一種微小差分電容測量電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電容測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種微小差分電容測量電路。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，對于微小差分電容測量主要有脈沖激勵電平比較式微小差分電容檢測線路和正弦激勵電橋式微小差分電容檢測線路。脈沖激勵電平比較式微小差分電容檢測線路存在較大的脈沖噪聲干擾且溫度穩(wěn)定性較差；正弦激勵電橋式微小差分電容檢測線路的輸出阻抗較高，容易受到分布參數(shù)的影響，產(chǎn)生偏差影響。以上兩種方式測量線路很難應(yīng)用在需要高精度、高帶寬、低噪聲的場合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種設(shè)計合理、精度高、穩(wěn)定性強(qiáng)的微小差分電容測量電路。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0005]一種微小差分電容測量電路，包括正弦恒流激勵源、兩個運算放大器、兩個反饋電阻、精密差分運算放大器、乘法器、兩個增益調(diào)節(jié)電阻，兩個被測差分電容的公共引腳接到正弦恒流激勵源上，兩個被測差分電容的另一引腳分別連接到兩個運算放大器的反向輸入端上，兩個運算放大器的輸出端分別通過反饋電阻連接到兩個運算放大器的反向輸入端，兩個運算放大器的輸出端還分別通過增益調(diào)節(jié)電阻連接到精密差分運算放大器的兩個輸入端，該精密差分運算放大器輸出的差分放大信號由乘法器解調(diào)為直流信號，該信號在小范圍內(nèi)與差分電容值成線性關(guān)系，供后繼控制或處理線路使用。
[0006]而且，所述兩個反饋電阻的取值相同。
[0007]本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是:
[0008]1、本發(fā)明利用跨導(dǎo)放大器的輸入虛地原理解決了輸入阻抗匹配的矛盾，利用單路正弦激勵確保了線路低噪聲和降低了線路參數(shù)對稱設(shè)計的難度，利用恒流激勵源使得差分電路接入跨導(dǎo)放大器后的高頻微分效應(yīng)得到抑制，進(jìn)一步降低了線路噪聲，從而實現(xiàn)了低噪聲、低漂移、高帶寬、高穩(wěn)定的微小差分電容測量功能，可廣泛用于石英撓性加速度計等需要通過差分電容測量來測量微位移的應(yīng)用場合。
[0009]2、本發(fā)明的整體穩(wěn)定性主要取決于兩個跨導(dǎo)放大器的反饋電阻的相對穩(wěn)定性，這比其它依賴于有源器件性能的線路更易實現(xiàn)，性能更加可靠。
【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明的電路原理圖；
[0011]圖2是本發(fā)明各部分電路輸出波形圖。
【具體實施方式】
[0012]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例做進(jìn)一步詳述:
[0013]一種微小差分電容測量電路，是將差分電容的兩個獨立引腳分別接到兩個設(shè)計成嚴(yán)格對稱的跨導(dǎo)放大器上，在差分電容的公共端施加經(jīng)濾波降噪的正弦恒流激勵，最終通過精密差分運算放大器將與差分電容變化量呈線性關(guān)系的電壓信號輸出到需要的后級線路中去。
[0014]如圖1所示，微小差分電容測量電路包括正弦恒流激勵源(I)、運算放大器(5)、運算放大器(7)、反饋電阻(4)、反饋電阻(6)、精密差分運算放大器(10)、乘法器(11)、增益調(diào)節(jié)電阻(8)和增益調(diào)節(jié)電阻(9)，被測差分電容(2)、被測差分電容(3)的公共引腳接到正弦恒流激勵源(I)上，被測差分電容(2)、被測差分電容(3)的另一引腳分別連接到運算放大器(5)、運算放大器(7)的兩個反向輸入端上，運算放大器(5)、運算放大器(7)的輸出端分別通過反饋電阻(4)、反饋電阻(6)連接到運算放大器(5)、運算放大器(7)的反向輸入端，反饋電阻(4)、反饋電阻(6)取值相等，并根據(jù)實際增益需要選擇阻值。運算放大器(5)、運算放大器(7)的輸出端還分別通過電阻(8)、電阻(9)連接到精密差分運算放大器(10)的兩個輸入端，運算放大器(5)、運算放大器(7)的輸出信號由精密差分運算放大器(10)進(jìn)行差分放大，電阻(8)和電阻(9)提供兩路差分信號的增益調(diào)節(jié)手段。精密差分運算放大器(10)輸出的差分放大信號由乘法器(11)解調(diào)為直流信號，該信號在小范圍內(nèi)與差分電容值成線性關(guān)系，供后繼控制或處理線路使用。
[0015]本微小差分電容測量電路中的各部分波形如圖2所示。其中，V1、V2分別為兩個運算放大器管腳5、管腳7輸出端的電壓波形，幅值大小分別同電容(2)、電容(3)的容值成正比；V3為V1、V2經(jīng)精密差分運算放大器(10)差分放大后的輸出電壓波形；V4是V3經(jīng)過乘法器(11)解調(diào)后的輸出電壓波形；V5是V4經(jīng)RC低通濾波在電容(12)上得到的電壓波形，該直流電壓同電容(2)、電容(3)的差分值成線性關(guān)系。
[0016]需要強(qiáng)調(diào)的是，本發(fā)明所述的實施例是說明性的，而不是限定性的，因此本發(fā)明包括并不限于【具體實施方式】中所述的實施例，凡是由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案得出的其他實施方式，同樣屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
【主權(quán)項】
1.一種微小差分電容測量電路，其特征在于:包括正弦恒流激勵源、兩個運算放大器、兩個反饋電阻、精密差分運算放大器、乘法器、兩個增益調(diào)節(jié)電阻，兩個被測差分電容的公共引腳接到正弦恒流激勵源上，兩個被測差分電容的另一引腳分別連接到兩個運算放大器的反向輸入端上，兩個運算放大器的輸出端分別通過反饋電阻連接到兩個運算放大器的反向輸入端，兩個運算放大器的輸出端還分別通過增益調(diào)節(jié)電阻連接到精密差分運算放大器的兩個輸入端，該精密差分運算放大器輸出的差分放大信號由乘法器解調(diào)為直流信號，該信號在小范圍內(nèi)與差分電容值成線性關(guān)系，供后繼控制或處理線路使用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微小差分電容測量電路，其特征在于:所述兩個反饋電阻的取值相同。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種微小差分電容測量電路，其主要技術(shù)特點是：包括正弦恒流激勵源、兩個運算放大器、兩個反饋電阻、精密差分運算放大器、乘法器、兩個增益調(diào)節(jié)電阻，兩個被測差分電容的公共引腳接到正弦恒流激勵源上，另一引腳分別連接到兩個運算放大器的反向輸入端上，兩個運算放大器的輸出端分別通過反饋電阻連接到兩個運算放大器的反向輸入端，通過增益調(diào)節(jié)電阻連接到精密差分運算放大器的兩個輸入端，該精密差分運算放大器輸出的差分放大信號由乘法器解調(diào)為直流信號。本發(fā)明實現(xiàn)了低噪聲、低漂移、高帶寬、高穩(wěn)定的微小差分電容測量功能，可廣泛用于石英撓性加速度計等需要通過差分電容測量來測量微位移的應(yīng)用場合。
【IPC分類】G01R27-26
【公開號】CN104569610
【申請?zhí)枴緾N201510001129
【發(fā)明人】楊曄, 李城鎖, 李中, 高維, 王偉
【申請人】中國船舶重工集團(tuán)公司第七0七研究所
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月5日