本發(fā)明涉及電容容值檢測技術(shù)，特別是一種檢測電容容值變化的方法，有利于通過簡單檢測電路確定或判斷電容容值的緩慢變化或給出電容容值緩慢變化的變化量信號(hào)，降低電容檢測所用的充電電流精度要求，節(jié)省電容變化信息的存儲(chǔ)器件。

背景技術(shù)：

在監(jiān)控領(lǐng)域經(jīng)常需要對緩慢變化進(jìn)行信號(hào)檢測，例如環(huán)境變化，涉及傳感器電容的應(yīng)用，也就是說需要對傳感器電容容值的緩慢變化進(jìn)行檢測。通常的方案主要有兩類，一類是通過對電容充電/放電，對應(yīng)轉(zhuǎn)換為時(shí)鐘信號(hào)后，再用時(shí)鐘信號(hào)，分別對電路內(nèi)部的兩個(gè)確定的電容進(jìn)行充電/放電，然后在通過高精度的比較器，比較兩個(gè)電容的充電最高的電壓值，從而確定待測電容容值變化與否。本發(fā)明人認(rèn)為，此方法的缺點(diǎn)是：1.待測電容變化非常緩慢，檢測的時(shí)間就需要比較長的時(shí)間才能體現(xiàn)出變化差值，這樣在規(guī)定時(shí)間內(nèi)檢測這個(gè)變化，相對就需要更高的檢測精度。2.需要長時(shí)間對電路內(nèi)部電容進(jìn)行充電，而且還需要兩個(gè)高度匹配的電容，電容容值要滿足需求，成本非常高。3.還有因?yàn)椴淮_定電容變化的方向，所以高精度比較器，也需要至少2個(gè)，才能完成比較。4.同時(shí)對電路內(nèi)部電容充電的偏置電流，需要高度匹配，否則比較的數(shù)值先天就存在差值，會(huì)造成檢測偏差。另一種檢測方法是，通過對電容充電/放電后，對應(yīng)將電容兩端壓差轉(zhuǎn)換為時(shí)鐘信號(hào)，電路內(nèi)部對該時(shí)鐘信號(hào)，分別進(jìn)行兩個(gè)時(shí)間段的計(jì)數(shù)，然后比較兩個(gè)計(jì)數(shù)器的數(shù)值，從而確定電容變化。本發(fā)明人認(rèn)為，此方法的缺點(diǎn)，就是成本較大，需要兩個(gè)計(jì)數(shù)器，同時(shí)為滿足緩慢變化，所以這兩個(gè)計(jì)數(shù)器的存儲(chǔ)深度都需要非常大，才能完成存儲(chǔ)電容變化的信息。另外，因?yàn)橛?jì)數(shù)器的位數(shù)較大，從而比較數(shù)值偏差時(shí)，需要的電路也就更多了，所以總的來說，就是成本過大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷或不足，提供一種檢測電容容值變化的方法，有利于通過簡單檢測電路確定或判斷電容容值的緩慢變化或給出電容容值緩慢變化的變化量信號(hào)，降低電容檢測所用的充電電流精度要求，節(jié)省電容變化信息的存儲(chǔ)器件。

本發(fā)明技術(shù)方案如下：

一種檢測電容容值變化的方法，其特征在于，包括利用對待測電容充/放電，將待測電容的容值變化轉(zhuǎn)換為待測時(shí)鐘信號(hào)的頻率變化，然后對所述待測時(shí)鐘信號(hào)做差分時(shí)序檢測，以確定或判斷所述待測電容的容值變化。

所述待測電容具有電容正端和電容負(fù)端，所述電容正端和電容負(fù)端通過控制開關(guān)連接，所述電容正端分別連接電流源和比較器的正向輸入端，所述電流源連接電壓輸入端，所述比較器的負(fù)向輸入端連接電路內(nèi)部基準(zhǔn)電壓端，所述比較器的輸出端連接第一邏輯電路輸入端，第一邏輯電路輸出端連接待測時(shí)鐘信號(hào)節(jié)點(diǎn)，所述待測時(shí)鐘信號(hào)節(jié)點(diǎn)連接所述控制開關(guān)的控制端，所述電容負(fù)端連接接地端。

所述待測時(shí)鐘信號(hào)節(jié)點(diǎn)將待測時(shí)鐘信號(hào)作為第一時(shí)鐘信號(hào)輸送到計(jì)數(shù)器中，利用電路內(nèi)部的已知時(shí)鐘信號(hào)作基準(zhǔn)并作為第二時(shí)鐘信號(hào)，對所述第二時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行N分頻處理后得到計(jì)數(shù)開始信號(hào)、計(jì)數(shù)加減信號(hào)和復(fù)位信號(hào)，通過所述計(jì)數(shù)開始信號(hào)、計(jì)數(shù)加減信號(hào)和復(fù)位信號(hào)對所述第一時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行加/減計(jì)數(shù)，最終根據(jù)加/減計(jì)數(shù)器的剩余數(shù)值，判斷所述待測電容的容值變化。

所述待測電容的容值變化判斷方式如下：在一個(gè)計(jì)數(shù)周期結(jié)束時(shí)如果計(jì)數(shù)器內(nèi)剩余數(shù)值超過預(yù)設(shè)值則待測電容容值發(fā)生了改變。

所述計(jì)數(shù)器在一個(gè)檢測周期內(nèi)對所述第一時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行分次計(jì)數(shù)，每次計(jì)數(shù)中通過采樣獲得時(shí)鐘個(gè)數(shù)，并依次對時(shí)鐘個(gè)數(shù)做加/減計(jì)數(shù)，使計(jì)數(shù)器內(nèi)只存儲(chǔ)差值。

所述分次計(jì)數(shù)為兩次計(jì)數(shù)，其中一次為加計(jì)數(shù)，另一次為減計(jì)數(shù)。

所述采樣是對所述第一時(shí)鐘信號(hào)的時(shí)鐘上升沿的采樣。

所述采樣包括采樣周期的延時(shí)處理。

所述最終根據(jù)加/減計(jì)數(shù)器的剩余數(shù)值為兩次計(jì)數(shù)的差值。

對計(jì)數(shù)器內(nèi)存儲(chǔ)差值做積分，以提高檢測電路的精度。

本發(fā)明技術(shù)效果如下：本發(fā)明一種檢測電容容值變化的方法實(shí)現(xiàn)簡單，尤其適用于緩慢變化的電容容值檢測。

本發(fā)明具有的特點(diǎn)：1.利用對待測電容充/放電，將電容容值變化轉(zhuǎn)換位時(shí)鐘信號(hào)的頻率變化，然后對時(shí)鐘信號(hào)做差分時(shí)序檢測，以確定或判斷電容容值變化。2.利用采樣周期的延時(shí)處理，使電容容值變化更容易檢出。3.利用對時(shí)鐘的依次做加/減計(jì)數(shù)，使計(jì)數(shù)器內(nèi)保存差值的方式，簡化檢測的存儲(chǔ)需求。4.同時(shí)對上述計(jì)數(shù)器內(nèi)保存差值，做積分的方式。5.在一個(gè)檢測周期內(nèi)，先做加計(jì)數(shù)還是減計(jì)數(shù)是可以互換的，只要確保在一個(gè)檢測周期內(nèi)是計(jì)數(shù)器內(nèi)剩余的值為兩次計(jì)數(shù)的差值，即可。6.雖然描述的是，通過CK2做N分頻，對CK1確認(rèn)采樣周期的方法檢測，實(shí)際中，用CK1設(shè)定采樣周期，對CK2做檢測，只要時(shí)序上滿足要求，都是可以實(shí)現(xiàn)的。

附圖說明

圖1是實(shí)施本發(fā)明一種檢測電容容值變化的方法所涉及的電路結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是通過第二時(shí)鐘信號(hào)(即電路內(nèi)部可用作基準(zhǔn)的已知時(shí)鐘信號(hào))對第一時(shí)鐘信號(hào)(即需要對其進(jìn)行計(jì)數(shù)的時(shí)鐘信號(hào)，例如圖1中的CK_T時(shí)鐘信號(hào))進(jìn)行計(jì)數(shù)檢測的過程示意圖。圖2中N分頻表示分頻器或N分頻處理；加/減計(jì)數(shù)器表示計(jì)數(shù)器，可以進(jìn)行加計(jì)數(shù)和減計(jì)數(shù)；計(jì)數(shù)器數(shù)值判斷是指在一個(gè)計(jì)數(shù)周期結(jié)束時(shí)如果計(jì)數(shù)器內(nèi)剩余數(shù)值超過預(yù)設(shè)值則待測電容容值發(fā)生了改變。

圖3是各信號(hào)(使能信號(hào)、第二時(shí)鐘信號(hào)、分頻信號(hào)、計(jì)數(shù)開始信號(hào)、計(jì)數(shù)加減信號(hào)、復(fù)位信號(hào))示意圖。圖3中自左至右上部文字為：檢測周期1；檢測周期2。圖3中“≈”為省略符號(hào)。

圖4是第一時(shí)鐘信號(hào)在不同周期內(nèi)的時(shí)鐘計(jì)數(shù)示意圖。圖4中自左至右下部文字為：檢測周期內(nèi)，減計(jì)數(shù)，9個(gè)時(shí)鐘(對應(yīng)1-9)；檢測周期內(nèi)，加計(jì)數(shù)，11個(gè)時(shí)鐘(對應(yīng)1-11)。

附圖標(biāo)記列示如下：1-待測電容(電容容值緩慢變化)；2-接地端；3-電容負(fù)端；4-電容正端；5-比較器；6-第一邏輯電路；7-待測時(shí)鐘信號(hào)節(jié)點(diǎn)；V_DD-電壓輸入端或電壓輸入值；I_B-電流源或偏置電流或偏置電流值；V_CAP-電容正端電壓；V_REF-電路內(nèi)部基準(zhǔn)電壓端或電路內(nèi)部基準(zhǔn)電壓；CK_T-待測時(shí)鐘信號(hào)；S1-控制開關(guān)；CK1-第一時(shí)鐘信號(hào)；CK2-第二時(shí)鐘信號(hào)；DET_PHASE-計(jì)數(shù)開始信號(hào)；DET_SENSE-計(jì)數(shù)加減信號(hào)；DET_RESET-復(fù)位信號(hào)；OUT-計(jì)數(shù)結(jié)果輸出端；EN-使能信號(hào)；PHA<N:1>-分頻信號(hào)；00h-第一個(gè)周期(即00H)；01h-第二個(gè)周期(即01H)；FFh-最后一個(gè)周期(即FFH)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖(圖1-圖4)對本發(fā)明進(jìn)行說明。

圖1是實(shí)施本發(fā)明一種檢測電容容值變化的方法所涉及的電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是通過第二時(shí)鐘信號(hào)(即電路內(nèi)部可用作基準(zhǔn)的已知時(shí)鐘信號(hào))對第一時(shí)鐘信號(hào)(即需要對其進(jìn)行計(jì)數(shù)的時(shí)鐘信號(hào)，例如圖1中的CK_T時(shí)鐘信號(hào))進(jìn)行計(jì)數(shù)檢測的過程示意圖。圖3是各信號(hào)(使能信號(hào)、第二時(shí)鐘信號(hào)、分頻信號(hào)、計(jì)數(shù)開始信號(hào)、計(jì)數(shù)加減信號(hào)、復(fù)位信號(hào))示意圖。圖4是第一時(shí)鐘信號(hào)在不同周期內(nèi)的時(shí)鐘計(jì)數(shù)示意圖。如圖1至圖4所示，一種檢測電容容值變化的方法，包括利用對待測電容1充/放電，將待測電容1的容值變化轉(zhuǎn)換為待測時(shí)鐘信號(hào)CK_T的頻率變化，然后對所述待測時(shí)鐘信號(hào)CK_T做差分時(shí)序檢測，以確定或判斷所述待測電容1的容值變化。所述待測電容1具有電容正端4和電容負(fù)端3，所述電容正端4和電容負(fù)端3通過控制開關(guān)S1連接，所述電容正端4分別連接電流源I_B和比較器5的正向輸入端(+)，所述電流源I_B連接電壓輸入端V_DD，所述比較器5的負(fù)向輸入端(-)連接電路內(nèi)部基準(zhǔn)電壓端V_REF，所述比較器5的輸出端連接第一邏輯電路6輸入端，第一邏輯電路6輸出端連接待測時(shí)鐘信號(hào)節(jié)點(diǎn)7，所述待測時(shí)鐘信號(hào)節(jié)點(diǎn)7連接所述控制開關(guān)S1的控制端，所述電容負(fù)端3連接接地端2。

所述待測時(shí)鐘信號(hào)節(jié)點(diǎn)7將待測時(shí)鐘信號(hào)CK_T作為第一時(shí)鐘信號(hào)CK1輸送到計(jì)數(shù)器中，利用電路內(nèi)部的已知時(shí)鐘信號(hào)作基準(zhǔn)并作為第二時(shí)鐘信號(hào)CK2，對所述第二時(shí)鐘信號(hào)CK2進(jìn)行N分頻處理后得到計(jì)數(shù)開始信號(hào)DET_PHASE、計(jì)數(shù)加減信號(hào)DET_SENSE和復(fù)位信號(hào)DET_RESET，通過所述計(jì)數(shù)開始信號(hào)DET_PHASE、計(jì)數(shù)加減信號(hào)DET_SENSE和復(fù)位信號(hào)DET_RESET對所述第一時(shí)鐘信號(hào)CK1進(jìn)行加/減計(jì)數(shù)，最終根據(jù)加/減計(jì)數(shù)器的剩余數(shù)值，判斷所述待測電容1的容值變化。所述待測電容1的容值變化判斷方式如下：在一個(gè)計(jì)數(shù)周期結(jié)束時(shí)如果計(jì)數(shù)器內(nèi)剩余數(shù)值超過預(yù)設(shè)值則待測電容1容值發(fā)生了改變。所述計(jì)數(shù)器在一個(gè)檢測周期內(nèi)對所述第一時(shí)鐘信號(hào)CK1進(jìn)行分次計(jì)數(shù)，每次計(jì)數(shù)中通過采樣獲得時(shí)鐘個(gè)數(shù)，并依次對時(shí)鐘個(gè)數(shù)做加/減計(jì)數(shù)，使計(jì)數(shù)器內(nèi)只存儲(chǔ)差值。所述分次計(jì)數(shù)為兩次計(jì)數(shù)，其中一次為加計(jì)數(shù)，另一次為減計(jì)數(shù)。所述采樣是對所述第一時(shí)鐘信號(hào)CK1的時(shí)鐘上升沿的采樣。所述采樣包括采樣周期的延時(shí)處理。所述最終根據(jù)加/減計(jì)數(shù)器的剩余數(shù)值為兩次計(jì)數(shù)的差值。對計(jì)數(shù)器內(nèi)存儲(chǔ)差值做積分，以提高檢測電路的精度。

如圖1所示，先通過一個(gè)偏置電流IB，對待測電容1進(jìn)行充電，此時(shí)開關(guān)S1是打開的狀態(tài)，然后對電容的正端電壓VCAP進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)VCAP電壓超過內(nèi)部基準(zhǔn)電壓VREF后，比較器發(fā)生翻轉(zhuǎn)，經(jīng)過邏輯1電路，產(chǎn)生一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)CK_T，同時(shí)用CK_T信號(hào)，控制開關(guān)S1閉合，對待測電容1放電。當(dāng)CK_T變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，開始下一個(gè)對待測電容1充電。如圖2所示，CK1和CK2是兩個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，先對時(shí)鐘CK2進(jìn)行N分頻處理，然后產(chǎn)生三個(gè)時(shí)鐘相關(guān)的信號(hào)DET_PHASE,DET_SENSE和DET_RESET，然后通過這三個(gè)信號(hào)，對時(shí)鐘信號(hào)CK1進(jìn)行加/減計(jì)數(shù)，最終根據(jù)加/減計(jì)數(shù)器的剩余數(shù)值，判斷待測電容的變化。

如圖3所示，在使能信號(hào)EN有效以后，對時(shí)鐘信號(hào)CK2，進(jìn)行N分頻，產(chǎn)生分頻信號(hào)PHA<N:1>，然后根據(jù)分頻信號(hào)，控制在不同的時(shí)域內(nèi)，對加/減計(jì)數(shù)器進(jìn)行控制，比如在第一個(gè)周期00H，計(jì)數(shù)器進(jìn)行復(fù)位，清除計(jì)數(shù)器內(nèi)的數(shù)值；在第二個(gè)周期01H，進(jìn)行一個(gè)檢測周期的減計(jì)數(shù)(加計(jì)數(shù))；再最后一個(gè)周期FFH，進(jìn)行一個(gè)檢測周期的加計(jì)數(shù)(減計(jì)數(shù))，計(jì)數(shù)這個(gè)計(jì)數(shù)周期結(jié)束時(shí)，計(jì)數(shù)器內(nèi)剩余的數(shù)值，如果超過預(yù)設(shè)值，即認(rèn)為是電容容值改變。三個(gè)信號(hào)，DET_PHASE用于控制計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)；DET_SENSE用于控制計(jì)數(shù)器是選擇加計(jì)數(shù)還是減計(jì)數(shù)，同時(shí)在信號(hào)的上升沿處，做計(jì)數(shù)器的數(shù)值采樣；DET_RESET是用于復(fù)位計(jì)數(shù)器的數(shù)值。這里N分頻的設(shè)計(jì)，主要是在時(shí)域上，對電容容值緩慢變化，在采樣周期上做一個(gè)優(yōu)化，已便以最小的代價(jià)實(shí)現(xiàn)電容容值變化有效采樣。如圖4所示，對于每一次計(jì)數(shù)周期，在DET_PHASE為高的第一個(gè)周期內(nèi)，對CK1進(jìn)行了9個(gè)時(shí)鐘上升沿的采樣，此時(shí)計(jì)數(shù)器內(nèi)保存數(shù)值為-9；下一個(gè)計(jì)數(shù)周期開始以后，計(jì)數(shù)器從-9開始增加，采樣到11個(gè)上升沿，故此計(jì)數(shù)器內(nèi)保存數(shù)值為2，如果預(yù)設(shè)計(jì)數(shù)器數(shù)值大于1為輸出高有效，則此時(shí)計(jì)數(shù)器輸出為高電平，完成檢測。另外，還可以通過對計(jì)數(shù)器存儲(chǔ)差值做積分，例如N個(gè)周期后再復(fù)位計(jì)數(shù)器的值，這樣可以進(jìn)一步提高檢測電路的精度。

在此指明，以上敘述有助于本領(lǐng)域技術(shù)人員理解本發(fā)明創(chuàng)造，但并非限制本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍。任何沒有脫離本發(fā)明創(chuàng)造實(shí)質(zhì)內(nèi)容的對以上敘述的等同替換、修飾改進(jìn)和/或刪繁從簡而進(jìn)行的實(shí)施，均落入本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍。