一种微功耗电容检测电路及检测方法技术

本申请公开了一种微功耗电容检测电路及检测方法，包括：充放电电子开关，门控电路模块，低通阻容滤波模块，电流检测模块和无线信号传输处理模块，所述充放电电子开关与所述门控电路模块连接；所述低通阻容滤波模块与所述电流检测模块连接，所述电流检测模块与所述无线信号传输处理模块连接。本发明专利技术公开的电路在充放电电子开关进行开关过程中，利用控制时序的延迟实现了阻止敏感电容电荷的异步泄露。同时加大控制脉冲边沿延迟，为开关极电容控制脉冲向后级OP电流检测回路开辟电荷平衡的充放路径和时间差。路径和时间差。路径和时间差。

【技术实现步骤摘要】
一种微功耗电容检测电路及检测方法


[0001]本申请涉及电路设计领域，尤其涉及一种微功耗电容检测电路及检测方法。

技术介绍

[0002]电容式传感器是将被测物理量转换为电容量变化的一种转换装置,具有结构简单、性能稳定、灵敏度高、应用广泛等特点。例如：将电容式传感器应用于位移检测、压力检测、加速度检测、厚度检测和液位检测。电容检测电路用于检测电容式传感器的电容值，从而确定被测物理量的大小。
[0003]基于电荷守恒原理的开关式电容检测，为了消除分布电容对测量灵敏度的影响，经典的电路通常采用四个电子开关完成被测电容的充放电控制，如图1所示。电路提供两个同步、反相脉冲，分别控制一对电子开关完成电荷的注入和电泄放，利用OP放大器检测电容泄放的平均电流。而差动式位移传感器的电容检测则需要更多个电子开关。电子开关SW3、SW4一侧分布电容的充放电，在基准电源+和实地GND之间构成回路，平均电流为零，开关本身及线路分布电容对后级电流检测的影响可忽略。
[0004]经典电路并不能达到开关控制的理想同步要求，异步开关效应也会造成较大的测量偏差：假如SW4率先导通，SW1延时关断，则会导致电荷大量泄露，引起较大的测量偏差和传感器灵敏度的降低。差动式位移传感器需要检测两个电容值，经典电路相应地需要多个电子开关，而且为减小干扰和偏差，对电子开关的速度、输入输出电容、导通关断电阻等参数以及OP放大器带宽等参数有更高的要求。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本申请提供了一种微功耗电容检测电路及检测方法。
[0006]根据本申请实施例的一个方面，提供了一种微功耗电容检测电路，包括：充放电电子开关，门控电路模块，低通阻容滤波模块，电流检测模块和无线信号传输处理模块，所述充放电电子开关与所述门控电路模块连接；所述低通阻容滤波模块与所述电流检测模块连接，所述电流检测模块与所述无线信号传输处理模块连接；
[0007]所述门控电路模块，用于获取初始频率信号，并基于所述初始频率信号生成相对于所述初始频率信号存在延迟的第一频率信号以及第二频率信号，并利用所述第一频率信号以及所述第二频率信号构建可控充电基电源，并向所述低通阻容滤波模块输出可控充电基电源对应的目标频率信号，其中，所述第一频率信号以及所述第二频率信号用抑制于电容电荷泄露以及开关极间电容电荷注入和泄放；
[0008]所述低通阻容滤波模块，用于对所述目标频率信号进行滤波处理，得到所述处理后的目标频率信号，并向所述电流检测模块传输处理后的目标频率信号；
[0009]所述电流检测模块，用于根据处理后的目标频率信号以及预设电阻进行电流检测，得到电流检测结果；
[0010]所述无线信号传输处理模块，用于传输所述电流检测结果。
[0011]进一步的，电子开关为NMOS场效应管，所述NMOS场效应管的漏极与差动敏感电容的动极板连接，所述NMOS场效应管源极连接到电源地，所述NMOS场效应管的栅极与所述门控电路模块连接。
[0012]进一步的，所述所述门控电路模块包括：阻容延迟单元和微功耗门电路；
[0013]所述阻容延迟单元包括：第一电阻和第一电容，所述微功耗门电路包括第一运放单元，第二运放单元，第三运放单元，第四运放单元，第五运放单元以及差动敏感电容；
[0014]所述第一运放单元的输入端用于接收初始频率信号，所述第一运放单元还用于接收开关控制信号，所述第一运放单元根据所述初始频率信号以及所述开关控制信号输出控制信号至所述NMOS场效应管的栅极，所第二运放单元的输入端用于接收初始频率信号，并通过所述第二运放单元的输出端将所述初始频率信号输出至第三运放单元和第四运放单元，所述第三运放单元根据高电平信号以及所述初始频率信号输出第一频率信号至所述差动敏感电容的第一静极板，所述第四运放单元根据所述第五运放单元输出的高电平信号以及所述初始频率信号输出第二频率信号至所述差动敏感电容的第二静极板，其中，所述第一静极板和第二静极板作为可控充电基准源。
[0015]进一步的，所述差动敏感电容包括：两个静极板以及一个动极板。
[0016]进一步的，还包括：计算模块，所述计算模块与所述差动敏感电容连接；
[0017]所述计算模块，用于巡回检测电容差以及电容和，并根据所述电容差以及所述电容和计算位移相对变化率，其中，所述位移相对变化率用于抑制环境因素对差动敏感电容位移检测精度的影响。
[0018]进一步的，所述计算模块，还用于根据输出电平的电平类型选择需要检测的目标差动敏感电容，检测目标差动敏感电容的位移相对变化率，并根据位移相对变化率向所述目标差动敏感电容输出激励频率可调、脉宽可调基准电压。
[0019]进一步的，所述低通阻容滤波模块包括：滤波电阻和电容组成，所述滤波电阻一端与差动敏感电容的动极板连接。
[0020]进一步的，所述电流检测单元包括：微功耗放大器、电流取样单元和调零电阻单元；
[0021]所述微功耗放大器的正向输入端分别连接调零电阻单元以及可调电阻，所述可调电阻另一端接地，所述微功耗放大器的反向输入端与所述低通阻容滤波模块连接，所述电流取样单元的一端与所述低通阻容滤波模块连接，所述电流取样单元的另一端与所述微功耗放大器输出端连接所述无线信号传输处理模块，其中，所述电流取样单元包括并联的负反馈取样放大电阻和低通滤波电容。
[0022]根据本申请实施例的另一个方面，提供了一种微功耗电容检测方法，应用于上述的微功耗电容检测电路，所述方法包括：
[0023]获取差动敏感电容的尺寸参数以及位移变化量；
[0024]利用所述尺寸参数以及所述位移变化量计算所述差动敏感电容的正极电容量以及负极电容量；
[0025]利用所述正极电容量以及所述负极电容量计算所述差动敏感电容的电容差以及电容和；
[0026]基于所述电容差以及所述电容和进行比值计算，得到比值计算结果。
[0027]进一步的，利用所述尺寸参数以及所述位移变化量计算所述差动敏感电容的正极电容量以及负极电容量的公式如下：
[0028][0029]式中，C
x+
为正极电容量，C
x
‑
为正极电容量，ε为空气介电常数、几何尺寸，S为面积，D0为直径。
[0030]本申请实施例还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述方法中的步骤。
[0031]本专利技术公开的电路在充放电电子开关进行开关过程中，利用控制时序的延迟实现了阻止敏感电容电荷的异步泄露。同时加大控制脉冲边沿延迟，为开关极电容控制脉冲向后级OP电流检测回路开辟电荷平衡的充放路径和时间差。
附图说明
[0032]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
[0033]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微功耗电容检测电路，其特征在于，包括：充放电电子开关，门控电路模块，低通阻容滤波模块，电流检测模块和无线信号传输处理模块，所述充放电电子开关与所述门控电路模块连接；所述低通阻容滤波模块与所述电流检测模块连接，所述电流检测模块与所述无线信号传输处理模块连接；所述门控电路模块，用于获取初始频率信号，并基于所述初始频率信号生成相对于所述初始频率信号存在延迟的第一频率信号以及第二频率信号，并利用所述第一频率信号以及所述第二频率信号构建可控充电基电源，并向所述低通阻容滤波模块输出可控充电基电源对应的目标频率信号，其中，所述第一频率信号以及所述第二频率信号用抑制于电容电荷泄露以及开关极间电容电荷注入和泄放；所述低通阻容滤波模块，用于对所述目标频率信号进行滤波处理，得到所述处理后的目标频率信号，并向所述电流检测模块传输处理后的目标频率信号；所述电流检测模块，用于根据处理后的目标频率信号以及预设电阻进行电流检测，得到电流检测结果；所述无线信号传输处理模块，用于传输所述电流检测结果。2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，电子开关为NMOS场效应管，所述NMOS场效应管的漏极与差动敏感电容的动极板连接，所述NMOS场效应管源极连接到电源地，所述NMOS场效应管的栅极与所述门控电路模块连接。3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述所述门控电路模块包括：阻容延迟单元和微功耗门电路；所述阻容延迟单元包括：第一电阻和第一电容，所述微功耗门电路包括第一运放单元，第二运放单元，第三运放单元，第四运放单元，第五运放单元以及差动敏感电容；所述第一运放单元的输入端用于接收初始频率信号，所述第一运放单元还用于接收开关控制信号，所述第一运放单元根据所述初始频率信号以及所述开关控制信号输出控制信号至所述NMOS场效应管的栅极，所第二运放单元的输入端用于接收初始频率信号，并通过所述第二运放单元的输出端将所述初始频率信号输出至第三运放单元和第四运放单元，所述第三运放单元根据高电平信号以及所述初始频率信号输出第一频率信号至所述差动敏感电容的第一静极板，所述第四运放单元根据所述第五运放单元输出的高电平信号以及所述初始频率信号输出第二频率信号至所述差动敏感电容的第二静极板，其中，所述第一静极板和第二静极板作为可控充...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋佳杰，王玉柱，周祥，薛天骄，蒋梦姣，李哲，杨斌，陈鹤虎，张政，郭中元，张冰冰，周景诚，袁沅，林海波，
申请(专利权)人：华东宜兴抽水蓄能有限公司北京中电合胜电力工程有限公司，
类型：发明
国别省市：