电位固定装置及电位固定方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种电位固定装置及电位固定方法，其中，所述电位固定装置连接在第一电容（１４）以及与所述第一电容直接相连的第二电容（１５）这两个电容之间的连接线（１７）上，并包括连接在所述连接线上的输出端子（５）和电压供给部件（１），所述电压供给部件（１）包括：分压部件，包括第一高电阻（３）和与所述第一高电阻直接相连的第二高电阻（４），并将由所述第一高电阻与所述第二高电阻分压的电位输出到所述输出端子中；以及第三电容（８），至少与所述第一高电阻或所述第二高电阻中的一个并联连接，所述电压供给部件通过从所述输出端子向所述连接线供给电压，保持所述第一电容（１４）与所述第二电容（１５）的总计电荷量，同时维持所述两个电容之间的连接线的电位为恒定。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于测量电容性传感器的电容值的电容测量装置，其中，所述电容性传感器其电容会随所接收的物理量的变化而变化。更具体地，本专利技术涉及一种具有电位固定/基准电容消除电路的电容测量装置，其中，所述电路用于固定电容测量装置中的信号线的电位，并消除电容性传感器的基准电容。
技术介绍
迄今已有用于测量电容性麦克风等电容性传感器的电容值的电容测量装置，其中，所述电容性传感器其电容会随所接收的物理量(加速度、压力、气体、光、声波等)的变化而变化。图1表示现有的电容测量装置100。如图1所示，现有的电容测量装置100包括运算放大器OP、交流电压发生装置OSC、电容性传感器Cs、作为反馈阻抗的电阻Rf等。交流电压发生器OSC在进行电容测量时产生向电容性传感器Cs施加的动作信号Vin。电容性传感器Cs与运算放大器OP的反相输入端子通过信号线L相连。电阻Rf连接在信号线L与运算放大器OP之间。此外，传感器电容Cs连接在运算放大器OP的反相输入端子和交流电压发生器OSC之间。交流电压发生器OSC的一端连接在基准电位上。作为图1所示的现有电容测量装置100的动作，当从交流电压发生器OSC施加电压Vin时，交流电流流向电容性传感器Cs。此时，由于运算放大器OP的输入阻抗在理想状态下为无穷大，因而流经电容性传感器Cs的电流将全部流向电阻Rf。可以通过下述方法来求出电容测量装置的输出Vout。当设定动作信号的振幅为V，动作信号的角速度为ωin，电容性传感器的基准电容为Cd，电容性传感器Cs的变化电容的振幅为C，电容变化的角速度为ωc时，动作信号Vin以及电容性传感器的电容Cs可表示为Vin＝Vsinωint (1)Cs＝Cd+Csinωct(2)流经电容性传感器的电流Is可表示为Is＝d(CsVin)/dt(3)输出Vout可表示为Vout＝-IsRf(4)因而，由公式(1)至公式(4)可导出Vout＝-Rf{(Cd+C·sinωct)·ωin·cosωint+C·ωc·cosωct·sinωint}V (5)从公式(5)可知，输出Vout具有以电容变化的角速度ωc为系数的项。由此，当反馈阻抗为电阻时，如果电容性传感器的电容以频率ωc变化，则将输出与所述频率ωc相关的输出Vout(具有频率相关性)。因此，当反馈阻抗为电阻时，必须要在后阶段形成处理电路，以使输出不具有频率特性，但此时将导致电路规模变大。因此，又提出了不是使用电阻而是使用电容器(电容)来构成反馈阻抗的技术。图2表示用电容Cf来构成反馈阻抗的电容测量装置101。此时，由于传感器电容Cs所储存的电荷与反馈电容Cf中所储存的电荷相等，所以有下式成立-Cf·Vout＝Cs·Vin(6)因而输出Vout可表示为Vout＝-(Cd+Csinωct)/Cf·Vsinωin(7)从上述公式可知，输出电压Vout不包含与角速度ωc成比例的项。这是由于当使用电容器来构成反馈阻抗时，可使介于两个电容器之间的信号线L的电荷保持恒定。如上所述，由于在电路输出中不出现与电容的变化频率成比例的项，所以不必在后阶段设置处理电路。由此可防止电路规模变大。但是，在利用电容Cf来构成反馈阻抗时，连接Cf与电容性传感器的信号线L将处于电悬浮状态。由此，在电路动作中将产生信号线L的电位不稳定或电路输出饱和为电源电压等异常情况。为了防止上述的电路异常情况，如图2所示，也可以在信号线L与地之间连接电阻Rg，从而固定信号线L的电位。但是，在通过电阻Rg来固定电位的情况下，测量电容时电阻Rg的两端有时会产生电位差，从而在电阻Rg中有电流流过。此时，将导致信号线L的电荷量发生变化，从而会降低电容测量装置101的灵敏度。因此，最好能有一种部件，可在不改变信号线L的电荷量的情况下，固定信号线L的电位。此外，当传感器电容Cs的基准电容Cd与电容变化C相比非常大时，电容变化无法在输出Vout中充分地反映出来。因此，最好能有一种电路，即使在基准电容Cd与电容变化C相比为非常大的情况下，也可以获得足够的灵敏度。
技术实现思路
本专利技术是为解决上述课题而进行的，其目的在于，提供一种电容测量装置，包括电位固定部件，可在不改变电容测量装置的信号线的电荷量的情况下，固定信号线的电位；以及基准电容消除部件，可消除电容性传感器的基准(固定)电容对电路输出产生的影响。本专利技术一个方面的电位固定装置是一种连接在两个电容之间的连接线上的电位固定装置，所述两个电容是指第一电容以及与所述第一电容直接相连的第二电容，其中，所述电位固定装置包括输出端子，连接在所述连接线上；以及电压供给部件，通过从所述输出端子向所述连接线供给电压，保持所述第一电容与所述第二电容的总计电荷量，同时维持所述两个电容之间的连接线的电位为恒定；所述电压供给部件包括分压部件，包括第一高电阻和与所述第一高电阻直接相连的第二高电阻，并将由所述第一高电阻与所述第二高电阻分压的电位输出到所述输出端子中；以及第三电容，至少与所述第一高电阻或所述第二高电阻中的一个并联连接。这里，第一高电阻与第二高电阻最好串联连接。另外，本专利技术中的高电阻可以利用二极管的反偏特性、或晶体管的关断状态来实现。本专利技术另一方面的电位固定装置是一种连接在两个电容之间的连接线上的电位固定装置，所述两个电容是指第一电容以及与所述第一电容直接相连的第二电容，其中，所述电位固定装置包括输出端子，连接在所述连接线上，以及电压供给部件，从所述输出端子向所述连接线输出与施加在所述连接线上的动作信号的电位相等的电位；所述电压供给部件包括分压部件，包括第一高电阻和与所述第一高电阻直接相连的第二高电阻，并将由所述第一高电阻与所述第二高电阻分压的电位输出到所述输出端子中；以及第三电容，至少与所述第一高电阻或者所述第二高电阻中的一个并联连接。由此在所述连接线上没有来自第一高电阻与第二高电阻的电流流动，从而，连接线的电荷量得以保持。由于保持了连接线的电荷量，因而，例如在电容测量装置中，即使在固定了第一电容与第二电容之间的连接线的电位的情况下，电容测量装置的灵敏度也不会下降。其结果可进行正确的电容测量。并且，通过选择适当的第一高电阻、第二高电阻的电阻值，可较容易地调节电压供给部件的输出电位。另外，第一高电阻与第二高电阻最好串联连接。这里，高电阻是指与所述第一电容以及第二电容的阻抗成分相比具有相对高的阻值的足够大的电阻。此外，从另一方面来说，高电阻又具有下述特性部件，即所述部件使得从连接线看过去的电位固定部分的输入阻抗大于从连接线看过去的包括第一电容或第二电容中的任一个电容的电路的输入阻抗。另外，在上述一方面或另一方面的电位固定装置中，优选以下结构即，所述电压供给部件还包括放大器和规定电压施加部件，在所述放大器上连接所述第一高电阻的一端，所述第一高电阻的另一端与所述第二高电阻的一端相连，在所述第一高电阻的另一端与所述第二高电阻的一端之间连接所述输出端子，所述第二高电阻的另一端与所述规定电压施加部件相连。当如上述构成时，通过确定放大器的放大率、第一固定电阻和第二固定电阻的电阻值、以及规定电位施加部件的电压值，可以容易地将电压供给部件的输出端子的电位控制为与施加在第一电容与第二电容之间的连接线上的动作信号的电位相等的电位。此外，通过确定放大器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电位固定装置，所述装置连接在两个电容之间的连接线上，所述两个电容是指第一电容以及与第一电容直接相连的第二电容，所述装置的特征在于，其包括：输出端子，连接在所述连接线上；和电压供给部件，通过从所述输出端子向所述连接 线供给电压，保持所述第一电容与所述第二电容的总计电荷量，同时维持所述两个电容之间的连接线的电位恒定；其中，所述电压供给部件包括：分压部件，包含第一高电阻以及与所述第一高电阻直接相连的第二高电阻，并将由所述第一高电阻与所述第二 高电阻分压的电位输出到所述输出端子中；和第三电容，至少与所述第一高电阻或所述第二高电阻中的任一个并联连接。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：八壁正巳，
申请(专利权)人：东京毅力科创株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]