本發(fā)明涉及電容測量，特別涉及一種電容測量方法及電容測量電路。

背景技術(shù)：

1、隨著科技的迅猛發(fā)展，電容式傳感器廣泛用于濕度、位移、角度、振動、速度、壓力測量等領(lǐng)域，這些傳感器的電容值一般都較小，一般是pf(皮法)級。然而實際應(yīng)用中，電容式傳感器的電容并不是單獨存在的，還存在寄生電容，如圖1所示，存在的寄生電容會影響電容式傳感器的電容的檢測精度、靈敏度、分辨率以及測量范圍。

2、為了消除寄生電容的問題，一種方法是通過零點校準(zhǔn)的方法消除常規(guī)寄生電容的影響，但是這種零點校準(zhǔn)的方法增加了生產(chǎn)流程的復(fù)雜度，而且在實際產(chǎn)品的應(yīng)用中，不是所有產(chǎn)品都能實現(xiàn)的；另一種方法是利用雙端口測量的方法減少寄生電容的影響，這種方法可以在測量過程中同時考慮電容式傳感器的輸入端口和輸出端口，減少寄生參數(shù)對測量結(jié)果的影響，但是這種方法需要低阻抗的電壓源和高增益的運放，增加開關(guān)時序控制，電路復(fù)雜，且并不能完全消除寄生電容的影響。因此，提供一種有效的消除寄生電容的電路，仍是電容測量技術(shù)領(lǐng)域中急需解決的關(guān)鍵問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為消除寄生電容的影響，提供一種一種電容測量方法及電容測量電路。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種電容測量方法，包括：

3、提供待測電容，所述待測電容的兩端等效連接有第一寄生電容和第二寄生電容；

4、將所述待測電容的第一端接低電平，所述待測電容的第二端接高電平并完成充電，所述待測電容的第二端通過放電單元的第二端進(jìn)行放電，直到輸出低電平，獲取對應(yīng)的第一放電時間，基于電容與放電時間的關(guān)系計算獲得第一放電電容差值，所述第一放電電容差值為所述待測電容的電容值與所述第二寄生電容的電容值之和；

5、將所述待測電容的第二端接低電平，所述待測電容的第一端接高電平并完成充電，所述待測電容的第一端通過所述放電單元的第一端進(jìn)行放電，直到輸出低電平，獲取對應(yīng)的第二放電時間，基于電容與放電時間的關(guān)系計算獲得第二放電電容差值，所述第二放電電容差值為所述待測電容的電容值與所述第一寄生電容的電容值之和；

6、將放電后的所述待測電容的其中一端懸空，所述待測電容的另一端接高電平并完成充電，所述待測電容接高電平的一端通過對應(yīng)的所述放電單元進(jìn)行放電，直到所述待測電容放電的一端輸出低電平，獲取對應(yīng)的第三放電時間，基于電容與放電時間關(guān)系計算獲得第三放電電容差值，所述第三放電電容差值為所述第一寄生電容、所述待測電容串聯(lián)后得到的電容值與所述第二寄生電容的電容值之和或者為所述第二寄生電容、所述待測電容串聯(lián)后得到的電容值與所述第一寄生電容的電容值之和；

7、基于所述第一放電電容差值～所述第三放電電容差值和所述第一放電時間～所述第三放電時間，運算獲得所述待測電容的電容值。

8、本發(fā)明還提供一種電容測量電路，應(yīng)用如上述的一種電容測量方法，包括：

9、放電單元、第一充電單元、第二充電單元、計時單元；

10、所述放電單元的第一端與所述第一充電單元的第一端、所述計時單元的第一輸入端相連且作為所述電容測量電路的第一端用于連接待測電容的第一端，所述放電單元的第二端與所述第二充電單元的第一端、所述計時單元的第二輸入端相連且作為所述電容測量電路的第二端用于連接待測電容的第二端，其中，所述待測電容的兩端等效連接有第一寄生電容和第二寄生電容；

11、設(shè)置所述第一充電單元截止，所述待測電容的第一端接低電平，通過所述第二充電單元為所述待測電容進(jìn)行充電，所述待測電容的第二端通過所述放電單元的第二端進(jìn)行放電，直到向所述計時單元輸出低電平，所述計時單元獲取對應(yīng)的第一放電時間，基于電容與放電時間的關(guān)系計算獲得第一放電電容差值，所述第一放電電容差值為所述待測電容的電容值與所述第二寄生電容的電容值之和；

12、設(shè)置所述第二充電單元截止，所述待測電容的第二端接低電平，通過所述第一充電單元為所述待測電容進(jìn)行充電，所述待測電容的第一端通過所述放電單元的第一端進(jìn)行放電，直到向所述計時單元輸出低電平，所述計時單元獲取對應(yīng)的第二放電時間，基于電容與放電時間的關(guān)系計算獲得第二放電電容差值，所述第二放電電容差值為所述待測電容的電容值與所述第一寄生電容的電容值之和；

13、設(shè)置所述第一充電單元截止，將放電后的所述待測電容的第一端懸空，所述待測電容的第二端通過所述第二充電單元進(jìn)行放電，直到所述待測電容的第二端向所述計時單元輸出低電平，所述計時單元獲取對應(yīng)的第三放電時間，基于電容與放電時間的關(guān)系計算獲得第三放電電容差值，所述第三放電電容差值為所述第一寄生電容、所述待測電容串聯(lián)后得到的電容值與所述第二寄生電容的電容值之和或者設(shè)置所述第二充電單元截止，將放電后的所述待測電容的第二端懸空，所述待測電容的第一端通過所述第一充電單元進(jìn)行放電，直到所述待測電容的第一端向所述計時單元輸出低電平，所述計時單元獲取對應(yīng)的第三放電時間，基于電容與放電時間的關(guān)系計算獲得第三放電電容差值，所述第三放電電容差值為所述第二寄生電容、所述待測電容串聯(lián)后得到的電容值與所述第一寄生電容的電容值之和；

14、基于所述第一放電電容差值～所述第三放電電容差值和所述第一放電時間～所述第三放電時間，運算獲得所述待測電容的電容值。

15、綜上所述，本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果為：

16、本發(fā)明提供一種電容測量方法及電容測量電路。所述電容測量方法包括：提供待測電容，所述待測電容的兩端等效連接有第一寄生電容和第二寄生電容，通過對所述待測電容進(jìn)行先充電再放電，并對放電過程進(jìn)行計時，獲得對應(yīng)的放電時間，基于電容與放電時間的關(guān)系計算獲得對應(yīng)的電容值作為相應(yīng)的放電電容差值，通過對所述待測電容的多次充電、放電，獲得每一次的相應(yīng)的放電電容差值，通過對每次獲得的相應(yīng)的放電電容差值進(jìn)行聯(lián)立計算，即可獲得所述待測電容的電容值，實現(xiàn)了完全消除所述寄生電容的影響，所述電容測量方法簡單，且能夠達(dá)到徹底消除寄生電容影響的目的，便于生產(chǎn)應(yīng)用。

技術(shù)特征：

1.一種電容測量方法，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的一種電容測量方法，其特征在于，將放電后的所述待測電容的第一端懸空，所述待測電容的第二端接高電平并完成充電，所述待測電容的第二端通過所述放電單元的第二端進(jìn)行放電，直到所述待測電容的第二端輸出低電平，獲取對應(yīng)的第三放電時間，基于電容與放電時間關(guān)系計算獲得第三放電電容差值，所述第三放電電容差值為所述第一寄生電容、所述待測電容串聯(lián)后得到的電容值與所述第二寄生電容的電容值之和。

3.如權(quán)利要求2所述的一種電容測量方法，其特征在于，所述第一放電電容差值為：cx1＝k2*t1，

4.如權(quán)利要求1所述的一種電容測量方法，其特征在于，所述待測電容為電容式傳感器。

5.一種電容測量電路，其特征在于，應(yīng)用如權(quán)利要求1所述的一種電容測量方法，包括：

6.如權(quán)利要求5所述的一種電容測量電路，其特征在于，所述放電單元包括第一放電結(jié)構(gòu)和第二放電結(jié)構(gòu)；所述第一放電結(jié)構(gòu)包括第一電阻、第一開關(guān)，所述第一電阻和所述第一開關(guān)串聯(lián)形成第一串聯(lián)結(jié)構(gòu)，所述第一串聯(lián)結(jié)構(gòu)的一端作為所述第一放電結(jié)構(gòu)的一端，所述第一串聯(lián)結(jié)構(gòu)的另一端作為所述第一放電結(jié)構(gòu)的另一端，所述第一放電結(jié)構(gòu)的一端與所述第一充電單元的第一端、所述計時單元的第一輸入端、所述待測電容的第一端相連，所述第一放電結(jié)構(gòu)的另一端為所述第一放電結(jié)構(gòu)的工作電壓端；所述第二放電結(jié)構(gòu)包括第二電阻、第二開關(guān)，所述第二電阻和所述第二開關(guān)串聯(lián)形成第二串聯(lián)結(jié)構(gòu)，所述第二串聯(lián)結(jié)構(gòu)的一端作為所述第二放電結(jié)構(gòu)的一端，所述第二串聯(lián)結(jié)構(gòu)的另一端作為所述第二放電結(jié)構(gòu)的另一端，所述第二放電結(jié)構(gòu)的一端與所述第二充電單元的第一端、所述計時單元的第二輸入端、所述待測電容的第二端相連，所述第二放電結(jié)構(gòu)的另一端為所述第二放電結(jié)構(gòu)的工作電壓端；

7.如權(quán)利要求5所述的一種電容測量電路，其特征在于，所述放電單元包括第三放電子結(jié)構(gòu)、第三開關(guān)和第四開關(guān)，所述第三放電子結(jié)構(gòu)的一端與所述第三開關(guān)的一端、所述第四開關(guān)的一端相連，所述第三開關(guān)的另一端作為所述放電單元的第一端，與所述第一充電單元的第一端、所述計時單元的第一輸入端、所述待測電容的第一端相連，所述第四開關(guān)的另一端作為所述放電單元的第二端，與所述第二充電單元的第一端、所述計時單元的第二輸入端、所述待測電容的第二端相連；

8.如權(quán)利要求5所述的一種電容測量電路，其特征在于，所述第一充電單元包括第一三態(tài)門，所述第一三態(tài)門的輸出端與所述放電單元的第一端、所述待測電容的第一端、所述計時單元的第一輸入端相連，所述第一三態(tài)門的輸出端作為所述第一充電單元的第一端，所述第一三態(tài)門的使能端用于接收使能信號，所述第一三態(tài)門的輸入端用于輸入控制信號；

9.如權(quán)利要求5所述的一種電容測量電路，其特征在于，所述第一充電單元包括第五開關(guān)，所述第五開關(guān)的一端為所述第一充電單元的第一端，與所述放電單元的第一端、所述待測電容的第一端、所述計時單元的第一輸入端相連，所述第五開關(guān)的另一端為所述第一充電單元的工作電壓端；所述第二充電單元包括第六開關(guān)，所述第六開關(guān)的一端作為所述第二充電單元的第一端，與所述放電單元的第二端、所述待測電容的第二端、所述計時單元的第二輸入端相連，所述第六開關(guān)的另一端為所述第二充電單元的工作電壓端，其中，所述第一充電單元的工作端的工作電壓、所述第二充電單元的工作端的工作電壓均為高電平；

10.如權(quán)利要求5所述的一種電容測量電路，其特征在于，所述電容測量電路還包括：第一緩沖門和第二緩沖門；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及電容測量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種電容測量方法及電容測量電路。所述電容測量方法包括：將待測電容的第一端接低電平、第二端接高電平進(jìn)行充電，待測電容的第二端進(jìn)行放電并獲得對應(yīng)的充電時間，再將待測電容的第二端接低電平、第一端接高電平進(jìn)行充電，待測電容的第一端進(jìn)行放電并獲得對應(yīng)的充電時間，將放電后的待測電容的其中一端懸空、另一端接高電平并完成充電，待測電容接高電平的一端進(jìn)行放電并獲得對應(yīng)的第三放電時間，基于電容與放電時間關(guān)系計算獲得每次放電電容差值并進(jìn)行聯(lián)立計算，即可獲得待測電容的電容值，實現(xiàn)了完全消除寄生電容的影響，所述電容測量方法簡單，且能夠達(dá)到徹底消除寄生電容影響的目的。

技術(shù)研發(fā)人員：呂堯明,楊宏,高俊君,吳清源,程飛,黃海
受保護(hù)的技術(shù)使用者：杭州米芯微電子有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/12