本實(shí)用新型屬于基本電子測(cè)量領(lǐng)域，具體涉及一種具有多量程的微電容參比測(cè)量電路及方法。

背景技術(shù)：

ESD防護(hù)芯片或其組件可以為電路中的半導(dǎo)體器件提供靜電放電保護(hù)及其它過壓保護(hù)，防止半導(dǎo)體器件損壞。寄生電容是ESD防護(hù)芯片的一個(gè)重要參數(shù)，因此量產(chǎn)中，需要測(cè)試ESD防護(hù)芯片的寄生電容（通常在pF量級(jí)）。對(duì)于寄生電容的測(cè)試，一些設(shè)計(jì)公司或者封裝測(cè)試廠選擇LCR表，但是LCR表的成本相對(duì)較高。考慮到成本因素，人們?cè)O(shè)計(jì)了一些專用的微電容測(cè)量電路。這些專用測(cè)量電路的原理也不盡相同，在發(fā)明專利（公開號(hào)CN101349716A）以及文獻(xiàn)《基于參比電容和鎖定放大的微電容測(cè)量?jī)x》中都提出了微電容參比測(cè)量電路。

所述專利及文獻(xiàn)中提出的微電容參比測(cè)量電路中，參比電容的電容值與被測(cè)電容的電容值越接近，測(cè)量的準(zhǔn)確度越高。不同的ESD防護(hù)芯片，其寄生電容的數(shù)值也不盡相同，如一些ESD防護(hù)芯片的寄生電容的數(shù)值小于1pF、一些ESD防護(hù)芯片的寄生電容的數(shù)值為幾十pF甚至更高，但是所述微電容參比測(cè)量電路只有一個(gè)測(cè)量量程，因此對(duì)于從小于1pF到幾十pF甚至幾百pF的測(cè)量范圍，單個(gè)所述微電容測(cè)量電路無法在所述測(cè)量范圍內(nèi)保證較高的測(cè)量精度。進(jìn)而在實(shí)際量產(chǎn)中，人們需要多個(gè)所述微電容參比測(cè)量電路用于測(cè)試ESD防護(hù)芯片的寄生電容參數(shù)，但是多個(gè)測(cè)量電路不利于實(shí)際量產(chǎn)的管理，增加了量產(chǎn)環(huán)節(jié)錯(cuò)誤使用所述測(cè)量電路的概率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提出一種具有多量程的微電容參比測(cè)量電路及方法，通過增加支路以及開關(guān)的設(shè)置實(shí)現(xiàn)多量程的測(cè)量，并且通過多量程設(shè)置的不同的參比電容與被測(cè)電容結(jié)構(gòu)的比較，提高了被測(cè)電容的精度。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：

具有多量程的微電容參比測(cè)量電路，其中，所述多量程的微電容參比測(cè)量電路包括多路參比電容測(cè)試電路和一路被測(cè)電容測(cè)試電路，所述參比電容測(cè)試電路由運(yùn)算放大器、參比電容和反饋?zhàn)杩菇M成，多路參比電容的電容值各不相同，參比電容的一端連接在運(yùn)算放大器的反相輸入端，運(yùn)算放大器的同相輸入端與地連接，反饋?zhàn)杩箍缃釉谶\(yùn)算放大器反相輸入端和運(yùn)算放大器輸出端之間；所述被測(cè)電容測(cè)試電路包括運(yùn)算放大器、被測(cè)電容和與多路參比電容測(cè)試電路路數(shù)相同的反饋?zhàn)杩?、以及多路控制開關(guān)，被測(cè)電容的一端連接在運(yùn)算放大器的反相輸入端，運(yùn)算放大器的同相輸入端與地連接，反饋?zhàn)杩古c控制開關(guān)連接跨接在運(yùn)算放大器反相輸入端和運(yùn)算放大器輸出端之間，一個(gè)激勵(lì)電壓信號(hào)同時(shí)與多路參比電容另一端以及被測(cè)電容另一端連接，一個(gè)電壓測(cè)量電路選擇性的分別與多路參比電容測(cè)試電路的輸出以及被測(cè)電容測(cè)試電路的輸出端連接。

方案進(jìn)一步是：所述多路控制開關(guān)連接第一多路選擇電路，所述電壓測(cè)量電路通過第二多路選擇電路與參比電容測(cè)試電路的輸出端連接，所述電壓測(cè)量電路通過第三多路選擇電路與被測(cè)電容測(cè)試電路的輸出端連接，第一多路選擇電路、第二多路選擇電路、第三多路選擇電路分別接受一個(gè)微處理器的I/O 接口控制。

方案進(jìn)一步是：所述多路參比電容測(cè)試電路中的多路反饋?zhàn)杩故请娮?，所述被測(cè)電容測(cè)試電路的反饋?zhàn)杩故请娮瑁嗦穮⒈入娙菔?pF至1000pF之間的不同參比電容值。

方案進(jìn)一步是：所述被測(cè)電容測(cè)試電路的控制開關(guān)由并聯(lián)的第一開關(guān)和第二開關(guān)組成，第一開關(guān)連接在電壓測(cè)量電路與反饋電阻之間，第二開關(guān)連接在運(yùn)算放大器輸出與反饋電阻之間。

方案進(jìn)一步是：所述多路參比電容測(cè)試電路中的多路反饋?zhàn)杩故请娮韬碗娙莶⒙?lián)阻容阻抗，所述被測(cè)電容測(cè)試電路的反饋?zhàn)杩故且粋€(gè)電阻和多路電容并聯(lián)的阻容阻抗，一個(gè)電阻跨接在運(yùn)算放大器反相輸入端和運(yùn)算放大器輸出端之間，所述多路電容分別串接一個(gè)所述控制開關(guān)跨接在運(yùn)算放大器反相輸入端和運(yùn)算放大器輸出端之間。

方案進(jìn)一步是：所述被測(cè)電容測(cè)試電路的控制開關(guān)由第一開關(guān)和第二開關(guān)組成，第一開關(guān)連接在電壓測(cè)量電路與反饋電容之間，第二開關(guān)連接在運(yùn)算放大器輸出與反饋電容之間。

方案進(jìn)一步是：所述被測(cè)電容測(cè)試電路的多路反饋?zhàn)杩怪械囊宦贩答佔(zhàn)杩古c選擇對(duì)應(yīng)的多路參比電容測(cè)試電路中一路的反饋?zhàn)杩沟淖杩怪迪嗤?/p>

方案進(jìn)一步是：所述多路參比電容測(cè)試電路的反饋?zhàn)杩怪迪嗤?，所述被測(cè)電容測(cè)試電路中多路反饋?zhàn)杩怪迪嗤?/p>

本實(shí)用新型通過增加參比測(cè)量支路并且將多個(gè)參比電容電路支路中的參比電容的電容量配置為不同數(shù)值以及增加被測(cè)電容電路所對(duì)應(yīng)的反饋支路且反饋支路能夠通過開關(guān)進(jìn)行選擇控制，進(jìn)而在同一個(gè)測(cè)量電路中能夠控制流過被測(cè)電容與參比電容的電流比值，解決了現(xiàn)有技術(shù)方案只有單一測(cè)量量程的問題，便于實(shí)用中根據(jù)被測(cè)電容的電容量自動(dòng)選擇測(cè)量量程，利于生產(chǎn)管理并降低錯(cuò)誤使用測(cè)量電路的概率，同時(shí)，通過多量程設(shè)置的不同的參比電容與被測(cè)電容結(jié)構(gòu)的比較，提高了被測(cè)電容的精度。

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作一詳細(xì)描述。

附圖說明

圖1是電阻反饋的具有多量程的微電容參比測(cè)量電路；

圖2是電容反饋的具有多量程的微電容參比測(cè)量電路。

具體實(shí)施方式

具有多量程的微電容參比測(cè)量電路，其中，所述多量程的微電容參比測(cè)量電路包括多路參比電容測(cè)試電路和一路被測(cè)電容測(cè)試電路，所述參比電容測(cè)試電路由運(yùn)算放大器、參比電容和反饋?zhàn)杩菇M成，多路參比電容的電容值各不相同，參比電容的一端連接在運(yùn)算放大器的反相輸入端，運(yùn)算放大器的同相輸入端與地連接（相當(dāng)于電源負(fù)極），反饋?zhàn)杩箍缃釉谶\(yùn)算放大器反相輸入端和運(yùn)算放大器輸出端之間；所述被測(cè)電容測(cè)試電路包括運(yùn)算放大器、被測(cè)電容和與多路參比電容測(cè)試電路路數(shù)相同的反饋?zhàn)杩?、以及多路控制開關(guān)，被測(cè)電容的一端連接在運(yùn)算放大器的反相輸入端，運(yùn)算放大器的同相輸入端與地連接（相當(dāng)于電源負(fù)極），反饋?zhàn)杩古c控制開關(guān)連接跨接在運(yùn)算放大器反相輸入端和運(yùn)算放大器輸出端之間，一個(gè)激勵(lì)電壓信號(hào)同時(shí)與多路參比電容另一端以及被測(cè)電容另一端連接，一個(gè)電壓測(cè)量電路選擇性的分別與多路參比電容測(cè)試電路的輸出以及被測(cè)電容測(cè)試電路的輸出端連接。

實(shí)施例中：其中的所述多路控制開關(guān)可以是手動(dòng)開關(guān)，作為一個(gè)自動(dòng)控制的優(yōu)選方案，所述多路控制開關(guān)連接第一多路選擇電路，所述電壓測(cè)量電路通過第二多路選擇電路與參比電容測(cè)試電路的輸出端連接，所述電壓測(cè)量電路通過第三多路選擇電路與被測(cè)電容測(cè)試電路的輸出端連接，第一多路選擇電路、第二多路選擇電路、第三多路選擇電路分別接受一個(gè)微處理器的I/O 接口控制；微處理器同時(shí)肩負(fù)著電壓測(cè)量電路選擇性的分別與多路參比電容測(cè)試電路的輸出以及被測(cè)電容測(cè)試電路的輸出端連接，對(duì)輸出電壓按照設(shè)置的步驟測(cè)量、計(jì)算的工作。

作為多路參比電容測(cè)試電路有兩種優(yōu)選方案：

其一是：如圖1所示，所述多路參比電容測(cè)試電路中的多路反饋?zhàn)杩故请娮瑁霰粶y(cè)電容測(cè)試電路的反饋?zhàn)杩故请娮?，多路參比電容?pF至1000pF之間的不同參比電容值。

其中，因?yàn)闇y(cè)試的是微量電容，為了克服測(cè)量中反饋電流線路對(duì)測(cè)量電壓的影響，將電壓測(cè)試點(diǎn)避開反饋電流流經(jīng)的線路，因此：所述被測(cè)電容測(cè)試電路的控制開關(guān)由并聯(lián)的第一開關(guān)和第二開關(guān)組成，第一開關(guān)連接在電壓測(cè)量電路與反饋電阻之間，第二開關(guān)連接在運(yùn)算放大器輸出與反饋電阻之間。

其二是：如圖2所示：所述多路參比電容測(cè)試電路中的多路反饋?zhàn)杩故请娮韬碗娙莶⒙?lián)阻容阻抗，所述被測(cè)電容測(cè)試電路的反饋?zhàn)杩故且粋€(gè)電阻和多路電容并聯(lián)的阻容阻抗，一個(gè)電阻跨接在運(yùn)算放大器反相輸入端和運(yùn)算放大器輸出端之間，所述多路電容分別串接一個(gè)所述控制開關(guān)跨接在運(yùn)算放大器反相輸入端和運(yùn)算放大器輸出端之間。

同理，因?yàn)闇y(cè)試的是微量電容，為了克服測(cè)量中反饋電流線路對(duì)測(cè)量電壓的影響，將電壓測(cè)試點(diǎn)避開反饋電流流經(jīng)的線路，因此：所述被測(cè)電容測(cè)試電路的控制開關(guān)由第一開關(guān)和第二開關(guān)組成，第一開關(guān)連接在電壓測(cè)量電路與反饋電容之間，第二開關(guān)連接在運(yùn)算放大器輸出與反饋電容之間。

通過測(cè)量后的參數(shù)最后計(jì)算（后面介紹）出被測(cè)電容值，其中的公式用到已知參數(shù)，因此為了簡(jiǎn)化運(yùn)算：

1，所述被測(cè)電容測(cè)試電路的多路反饋?zhàn)杩怪械囊宦贩答佔(zhàn)杩古c選擇對(duì)應(yīng)的多路參比電容測(cè)試電路中一路的反饋?zhàn)杩沟淖杩怪迪嗤?/p>

2，所述多路參比電容測(cè)試電路的反饋?zhàn)杩怪迪嗤?，所述被測(cè)電容測(cè)試電路中多路反饋?zhàn)杩怪迪嗤?/p>

具有多量程的微電容參比測(cè)量電路的測(cè)量方法，所述多量程的微電容參比測(cè)量電路包括多路參比電容測(cè)試電路和一路被測(cè)電容測(cè)試電路，所述參比電容測(cè)試電路由運(yùn)算放大器、參比電容和反饋電阻組成，多路參比電容的電容值各不相同，參比電容的一端連接在運(yùn)算放大器的反相輸入端，運(yùn)算放大器的同相輸入端與地連接（相當(dāng)于電源負(fù)極），反饋電阻跨接在運(yùn)算放大器反相輸入端和運(yùn)算放大器輸出端之間；所述被測(cè)電容測(cè)試電路由運(yùn)算放大器、被測(cè)電容和與多路參比電容測(cè)試電路路數(shù)相同的反饋電阻、以及多路控制開關(guān)組成，被測(cè)電容的一端連接在運(yùn)算放大器的反相輸入端，運(yùn)算放大器的同相輸入端與地連接（相當(dāng)于電源負(fù)極），反饋電阻與控制開關(guān)串聯(lián)跨接在運(yùn)算放大器反相輸入端和運(yùn)算放大器輸出端之間，一個(gè)電壓測(cè)量電路選擇性的分別與多路參比電容測(cè)試電路的輸出以及被測(cè)電容測(cè)試電路的輸出端連接；其中，所述控制開關(guān)由并聯(lián)的第一開關(guān)和第二開關(guān)組成，第一開關(guān)連接在電壓測(cè)量電路與反饋電阻之間，第二開關(guān)連接在運(yùn)算放大器輸出與反饋電阻之間；所述方法是：一個(gè)激勵(lì)電壓信號(hào)同時(shí)接入多路參比電容另一端以及被測(cè)電容另一端；

其中：首先，預(yù)判被測(cè)電容的電容值，將被測(cè)電容測(cè)試電路中多路電阻的第一開關(guān)和第二開關(guān)斷開，然后，

步驟1，選擇并測(cè)量與判斷電容值最接近一路參比電容測(cè)試電路的輸出電壓值，接著，選擇被測(cè)電容測(cè)試電路中與一路電組連接的第二開關(guān)閉合，運(yùn)算放大器輸出與反饋電阻接通，接著，閉合與第二開關(guān)并聯(lián)的第一開關(guān)接入電壓測(cè)量電路測(cè)量被測(cè)電容測(cè)試電路的輸出電壓值，然后根據(jù)已知參數(shù)和公式計(jì)算出被測(cè)電容值；

步驟2，判斷：當(dāng)計(jì)算出的被測(cè)電容值是最接近一路參比電容值，則被測(cè)電容值是最終的被測(cè)電容值；當(dāng)計(jì)算出的被測(cè)電容值不是最接近一路參比電容值，則重復(fù)步驟1。

在實(shí)際的測(cè)量中當(dāng)被測(cè)電容是1pF或小于1pF時(shí)，作為測(cè)量環(huán)境，即被測(cè)電容的載體（例如連接接口）的寄生電容不可以忽略，寄生電容所占的比重也比較大，因此，當(dāng)被測(cè)電容是1pF或小于1pF時(shí)，所述方法進(jìn)一步包括檢測(cè)寄生電容的步驟：除去被測(cè)電容，檢測(cè)被測(cè)電容載體的寄生電容，所述被檢電容值是第一次檢測(cè)的電容值減去寄生電容的電容值。

實(shí)施例3：

具有多量程的微電容參比測(cè)量電路的測(cè)量方法，所述多量程的微電容參比測(cè)量電路包括多路參比電容測(cè)試電路和一路被測(cè)電容測(cè)試電路，所述參比電容測(cè)試電路由運(yùn)算放大器、參比電容以及電阻和電容并聯(lián)的反饋?zhàn)枞葑杩菇M成，多路參比電容的電容值各不相同，參比電容的一端連接在運(yùn)算放大器的反相輸入端，運(yùn)算放大器的同相輸入端與地連接（相當(dāng)于電源負(fù)極），反饋?zhàn)枞葑杩箍缃釉谶\(yùn)算放大器反相輸入端和運(yùn)算放大器輸出端之間；所述被測(cè)電容測(cè)試電路由運(yùn)算放大器、被測(cè)電容和與多路參比電容測(cè)試電路路數(shù)相同的反饋電阻、以及多路控制開關(guān)組成，被測(cè)電容的一端連接在運(yùn)算放大器的反相輸入端，運(yùn)算放大器的同相輸入端與地連接（相當(dāng)于電源負(fù)極），其中：所述反饋?zhàn)杩故且粋€(gè)電阻和多路反饋電容并聯(lián)的阻容阻抗，一個(gè)電阻跨接在運(yùn)算放大器反相輸入端和運(yùn)算放大器輸出端之間，所述多路反饋電容分別串接一個(gè)所述控制開關(guān)跨接在運(yùn)算放大器反相輸入端和運(yùn)算放大器輸出端之間，一個(gè)電壓測(cè)量電路選擇性的分別與多路參比電容測(cè)試電路的輸出以及被測(cè)電容測(cè)試電路的輸出端連接；其中，所述控制開關(guān)由并聯(lián)的第一開關(guān)和第二開關(guān)組成，第一開關(guān)連接在電壓測(cè)量電路與反饋電容之間，第二開關(guān)連接在運(yùn)算放大器輸出與反饋電容之間；所述方法是：一個(gè)激勵(lì)電壓信號(hào)同時(shí)接入多路參比電容另一端以及被測(cè)電容另一端；

其中：首先，預(yù)判被測(cè)電容的電容值，將被測(cè)電容測(cè)試電路中多路電阻的第一開關(guān)和第二開關(guān)斷開，然后，

步驟1，選擇并測(cè)量與判斷電容值最接近一路參比電容測(cè)試電路的輸出電壓值，接著，選擇被測(cè)電容測(cè)試電路中與一路反饋電容連接的第二開關(guān)閉合，運(yùn)算放大器輸出與反饋電容接通，接著，閉合與第二開關(guān)并聯(lián)的第一開關(guān)接入電壓測(cè)量電路測(cè)量被測(cè)電容測(cè)試電路的輸出電壓值，然后根據(jù)已知參數(shù)和公式計(jì)算出被測(cè)電容值；

步驟2，判斷：當(dāng)計(jì)算出的被測(cè)電容值是最接近一路參比電容值，則被測(cè)電容值是最終的被測(cè)電容值；當(dāng)計(jì)算出的被測(cè)電容值不是最接近一路參比電容值，則重復(fù)步驟1。

同理：在實(shí)際的測(cè)量中當(dāng)被測(cè)電容是1pF或小于1pF時(shí)，作為測(cè)量環(huán)境，即被測(cè)電容的載體（例如連接接口）的寄生電容不可以忽略，寄生電容所占的比重也比較大，因此，當(dāng)被測(cè)電容是1pF或小于1pF時(shí)，所述方法進(jìn)一步包括檢測(cè)寄生電容的步驟：除去被測(cè)電容，檢測(cè)被測(cè)電容載體的寄生電容，所述被檢電容值是第一次檢測(cè)的電容值減去寄生電容的電容值。

下面通過附圖具體介紹上述實(shí)施例實(shí)現(xiàn)的過程：

一，電阻反饋的具有多量程的微電容參比測(cè)量電路。

如圖1所示，該實(shí)施例給出的技術(shù)方案有三個(gè)參比電容電路支路以及一個(gè)被測(cè)電容電路，其中V_in為激勵(lì)電壓信號(hào)，C_r1、C_r2、C_r3為參比電容且電容量不同，C_x為被測(cè)電容，所述參比電容C_r1、C_r2、C_r3與所述被測(cè)電容Cx的一端相連，所述激勵(lì)電壓信號(hào)V_in從此公共端接入測(cè)量電路。

所述參比電容C_r1、C_r2、C_r3分別對(duì)應(yīng)運(yùn)算放大器N1、N2、N3，并且C_r1、C_r2、C_r3的另一端分別接入所述運(yùn)算放大器N1、N2、N3的反向輸入端。所述運(yùn)算放大器N1、N2、N3的同相輸入端接地，運(yùn)算放大器N1、N2、N3的反向輸入端與輸出端之間分別連接有反饋電阻R_f1、R_f2、R_f3，運(yùn)算放大器N1、N2、N3的輸出分別對(duì)應(yīng)三個(gè)參比電容電路支路的輸出電壓信號(hào)V_cr1、V_cr2、V_cr3。

所述被測(cè)電容C_x對(duì)應(yīng)運(yùn)算放大器N4并且C_x的另一端接入所述運(yùn)算放大器N4的反向輸入端。所述運(yùn)算放大器N4的同相輸入端接地；運(yùn)算放大器N4的反向輸入端與輸出端之間并聯(lián)連接有三個(gè)反饋支路，其中第一反饋支路101有反饋電阻R_f4與開關(guān)S1B的串聯(lián)連接、第二反饋支路102有反饋電阻R_f5與開關(guān)S2B的串聯(lián)連接、第三反饋支路103有反饋電阻R_f6與開關(guān)S3B的串聯(lián)連接。

對(duì)于所述反饋電阻R_f4，其與所述開關(guān)S1B相連接的一端與開關(guān)S1A的一端相連；對(duì)于所述反饋電阻R_f5，其與所述開關(guān)S2B相連接的一端與開關(guān)S2A的一端相連；對(duì)于所述反饋電阻R_f6，其與所述開關(guān)S3B相連的一端與開關(guān)S3A的一端相連；進(jìn)而將所述開關(guān)S1A、S2A及S3A的另一端相連，并且從該公共端引出所述被測(cè)電容電路的輸出電壓信號(hào)V_cx。

圖1所示的實(shí)施例的工作過程如下：

設(shè)置所述被測(cè)電容電路對(duì)應(yīng)的運(yùn)算放大器N4 的反饋支路為所述第一反饋支路101，即所述開關(guān)S1B接通、所述開關(guān)S2B以及S3B斷開，接著所述激勵(lì)電壓信號(hào)V_in施加于所述參比電容C_r1、C_r2、C_r3以及所述被測(cè)電容C_x后，所述參比電容C_r1、C_r2、C_r3以及所述被測(cè)電容C_x的電流分別與流過所述反饋電阻R_f1、R_f2、R_f3以及R_f4的電流相同，并且該電流分別流回到所述運(yùn)算放大器N1、N2、N3以及N4的輸出端，進(jìn)而所述運(yùn)算放大器N1、N2、N3的輸出電壓V_cr1、V_cr2、V_cr3分別等于所述反饋電阻R_f1、R_f2、R_f3的電壓；所述開關(guān)S1A接通、所述開關(guān)S2A以及S3A斷開，進(jìn)而得到所述反饋電阻R_f4的電壓，該電壓等于所述被測(cè)電容電路的輸出電壓V_cx。由此可以得到：

式1

式2

式3

式4

式5

式6

式7

設(shè)置所述被測(cè)電容電路對(duì)應(yīng)的運(yùn)算放大器N4 的反饋支路為所述第二反饋支路102，即所述開關(guān)S2B接通、所述開關(guān)S1B以及S3B斷開，接著所述激勵(lì)電壓信號(hào)V_in施加于所述參比電容C_r1、C_r2、C_r3以及所述被測(cè)電容C_x后，所述參比電容C_r1、C_r2、C_r3以及所述被測(cè)電容C_x的電流分別與流過所述反饋電阻R_f1、R_f2、R_f3以及R_f5的電流相同，并且該電流分別流回到所述運(yùn)算放大器N1、N2、N3以及N4的輸出端，進(jìn)而所述運(yùn)算放大器N1、N2、N3的輸出電壓V_cr1、V_cr2、V_cr3分別等于所述反饋電阻R_f1、R_f2、R_f3的電壓；所述開關(guān)S2A接通、所述開關(guān)S1A以及S3A斷開，進(jìn)而得到所述反饋電阻R_f5的電壓，該電壓等于所述被測(cè)電容電路的輸出電壓V_cx。由此可以得到：

式8

式9

式10

式11

設(shè)置所述被測(cè)電容電路對(duì)應(yīng)的運(yùn)算放大器N4 的反饋支路為所述第三反饋支路103，即所述開關(guān)S3B接通、所述開關(guān)S1B以及S2B斷開，接著所述激勵(lì)電壓信號(hào)V_in施加于所述參比電容C_r1、C_r2、C_r3以及所述被測(cè)電容C_x后，所述參比電容C_r1、C_r2、C_r3以及所述被測(cè)電容C_x的電流分別與流過所述反饋電阻R_f1、R_f2、R_f3以及R_f6的電流相同，并且該電流分別流回到所述運(yùn)算放大器N1、N2、N3以及N4的輸出端，進(jìn)而所述運(yùn)算放大器N1、N2、N3的輸出電壓V_cr1、V_cr2、V_cr3分別等于所述反饋電阻R_f1、R_f2、R_f3的電壓；所述開關(guān)S3A接通、所述開關(guān)S1A以及S2A斷開，進(jìn)而得到所述反饋電阻R_f6的電壓，該電壓等于所述被測(cè)電容電路的輸出電壓V_cx。由此可以得到：

式12

式13

式14

式15

所述等式式5、式6、式7、式9、式10、式11、式13、式14、式15中的C_r1、C_r2及C_r3分別用于表示所述參比電容C_r1、C_r2及C_r3的電容量，由于所述參比電容的電容量不同，因此這些等式中的C_r1、C_r2及C_r3為不同的數(shù)值。

將所述第一反饋支路101中的反饋電阻R_f4、所述第二反饋支路102中的反饋電阻R_f5、所述第三反饋支路103中的反饋電阻R_f6的電阻值設(shè)置為不同的數(shù)值，進(jìn)而所述等式式5、式6、式7、式9、式10、式11、式13、式14、式15中的R_f4、R_f5及R_f6為不同的數(shù)值。

通過選擇不同的所述參比電容測(cè)量支路以及所述被測(cè)電容電路對(duì)應(yīng)的運(yùn)算放大器不同的反饋支路，測(cè)量得到V_cx以及V_cr1或者V_cr2或者V_cr3，進(jìn)而通過所述等式式5、式6、式7、式9、式10、式11、式13、式14、式15中的一個(gè)等式做計(jì)算得到所述被測(cè)電容C_x的電容量，由此實(shí)現(xiàn)微電容參比測(cè)量電路具有多個(gè)測(cè)量量程。

二，電容反饋的具有多量程的微電容參比測(cè)量電路。

如圖2所示，該實(shí)施例給出的技術(shù)方案有三個(gè)參比電容電路支路以及一個(gè)被測(cè)電容電路，其中V_in為激勵(lì)電壓信號(hào)，C_r1、C_r2、C_r3為參比電容且電容量不同，C_x為被測(cè)電容，所述參比電容C_r1、C_r2、C_r3與所述被測(cè)電容C_x的一端相連，所述激勵(lì)電壓信號(hào)V_in通過此公共端接入測(cè)量電路。

所述參比電容C_r1、C_r2、C_r3分別對(duì)應(yīng)運(yùn)算放大器N1、N2、N3，并且C_r1、C_r2、C_r3的另一端分別接入所述運(yùn)算放大器N1、N2、N3的反向輸入端。所述運(yùn)算放大器N1、N2、N3的同相輸入端接地；所述運(yùn)算放大器N1的反向輸入端與輸出端之間并聯(lián)連接有反饋電容C_f1和反饋電阻R_f1，所述運(yùn)算放大器N2的反向輸入端與輸出端之間并聯(lián)連接有反饋電容C_f2和反饋電阻R_f2，所述運(yùn)算放大器N3的反向輸入端與輸出端之間并聯(lián)連接有反饋電容C_f3和反饋電阻R_f3；運(yùn)算放大器N1、N2、N3的輸出分別對(duì)應(yīng)三個(gè)參比電容電路支路的輸出電壓信號(hào)V_cr1、V_cr2、V_cr3。

所述被測(cè)電容C_x對(duì)應(yīng)運(yùn)算放大器N4并且C_x的另一端接入所述運(yùn)算放大器N4的反向輸入端。所述運(yùn)算放大器N4的同相輸入端接地；運(yùn)算放大器N4的反向輸入端與輸出端之間并聯(lián)連接有三個(gè)反饋支路以及反饋電阻R_f4，其中第一反饋支路201有反饋電容C_f4與開關(guān)S1B的串聯(lián)連接、第二反饋支路202有反饋電容C_f5與開關(guān)S2B的串聯(lián)連接、第三反饋支路203有反饋電容C_f6與開關(guān)S3B的串聯(lián)連接。

所述反饋電阻R_f1、R_f2、R_f3的電阻值比較大，分別用于消除直流電流對(duì)所述反饋電容C_f1、C_f2、C_f3的積分效應(yīng)；此外所述反饋電阻R_f4的電阻值比較大，用于消除直流電流對(duì)所述反饋電容C_f4、C_f5、C_f6的積分效應(yīng)。

對(duì)于所述反饋電容C_f4，其與所述開關(guān)S1B相連接的一端與開關(guān)S1A的一端相連；對(duì)于所述反饋電容C_f5，其與所述開關(guān)S2B相連接的一端與開關(guān)S2A的一端相連；對(duì)于所述反饋電容C_f6，其與所述開關(guān)S3B相連的一端與開關(guān)S3A的一端相連；進(jìn)而將所述開關(guān)S1A、S2A及S3A的另一端相連，并且從該公共端引出所述被測(cè)電容電路的輸出電壓信號(hào)V_cx。

圖2所示的實(shí)施例的工作過程如下：

設(shè)置所述被測(cè)電容電路對(duì)應(yīng)的運(yùn)算放大器N4 的反饋支路為所述第一反饋支路201，即所述開關(guān)S1B接通、所述開關(guān)S2B以及S3B斷開，接著所述激勵(lì)電壓信號(hào)V_in施加于所述參比電容C_r1、C_r2、C_r3以及所述被測(cè)電容C_x后，所述參比電容C_r1、C_r2、C_r3以及所述被測(cè)電容C_x的電流分別與流過所述反饋電阻C_f1、C_f2、C_f3以及C_f4的電流相同，并且該電流分別流回到所述運(yùn)算放大器N1、N2、N3以及N4的輸出端，進(jìn)而所述運(yùn)算放大器N1、N2、N3的輸出電壓V_cr1、V_cr2、V_cr3分別等于所述反饋電容C_f1、C_f2、C_f3的電壓；所述開關(guān)S1A接通、所述開關(guān)S2A以及S3A斷開，進(jìn)而得到所述反饋電容C_f4的電壓，該電壓等于所述被測(cè)電容電路的輸出電壓V_cx。由此可以得到：

式16

式17

式18

式19

式20

式21

式22

設(shè)置所述被測(cè)電容支路對(duì)應(yīng)的運(yùn)算放大器N4 的反饋支路為所述第二反饋支路202，即所述開關(guān)S2B接通、所述開關(guān)S1B以及S3B斷開，接著所述激勵(lì)電壓信號(hào)V_in施加于所述參比電容C_r1、C_r2、C_r3以及所述被測(cè)電容C_x后，所述參比電容C_r1、C_r2、C_r3以及所述被測(cè)電容C_x的電流分別與流過所述反饋電容C_f1、C_f2、C_f3以及C_f5的電流相同，并且這些電流分別流回到所述運(yùn)算放大器N1、N2、N3以及N4的輸出端，進(jìn)而所述運(yùn)算放大器N1、N2、N3的輸出電壓V_cr1、V_cr2、V_cr3分別等于所述反饋電容C_f1、C_f2、C_f3的電壓；所述開關(guān)S2A接通、所述開關(guān)S1A以及S3A斷開，進(jìn)而得到所述反饋電容C_f5的電壓，該電壓等于所述被測(cè)電容電路的輸出電壓V_cx。由此可以得到：

式23

式24

式25

式26

設(shè)置所述被測(cè)電容支路對(duì)應(yīng)的運(yùn)算放大器N4 的反饋支路為所述第三反饋支路203，即所述開關(guān)S3B接通、所述開關(guān)S1B以及S2B斷開，接著所述激勵(lì)電壓信號(hào)V_in施加于所述參比電容C_r1、C_r2、C_r3以及所述被測(cè)電容C_x后，所述參比電容C_r1、C_r2、C_r3以及所述被測(cè)電容C_x的電流分別與流過所述反饋電容C_f1、C_f2、C_f3以及C_f6的電流相同，并且該電流分別流回到所述運(yùn)算放大器N1、N2、N3以及N4的輸出端，進(jìn)而所述運(yùn)算放大器N1、N2、N3的輸出電壓V_cr1、V_cr2、V_cr3分別等于所述反饋電容C_f1、C_f2、C_f3的電壓；所述開關(guān)S3A接通、所述開關(guān)S1A以及S2A斷開，進(jìn)而得到所述反饋電容C_f6的電壓，該電壓等于所述被測(cè)電容電路的輸出電壓V_cx。由此可以得到：

式27

式28

式29

式30

所述等式式20、式21、式22、式24、式25、式26、式28、式29、式30中的C_r1、C_r2及C_r3分別用于表示所述參比電容C_r1、C_r2及C_r3的電容量，由于所述參比電容的電容量不同，因此這些等式中的C_r1、C_r2及C_r3為不同的數(shù)值。

將所述第一反饋支路201中的反饋電容C_f4、所述第二反饋支路202中的反饋電容C_f5、所述第三反饋支路203中的反饋電容C_f6的電阻值設(shè)置為不同的數(shù)值，進(jìn)而所述等式式20、式21、式22、式24、式25、式26、式28、式29、式30中的C_f4、C_f5及C_f6為不同的數(shù)值。

通過選擇不同的所述參比電容測(cè)量支路以及所述被測(cè)電容電路對(duì)應(yīng)的運(yùn)算放大器不同的反饋支路，測(cè)量得到V_cx以及V_cr1或者V_cr2或者V_cr3，進(jìn)而通過所述等式式20、式21、式22、式24、式25、式26、式28、式29、式30中的一個(gè)等式做計(jì)算得到所述被測(cè)電容C_x的電容量，由此實(shí)現(xiàn)微電容參比測(cè)量電路具有多個(gè)測(cè)量量程。

值得注意的是，以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理的構(gòu)思和原則的前提下所做的等同變化、修改與結(jié)合，均應(yīng)屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。