到的直流电压AINO和AIN1，对获取到的电压值AINO、AIN1和已知参数ω、Rg加以运算得出待测电容Cx的容值其中正弦波发生器的输出信号频率Rg为移相电路中的增益电阻。2.如权利要求1所述微小电容测量方法，其特征在于，步骤S1、S2中，V(Sin)为A·sin(ωt)，V(-Sin)为-A·sin(ωt)，V(-Cos)为-A·cos(ωt)，VO(-Cos)为-A·ω·Cx·Rg·cos(wt)，VO(Cos)为A·ω·Cx·Rg·cos(wt)，其中A为此正弦波信号
\t的电压幅度，ω为此正弦波信号的角速度。3.如权利要求1所述微小电容测量方法，其特征在于，步骤S3具体为：使用一高速电压比较器将信号V(-Cos)和门限电压VSET比较之后生成参考信号SW2，使用一高速电压比较器将信号V(Sin)和门限电压VSET比较之后生成参考信号SW1，使用基于逻辑非门的数字信号反向器分别将参考信号SW1和参考信号SW2转换为反向信号-SW1和-SW2。4.如权利要求1所述微小电容测量方法，其特征在于，步骤S4中，信号V(Sin)、信号V(-Sin)、参考信号SW1和参考信号-SW1经过运算处理后输出交流信号V0的具体过程为：信号V(Sin)和参考信号SW1相乘得出信号F0；信号V(-Sin)和参考信号-SW1相乘得出信号F1；F0和F1经过加法电路处理之后输出信号V0＝F0+F1。5.如权利要求1所述微小电容测量方法，其特征在于，步骤S5中，使用LPF有源低通滤波器分别将交流信号V0和交流信号V1的交流分量滤除并输出其直流分量AINO和...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏少俊，
申请(专利权)人：武汉精测电子技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42