專利名稱：積分時(shí)間和/或電容測量系統(tǒng)、方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及時(shí)問和/或電容的測量，且更特定來說涉及通過經(jīng)已知時(shí)間周期測量精確 產(chǎn)生的模擬電壓來對時(shí)間和/或電容進(jìn)行極精確和高分辨率的測量。
背景技術(shù)：
用數(shù)字邏輯的時(shí)間測量需要時(shí)鐘以超高頻率運(yùn)行以便精確地測量具有極短時(shí)間周期 (例如，100皮秒)的事件的時(shí)間。時(shí)鐘以超高頻率(例如，l到10GHz)運(yùn)行、驅(qū)動(dòng)邏 輯能夠以約1 GHz運(yùn)行將需要大量功率來運(yùn)行時(shí)鐘和邏輯電路，且另外，以這些時(shí)鐘速 度操作的時(shí)鐘和數(shù)字邏輯電路將產(chǎn)生大量電路噪音。

發(fā)明內(nèi)容
因此，需要 種在無需釆取超高頻率時(shí)鐘和高功率消耗數(shù)字邏輯的情況下極精確地 測量事件的時(shí)間周期和/或電容值的方式。根據(jù)本發(fā)明的教示， 一種系統(tǒng)、方法和設(shè)備用 于提供極高分辨率的時(shí)間和/或電容測量。時(shí)間測量可僅視時(shí)基參考的頻率精確度和模/ 數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的分辨率(例如，8、 10或12個(gè)位)而將時(shí)間解析為皮秒分辨率。舉 例來說，100納秒范圍可具有0.1納秒的分辨率，1000納秒范圍可具有1納秒的分辨率， 10,000納秒范圍可具有10納秒的分辨率，且50,000納秒范圍可具有50納秒的分辨率等。 用兩個(gè)時(shí)間測量單元，動(dòng)態(tài)時(shí)間測量范圍可擴(kuò)展到超過百萬分之一 (1) (ppm)。除測量 電容器的電容值以外，電容測量特征還可有利地用作電容切換傳感器。這也可用低時(shí)鐘 速度(較少數(shù)字噪音)和低功率(經(jīng)擴(kuò)展的電池操作)電路實(shí)施方案來實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的一特定實(shí)例實(shí)施例， 一種用于測量時(shí)間周期的設(shè)備可包含恒定電流 源；電流導(dǎo)引開關(guān)，其耦合到所述恒定電流源；電容器，其耦合到所述電流導(dǎo)引開關(guān)， 所述電容器具有已知電容值，其中當(dāng)所述電流導(dǎo)引開關(guān)將所述恒定電流源耦合到所述電 容器時(shí)，所述電容器上的電壓大體上隨時(shí)間線性增加；電路，其用于控制所述電流導(dǎo)引 開關(guān)，其中所述電流導(dǎo)引開關(guān)在所述電路檢測到事件開始時(shí)將所述電容器耦合到所述恒 定電流源，且在所述電路檢測到所述事件終止時(shí)將所述電容器從所述恒定電流源去耦； 模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，其用于將所述電容器上的電壓轉(zhuǎn)換成其數(shù)字表示；以及數(shù)字處理器，其用于將所述電容器上的電壓的數(shù)字表示轉(zhuǎn)換成表示處于所述事件開始與終止之間 的時(shí)間周期的時(shí)間值。所述數(shù)字處理器可根據(jù)所述已知電容值和所述電壓的數(shù)字表示來 計(jì)算所述事件的時(shí)間周期。
根據(jù)本發(fā)明的另 一 特定實(shí)例實(shí)施例， 一 種用T測量時(shí)間周期的方法可包含以下步驟 提供恒定電流源；提供具有已知電容值的電容器；在檢測到事件開始時(shí)從所述恒定電流 源對具有所述已知電容值的所述電容器充電；在檢測到所述事件終止時(shí)將所述電容器上 的電壓轉(zhuǎn)換成其數(shù)字表示；以及將所述電壓的數(shù)字表示轉(zhuǎn)換成表示處于所述事件開始與 終止之間的時(shí)間周期的時(shí)間值。將所述電壓的數(shù)字表示轉(zhuǎn)換成時(shí)間值的步驟可包含在所 述事件終止時(shí)根據(jù)所述已知電容值和所述電容器上的電壓的數(shù)字表示計(jì)算所述事件的時(shí) 間周期的步驟。
根據(jù)本發(fā)明的又一特定實(shí)例實(shí)施例， 一種用于測量電容的設(shè)備可包含恒定電流源； 電流導(dǎo)引開關(guān)，其耦合到所述恒定電流源；電容器，其耦合到所述電流導(dǎo)引開關(guān)，所述 電容器具有未知屯容值，其中當(dāng)所述電流導(dǎo)引開關(guān)將所述恒定電流源耦合到所述電容器 時(shí)，所述電容器上的電壓大體上隨時(shí)間線性增加；電路，其用于控制所述電流導(dǎo)引開關(guān)， 其中所述電流導(dǎo)^ I開關(guān)在所述電路檢測到時(shí)鐘的已知時(shí)間周期的開始時(shí)將所述電容器耦 合到所述恒定電流源，且在所述電路檢測到所述時(shí)鐘的已知時(shí)間周期的終止時(shí)將所述電 容器從所述te定電流源去耦；模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，其用于將所述電容器上的電壓轉(zhuǎn)換 成其數(shù)字表不；以及數(shù)字處理器，其用于將所述電壓的數(shù)字表不轉(zhuǎn)換成電容值。所述數(shù) 字處理器可根據(jù)所述電壓的數(shù)字表示和所述時(shí)鐘的已知時(shí)間周期計(jì)算所述未知值電容器 的電容。
根據(jù)本發(fā)明的再--特定實(shí)例實(shí)施例， 一種用于測量電容值的方法可包含以下步驟 提供恒定電流源；提供具有未知電容值的電容器；在檢測到時(shí)鐘的已知時(shí)問周期的開始 時(shí)閉合電流導(dǎo)引開關(guān)；在檢測到具有己知時(shí)間周期的時(shí)鐘的開始時(shí)從所述恒定電流源對 具有所述未知電容值的所述電容器充電；在檢測到具有所述已知時(shí)間周期的時(shí)鐘的終止 時(shí)將所述電容器上的電壓轉(zhuǎn)換成其數(shù)字表示；以及將所述電壓的數(shù)字表示轉(zhuǎn)換成電容值。 將所述電壓的數(shù)字表示轉(zhuǎn)換成所述電容值的步驟可包含根據(jù)所述電壓的數(shù)字表示和所述 時(shí)鐘的已知時(shí)間周期計(jì)算所述電容值的步驟。
根據(jù)本發(fā)明的另 -特定實(shí)例實(shí)施例， 一 種用于測量長時(shí)間周期的設(shè)備可包含時(shí)鐘 間隔計(jì)數(shù)器，其具有耦合到系統(tǒng)時(shí)鐘的時(shí)鐘輸入，其中所述時(shí)鐘間隔計(jì)數(shù)器在事件開始 后起始對系統(tǒng)時(shí)鐘周期進(jìn)行計(jì)數(shù)且在所述事件終Ii:后?！笽:對系統(tǒng)時(shí)鐘周期進(jìn)行計(jì)數(shù)；第一時(shí)間測量單元，其包含第一恒定電流源；第一電流導(dǎo)引開關(guān)，其耦合到所述第一恒 定電流源；第一電容器，其耦合到所述第一電流導(dǎo)引開關(guān)，所述第一電容器具有已知電 容值，其中當(dāng)所述第 一 電流導(dǎo)引開關(guān)將所述第 一 恒定電流源耦合到所述第 一 電容器時(shí)， 所述第一電容器上的第一電壓大體上隨時(shí)間線性增加；第一電路，其用于控制所述第一 電流導(dǎo)引開關(guān)，其中所述第一電流導(dǎo)引開關(guān)在所述第一電路檢測到所述事件開始時(shí)將所 述第一電容器耦合到所述第一恒定電流源，且在所述第一電路檢測到在所述事件開始后 出現(xiàn)的系統(tǒng)時(shí)鐘周期時(shí)將所述第一電容器從所述第一恒定電流源去耦；第二時(shí)間測量單 元，其包含第二恒定電流源；第二電流導(dǎo)引開關(guān)，其耦合到所述第二恒定電流源；第 二電容器，其耦合到所述第二電流導(dǎo)引開關(guān)，所述第二電容器具有已知電容值，其中當(dāng) 所述第二電流導(dǎo)引開關(guān)將所述第二恒定電流源耦合到所述第一電容器時(shí)，所述第二電容 器上的第二電壓大體上隨時(shí)間線性增加；第二電路，其用于控制所述第二電流導(dǎo)引開關(guān)， 其中所述第二電流導(dǎo)引開關(guān)在所述第二電路檢測到所述事件終止時(shí)將所述第二電容器耦 合到所述第二恒定電流源，且在所述第二電路檢測到在所述事件終止后出現(xiàn)的系統(tǒng)時(shí)鐘 周期時(shí)將所述第二電容器從所述第二恒定電流源去耦；模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，其用丁將 所述第一電壓和所述第一-電壓分別轉(zhuǎn)換成其第一和第二數(shù)字表示；以及數(shù)字處理器，其
中所述數(shù)字處理器在確定所述事件的時(shí)間周期時(shí)分別將所述第一和第二電壓的第一和第 二數(shù)字表示分別轉(zhuǎn)換成第一和第二時(shí)間值，從所述時(shí)鐘間隔計(jì)數(shù)器讀取所述系統(tǒng)時(shí)鐘周 期的計(jì)數(shù)，將所述系統(tǒng)時(shí)鐘周期的計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)換成第三時(shí)間值，將所述第一時(shí)間值加到所述 第三時(shí)間值，且從所述第一與第三時(shí)間值的和減去所述第二時(shí)間值。所述數(shù)字處理器可 分別根據(jù)所述第一和第二電容器的已知電容值以及所述第一和第二電壓的第一和第二數(shù) 字表示計(jì)算所述第一和第二時(shí)間值。
根據(jù)本發(fā)明的另一特定實(shí)例實(shí)施例， 一種用于測量長時(shí)間周期的方法可包含以下步 驟確定第三時(shí)間值，其包含以下步驟在一事件開始后對系統(tǒng)時(shí)鐘周期進(jìn)行計(jì)數(shù)且直 到所述事件終止為止，以及將系統(tǒng)時(shí)鐘的時(shí)間間隔乘以已計(jì)數(shù)的系統(tǒng)時(shí)鐘周期的數(shù)目以 確定第二時(shí)間值；確定第一時(shí)間值，其包含以下步驟提供第一恒定電流源；提供具有 已知電容值的第一電容器；在檢測到所述事件開始時(shí)從所述第一恒定電流源對具有所述 已知電容值的所述第一電容器充電；在檢測到在所述事件開始后出現(xiàn)的系統(tǒng)時(shí)鐘周期時(shí) 將所述第一電容器上的第-一電壓轉(zhuǎn)換成其第一數(shù)字表示；以及將所述第一電壓的第一數(shù) 字表示轉(zhuǎn)換成所述第 -時(shí)間值，其中所述第一時(shí)間值表示處于所述事件開始與在所述事 件開始后出現(xiàn)的系統(tǒng)時(shí)鐘周期之間的第一時(shí)間周期；確定第二時(shí)間值，其包含以下步驟提供第二恒定電流源；提供具有已知電容值的第二電容器；在檢測到所述事件終止時(shí)從 所述第二恒定電流源對具有所述已知電容值的所述第二電容器充電；在檢測到在所述事 件終止后出現(xiàn)的系統(tǒng)時(shí)鐘周期時(shí)將所述第二電容器上的第二電壓轉(zhuǎn)換成其第二數(shù)字表 示；以及將所取樣的第二電壓的第二數(shù)字表示轉(zhuǎn)換成所述第二時(shí)間值，其中所述第二時(shí) 間值表示處于所述事件終止與在所述事件終止后出現(xiàn)的系統(tǒng)時(shí)鐘周期之間的第二時(shí)間周 期；以及確定所述事件的時(shí)間周期，其包含以下步驟將所述第一時(shí)間值加上所述第三 時(shí)間值；以及從所述第一々第三時(shí)間值的和減去所述第二時(shí)間值。將所取樣的第一和第
二電壓的數(shù)字表不轉(zhuǎn)換成第一和第二時(shí)間值的步驟可包含分別根據(jù)已知電容值以及第一 和第二電壓的第 - 和第二數(shù)字表示計(jì)算第-- 和第二時(shí)間值的步驟。
根據(jù)本發(fā)明的另---^特定實(shí)例實(shí)施例， 一 種用于產(chǎn)生時(shí)間延遲事件的設(shè)備可包含第 一時(shí)間測量單兀，其包含第一恒定電流源；第一電流導(dǎo)引開關(guān)，其耦合到所述第--恒 定電流源；第一電容器，其耦合到所述第一電流導(dǎo)引開關(guān)，所述第一電容器具有已知電 容值，其中當(dāng)所述第一電流導(dǎo)引開關(guān)將所述第一恒定電流源耦合到所述第一電容器時(shí)， 所述第一電容器上的第一電壓大體上隨時(shí)間線性增加；第一電路，其用于控制所述第一 電流導(dǎo)引開關(guān)，其中所述第一電流導(dǎo)引開關(guān)在所述第一電路檢測到事件開始時(shí)將所述第 一電容器耦合到所述第一恒定電流源；第二時(shí)間測量單元，其包含第二恒定電流源； 第二電流導(dǎo)引開關(guān)，其耦合到所述第二恒定電流源；第二電容器，其耦合到所述第二電 流導(dǎo)引開關(guān)，所述第二電容器具有己知電容值，其中當(dāng)所述第二電流導(dǎo)引開關(guān)將所述第 二恒定電流源耦合到所述第二電容器時(shí)，所述第二電容器上的第二電壓大體上隨時(shí)間線 性增加；第—.電路，其用于控制所述第二電流導(dǎo)引開關(guān)，其中所述第二電流導(dǎo)引開關(guān)在 所述第二電路檢測到所述事件終止時(shí)將所述第二電容器耦合到所述第二恒定電流源；第 --模擬比較器，其具有ffl于接收所述第一電壓的正輸入和用于接收第一參考電壓的負(fù)輸 入；以及第二模擬比較器，其具有用于接收所述第二電壓的負(fù)輸入和用于接收第二參考 電壓的正輸入；其中延遲事件開始在所述第一電壓等于或大于所述第一參考電壓時(shí)發(fā)生， 且所述延遲事件終止在所述第二電壓等于或大于所述第二參考電壓時(shí)發(fā)生。
根據(jù)本發(fā)明的再 一 特定實(shí)例實(shí)施例， 一 種用于產(chǎn)生時(shí)間延遲事件的方法可包含以下 步驟開始時(shí)間延遲事件，其包含以下步驟提供第一恒定電流源；提供具有已知電容 值的第一電容器；閉合所述第一電流導(dǎo)引開關(guān)；在檢測到事件開始時(shí)從所述第一恒定電 流源對所述第一電容器充電；將所述第一電容器上的第一電壓與第一參考電壓進(jìn)行比較； 以及在所述第一電壓等于或大于所述第一參考電壓時(shí)開始所述時(shí)間延遲事件；以及終.ll:所述時(shí)間延遲事件，其包含以下步驟提供第二恒定電流源；提供具有已知電容值的第 二電容器；在檢測到所述事件終止時(shí)從所述第二恒定電流源對所述第二電容器充電；將 所述第二電容器上的第二電壓與第二參考電壓進(jìn)行比較；以及在所述第二電壓等于或大 丁所述第二參考電壓時(shí)終止所述時(shí)間延遲事件。


可通過參考結(jié)合附圖作出的以下描述內(nèi)容來獲得對本發(fā)明的更完整理解，附圖中 圖1是從恒定電流源充電的電容器的時(shí)間-電壓曲線圖2是根據(jù)本發(fā)明的'特定實(shí)例實(shí)施例高分辨率時(shí)間周期測量電路的示意圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一特定實(shí)例實(shí)施例高分辨率電容測量電路的示意圖4是根據(jù)本發(fā)明的又一特定實(shí)例實(shí)施例高分辨率長時(shí)間周期測量電路的示意框
圖5是圖4的高分辨率長時(shí)間周期測量電路的示意時(shí)序圖6是根據(jù)本發(fā)明的再 特定實(shí)例實(shí)施例高分辨率時(shí)間延遲電路的示意框圖；以及 圖7是圖6的高分辨率時(shí)間延遲電路的示意時(shí)序圖。
雖然本發(fā)明容許有各種修改和替代形式，但其特定實(shí)例實(shí)施例已展不于圖式中且在 本文中得到詳細(xì)描述。然而，應(yīng)理解，本文中對特定實(shí)例實(shí)施例的描述并不希望將本發(fā) 明限于本文中所揭示的特定形式，而相反，本發(fā)明將涵蓋如由所附權(quán)利要求書界定的所 有修改和等效物。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)參看圖式，示意說明實(shí)例實(shí)施例的細(xì)節(jié)。在圖式中，相同元件將由相同標(biāo)號表示， 且類似元件將由具有不同小寫字母后綴的相同標(biāo)號表示。
參看圖1，描繪從恒定電流源充電的電容器的時(shí)間-電壓曲線圖。當(dāng)電容器118經(jīng)由 恒定電流源104充電時(shí)，越過電容器118的電壓V根據(jù)等式(1)隨時(shí)間線性增加
I = C *dV/dT 等式(1)
其中C為電容器118的電容值，I為來自恒定電流源104的電流且V為在時(shí)間T處電容 器118上的電壓。當(dāng)已知電流I;時(shí)間T;和電壓V中的任兩個(gè)值時(shí)，可根據(jù)所述兩個(gè)已 知值計(jì)算出另-一未知值。舉例來說，如果已知電容器118的電容和來自恒定電流源104 的充電電流，那么可確定電壓V,下的時(shí)間T!和電壓V2下的時(shí)間T2。以類似方式，如果己知電壓V,和V2 (例如，V,與V2之間的電壓差)和時(shí)間T,與T2之間的消逝時(shí)間，那 么可確定電容C。
現(xiàn)參看圖2，描繪根據(jù)本發(fā)明的一特定實(shí)例實(shí)施例高分辨率時(shí)間周期測量電路的示 意圖。通常由標(biāo)號200表示的高分辨率時(shí)間測量電路可包含恒定電流源104、電流導(dǎo)引 開關(guān)112與114、電容器118、可選電壓取樣開關(guān)116和電荷漏極開關(guān)120?？赏ㄟ^閉合 電荷漏極開關(guān)120將電容器118初始化為大體上零電荷，以使電容器118上的任何電荷 (電壓)得以移除(短路到接地或共同，Vss)。電容器118上的初始電荷(電壓)還可通 過閉合電壓取樣開關(guān)116而用模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 108 (例如，對所述電壓進(jìn)行取 樣來確定。電容器118可為切換式電容器逐次逼近模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的一部分，其中電壓取樣 開關(guān)116為不必要的。
電流導(dǎo)引開關(guān)112和114可為集成到集成電路襯底(未圖示)上的場效晶體管等， 所述襯底還可含有本文中更充分論述的其它數(shù)字邏輯和模擬電路。電流導(dǎo)引開關(guān)112和 114經(jīng)配置以使恒定電流源104始終經(jīng)歷一負(fù)載，即，當(dāng)開關(guān)114閉合且開關(guān)112斷開時(shí) 恒定電流源104耦合到共同(Vss)，且當(dāng)開關(guān)112閉合且開關(guān)114斷開時(shí)恒定電流源104 耦合到電容器118。電流導(dǎo)引開關(guān)112和114可由開始/?！筶:控制信號132予以控制。舉 例來說，當(dāng)開始/停止控制信號132處于邏輯"0"(低)時(shí)，開關(guān)114閉合且開關(guān)112斷開， 或。開始/停止控制信號132處于邏輯"1"(高)時(shí)，開關(guān)114斷開且開關(guān)112閉合。恒定 電流源104直接視如通過上文中的等式1所確定的電流導(dǎo)引開關(guān)112閉合的時(shí)間長度而 將電容器118充電到電壓值。
開始/停止控制信號132在時(shí)間周期待確定的事件起始(開始)時(shí)在發(fā)生正(例如， 邏輯0到邏輯1)轉(zhuǎn)變(例如，t事件邊緣1)后即可轉(zhuǎn)到邏輯1。電容器118將由恒定 電流源104充電，直到電流導(dǎo)引開關(guān)112因開始/停止控制信號132在時(shí)間周期待確定的 事件終止時(shí)在發(fā)生負(fù)(例如，邏輯1到邏輯O)轉(zhuǎn)變(例如，I事件邊緣2)后即返回到 邏輯O而斷開為止。
可用包含第一觸發(fā)器126、第二觸發(fā)器128、 AND門124和NAND門130的邏輯電 路產(chǎn)生開始/停止控制信號132。在事件發(fā)生之前，已重置第一觸發(fā)器126和第二觸發(fā)器 128，以使Q輸出處于邏輯0 (第一觸發(fā)器126和第二觸發(fā)器128是在NAND門130的 輸出轉(zhuǎn)到邏輯0時(shí)予以重置或經(jīng)由其它外部重置(例如，通過數(shù)字處理器106)予以重 置)。處于邏輯O的這些Q輸出使得AND門124輸出處于邏輯0。 AND門124的輸出產(chǎn) 生開始Z停止控制信《132。當(dāng)t事件邊緣1在第一觸發(fā)器126的時(shí)鐘輸入處出現(xiàn)時(shí)，其Q輸出轉(zhuǎn)到邏輯l。因?yàn)榈诙|發(fā)器128的非Q輸出也處于邏輯1，所以AND門124的 輸出將轉(zhuǎn)到邏輯1，因此產(chǎn)生用于開始/停止控制信號132的邏輯1。
當(dāng)開始/停止控制信號132處于邏輯1時(shí)，電流導(dǎo)引開關(guān)112閉合(接通)且恒定電 流源104起始對電容器118充電。恒定電流源104持續(xù)對電容器118進(jìn)行充電，直到開 始/停ll:控制信號132返回到邏輯0為」h,借此斷開(切斷)電流導(dǎo)引開關(guān)112。在此特 定實(shí)例中，當(dāng)AND門124的輸入中的一者或一者以上處于邏輯0時(shí)，其輸出(即，開始 /停止控制信號132)將轉(zhuǎn)到邏輯0。當(dāng)I事件邊緣2在第二觸發(fā)器128的時(shí)鐘輸入處出 現(xiàn)時(shí)，AND門124的輸入處的邏輯0出現(xiàn)。因此，電容器118僅在t事件邊緣1的出現(xiàn) 與4事件邊緣2的出現(xiàn)之間充電。
通過在〖事件邊緣2后用模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 108測量電容器118上的電壓，可將 表示t事件邊緣1與I事件邊緣2之間的時(shí)間間隔(周期)的電壓與電容器118的已知 電容值結(jié)合使用以計(jì)算具有極精確分辨率的時(shí)間間隔。舉例來說，事件時(shí)間周期的計(jì)算 可用執(zhí)行上文中等式(1)的計(jì)算的數(shù)字處理器106通過使用電容器118上的所測量的電 壓及其已知電容值來確定。因此，時(shí)間周期測量精度為ADC 108分辨率(例如，10或 12個(gè)位)和電容器118的所測量的電容的精確度的函數(shù)。
電荷漏極開關(guān)120和電壓取樣開關(guān)U6僅用于標(biāo)準(zhǔn)取樣和保持操作，其中電容器118 可為將所取樣模擬電壓饋送到ADC 108的模擬輸入的取樣和保持電路的一部分，或可為 逐次逼近ADC的一部分。高分辨率時(shí)間周期測量電路200、 ADC 108和數(shù)字處理器06 可制造r集成電路裸片250上，且集成電路裸片250可封閉T集成電路封裝(未圖示) 中。
現(xiàn)參看圖3，其描繪根據(jù)本發(fā)明的另一特定實(shí)例實(shí)施例的高分辨率電容測量電路的 示意圖。通常由標(biāo)號300表示的高分辨率電容測量電路可包含恒定電流源104、電流導(dǎo) 引開關(guān)112和114、可選電壓取樣開關(guān)116、電荷漏極開關(guān)120，以及用于耦合到待測量 的外部電容器318的連接端子326和324?？赏ㄟ^閉合電荷漏極開關(guān)120將外部電容器 318上的電荷初始化為大體上為零，以使外部電容器318上的任何電荷(電壓)被移除 (短路到接地或共同，Vss)。還可通過閉合電壓取樣開關(guān)U6用模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 108 (例如，S-A)對所述電壓進(jìn)行取樣來確定外部電容器318上的初始電荷(電壓)。電容器 328表不高分辨率電容測量電路300的雜散電路電容，可在計(jì)算外部電容器318的電容 值時(shí)確定其電容貢獻(xiàn)且析出因數(shù)。電容器328可為切換式電容器逐次逼近模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的 一部分，其中電壓取樣開關(guān)116為不必要的。電流導(dǎo)引開關(guān)112和114可為集成到集成電路襯底(未圖示)上的場效晶體管等， 所述襯底還可含有本文中更充分論述的其它數(shù)字邏輯和模擬電路。電流導(dǎo)引開關(guān)112和 114經(jīng)配置以使恒定電流源104始終經(jīng)歷一負(fù)載，即，當(dāng)開關(guān)114閉合且開關(guān)112斷開時(shí) 恒定電流源104耦合到共同(Vss)，且當(dāng)開關(guān)112閉合且開關(guān)1M斷開時(shí)恒定電流源104 耦合到電容器118。電流導(dǎo)引開關(guān)112和114可由開始/停止控制信號132控制。舉例來 說，當(dāng)開始/停止控制信號132處于邏輯"0"(低)時(shí)，開關(guān)114閉合且開關(guān)112斷開，或 當(dāng)開始/停止控制信號132處于邏輯"1"(高)時(shí)，開關(guān)114斷開且開關(guān)112閉合。恒定電 流源104直接依據(jù)如通過上文中的等式1所確定的電流導(dǎo)引開關(guān)112閉合的時(shí)間長度而 將電容器318和328充電到一電壓值。
開始/停止控制信號132在發(fā)生正(例如，邏輯0到邏輯1)轉(zhuǎn)變(例如，f系統(tǒng)時(shí) 鐘)后即可轉(zhuǎn)到邏輯l。電容器318和328將由恒定電流源104充電，直到電流導(dǎo)引開 關(guān)112因開始/停止控制信號132在發(fā)生負(fù)(例如，邏輯1到邏輯0)轉(zhuǎn)變(例如，I系 統(tǒng)時(shí)鐘)后即返回到邏輯0而斷開為止。
開始/停止控制信號132可用包含第一觸發(fā)器126、第二觸發(fā)器128、 AND門124和 NAND門130的邏輯電路產(chǎn)生。在t系統(tǒng)時(shí)鐘之前，第一觸發(fā)器126和第二觸發(fā)器128 已經(jīng)重置，以使Q輸出處于邏輯0 (第一觸發(fā)器126和第二觸發(fā)器128在NAND門130 的輸出轉(zhuǎn)到邏輯0時(shí)重置或經(jīng)由其它外部重置(例如，通過數(shù)字處理器106)來重置)。 處于邏輯0的這些Q輸出使得AND門124輸出處于邏輯0。 AND門124的輸出產(chǎn)生開 始/停止控制信號132。當(dāng)t系統(tǒng)時(shí)鐘在第一觸發(fā)器126的時(shí)鐘輸入處出現(xiàn)時(shí)，其Q輸出 轉(zhuǎn)到邏輯l。因?yàn)榈?一觸發(fā)器128的非Q輸出也處于邏輯1，所以AND門124的輸出將 轉(zhuǎn)到邏輯1，因此產(chǎn)生用于開始/停止控制信號132的邏輯1。
當(dāng)開始/停止控制信號132處于邏輯1時(shí)，電流導(dǎo)引幵關(guān)112閉合(接通)且恒定電 流源104起始對電容器318和328充電。恒定電流源104持續(xù)對電容器318和328充電， 直到開始/停止控制信號132返回到邏輯0為止，借此斷開(切斷)電流導(dǎo)引開關(guān)112。 在此特定實(shí)例中，當(dāng)AND門124的輸入中的一者或一者以上處于邏輯0時(shí)，其輸出(即， 開始/停止控制信號132)將轉(zhuǎn)到邏輯0。當(dāng)I系統(tǒng)時(shí)鐘在第二觸發(fā)器128的時(shí)鐘輸入處 出現(xiàn)時(shí)，AND門124的輸入處的邏輯0出現(xiàn)。因此，電容器318和328僅經(jīng)處于t系統(tǒng) 時(shí)鐘與I系統(tǒng)時(shí)鐘之間的時(shí)間周期充電。系統(tǒng)時(shí)鐘頻率(即，t系統(tǒng)時(shí)鐘與I系統(tǒng)時(shí)鐘 之間的周期)可從高穩(wěn)定且精確的晶體振蕩器產(chǎn)生。
通過在I系統(tǒng)時(shí)鐘后用模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 108測量電容器318和328上的電壓，可將表示t系統(tǒng)時(shí)鐘與1系統(tǒng)時(shí)鐘之間的時(shí)間間隔(周期)的電壓與系統(tǒng)時(shí)鐘的已知周 期(時(shí)問問隔)結(jié)合使用以計(jì)算電容器318與328的并聯(lián)組合的電容值，接著可針對未 知電容器318的電容值從此結(jié)果減去電容器328的已知電容值。舉例來說，未知電容器 318的電容值的計(jì)算可用執(zhí)行上文中等式(1)的計(jì)算的數(shù)字處理器106通過使用電容器 318和328上的所測量的電壓和已知系統(tǒng)時(shí)鐘周期(例如，t系統(tǒng)時(shí)鐘與4系統(tǒng)時(shí)鐘之 間的時(shí)間間隔)來確定。因此，電容測量精度為ADC 108分辨率(例如，0或12個(gè)位) 和系統(tǒng)時(shí)鐘頻率的精確度(分辨率)的函數(shù)。
電荷漏極開關(guān)120和電壓取樣開關(guān)116僅用于標(biāo)準(zhǔn)取樣和保持操作，其中電容器328 可為將所取樣模擬電壓饋送到ADC 108的模擬輸入的取樣和保持電路的一部分，或可為 逐次逼近ADC的一部分。高分辨率電容測量電路300、 ADC 108和數(shù)字處理器106可制 造于集成電路裸片350上，且集成電路裸片350可封閉于集成電路封裝(未圖示)中。
預(yù)期且處于本發(fā)明的范圍內(nèi)，高分辨率電容測量電路300可在確定電容觸摸式傳感 器何時(shí)己被激活時(shí)測量電容觸摸式傳感器的電容。
現(xiàn)參著圖4和圖5，描繪根據(jù)本發(fā)明的又一特定實(shí)例實(shí)施例高分辨率長時(shí)間周期測 量電路的示意框圖和圖4的高分辨率長時(shí)間周期測量電路的示意時(shí)序圖。大致由標(biāo)號400 表示的高分辨率.長時(shí)間周期測量電路可包含時(shí)鐘間隔計(jì)數(shù)器402 、第 一 時(shí)間測量單元 404、第二時(shí)問測量單元406、模擬多路復(fù)用器408和邏輯電路，所述邏輯電路可包含觸 發(fā)器410、 412和418;反相器414和420 (兩者可組合成一個(gè)反相器)，和NAND門416。 另外，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 108和數(shù)字處理器106可用于確定長時(shí)間周期測量的時(shí)間周 期。高分辨率長時(shí)間周期測量電路400、 ADC 108和數(shù)字處理器106可制造于集成電路 裸片450上，且集成電路裸片450可封閉于集成電路封裝(未圖示)中。
第一測量單元404和第二測量單元406可以與上文中所描述的高分辨率時(shí)間測量電 路200大體上相同的方式操作。根據(jù)本發(fā)明的教示，其中當(dāng)t事件邊緣1被施加于觸發(fā) 器412的時(shí)鐘輸入時(shí)，其Q輸出轉(zhuǎn)到邏輯且在第一時(shí)間測量單元404的開始/停止輸入 上產(chǎn)生邏輯1信3 426，借此第一定時(shí)電容器(未圖示)起始充電，直到出現(xiàn)t系統(tǒng)時(shí) 鐘周期為止，借此觸發(fā)器412被重置且信號426返回到邏輯0。這提供如圖5中所示的 時(shí)問周期Ta的測量。t事件邊緣1還在觸發(fā)器410的Q輸出轉(zhuǎn)到邏輯1時(shí)啟用時(shí)鐘間隔 計(jì)數(shù)器402,借此在時(shí)鐘間隔計(jì)數(shù)器402的啟用輸入上產(chǎn)生啟用信號424。 一旦時(shí)鐘間隔 計(jì)數(shù)器402的啟用輸入被啟用，便如圖5中所示在其中對f系統(tǒng)時(shí)鐘周期進(jìn)行計(jì)數(shù)。當(dāng) I事件邊緣2出現(xiàn)時(shí)，觸發(fā)器418的Q輸出轉(zhuǎn)到邏輯1且第二時(shí)間測量單元406起始對第二定時(shí)電容器(未圖示)充電，直到出現(xiàn)t系統(tǒng)時(shí)鐘周期為止。這提供如圖5中所示 的時(shí)間周期Tb的測量。在出現(xiàn)t系統(tǒng)時(shí)鐘周期后，第二時(shí)間測量單元406即停止對第二 定時(shí)電容器(未圖不)充電，且時(shí)鐘間隔計(jì)數(shù)器402不再被啟用且將借此停止對t系統(tǒng) 時(shí)鐘周期進(jìn)行計(jì)數(shù)。
反相器424和420 (可為相同反相器-未圖示)在出現(xiàn)每一 t系統(tǒng)時(shí)鐘周期時(shí)分別對 觸發(fā)器412和418進(jìn)行清零(重置)。因此，由第一時(shí)間測量單元402和第二時(shí)間測量單 元406測量的時(shí)間周期始終小于一個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期。然而，當(dāng)將所得計(jì)算出的高分辨率 時(shí)間周期Ta和Tb與來自時(shí)鐘間隔計(jì)數(shù)器402的已消逝的系統(tǒng)時(shí)鐘周期計(jì)數(shù)組合時(shí)，可僅 視系統(tǒng)時(shí)鐘振蕩器(通常為品體受控的)的頻率穩(wěn)定性和精確度以及ADC 108在讀取第 一和第-——:定時(shí)電容器(未圖示)上的定時(shí)電壓時(shí)的分辨率而定以極精細(xì)的分辨率測量極 長時(shí)間周期事件。
時(shí)鐘問隔計(jì)數(shù)器輸出可經(jīng)由數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)總線430耦合到數(shù)字處理器106。第一和第二 定時(shí)電容器(未圖/下)上的電壓可分別經(jīng)由模擬信號4 3 4和43 6耦合到多路復(fù)用器40 8 。 多路復(fù)用器408又將經(jīng)由模擬信號432將這些模擬電壓中的每一者耦合到ADC 108 。 ADC 108的輸出可經(jīng)由數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)總線438耦合到數(shù)字處理器106。
高分辨率長時(shí)間周期測量電路400、 ADC 108、模擬多路復(fù)用器498和數(shù)字處理器 106可制造于集成電路裸片(未圖示)上，且集成電路裸片可封閉于集成電路封裝(未 圖示)中。
參看圖5，可通過將Ta加到由時(shí)鐘間隔計(jì)數(shù)器402所計(jì)數(shù)的系統(tǒng)時(shí)鐘周期Tse的數(shù)目 的累積時(shí)間(所示的六個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期)且減去Tb來計(jì)算事件時(shí)間周期。因此，事件的 第一次發(fā)生由第一測量單元404俘獲作為時(shí)間周期Ta,直到時(shí)鐘間隔計(jì)數(shù)器402接收后 續(xù)t系統(tǒng)時(shí)鐘周期為止，接著第二測量單元406確定表示事件終止與時(shí)間上后續(xù)的t系 統(tǒng)時(shí)鐘周期之間的時(shí)間周期的時(shí)間周期Tb。根據(jù)本發(fā)明的教示，這允許長時(shí)間周期事件 的極高分辨率測量。
現(xiàn)參看圖6和閣7，分別描繪根據(jù)本發(fā)明的又一特定實(shí)例實(shí)施例高分辨率時(shí)間延遲 電路的示意框圖和圖6的高分辨率時(shí)間延遲電路的示意時(shí)序圖。通常由標(biāo)號600表示的 高分辨率時(shí)問延遲電路可包含第一時(shí)間測量單元602、第二時(shí)間測量單元604、第一模擬 比較器610、第二模擬比較器612、 AND門614、第一數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC) 616、第二數(shù) /模轉(zhuǎn)換器(DAC) 618，以及第一觸發(fā)器606和第二觸發(fā)器608。另外，根據(jù)本發(fā)明的教 示，數(shù)字處理器102可將數(shù)字延遲設(shè)置點(diǎn)發(fā)送到DAC 616和618。高分辨率時(shí)間延遲電路600、 DAC 616和618以及數(shù)字處理器106可制造于集成電路裸片650上，且集成電 路裸片650可封閉于集成電路封裝(未圖示)中。
第 一 時(shí)間測量單元602和第二時(shí)間測量單元604可以與上文中所描述的高分辨率時(shí) 間測量電路200大體上相同的方式操作。根據(jù)本發(fā)明的教示，其中當(dāng)t事件邊緣1施加 于觸發(fā)器606的時(shí)鐘輸入時(shí)，其Q輸出轉(zhuǎn)到邏輯1且對第一時(shí)間測量單元602的開始/ 停止輸入產(chǎn)生邏輯1信號，借此第一定時(shí)電容器(未圖示)起始充電。模擬輸入比較器 610將第 一 定時(shí)電容器上的電壓與第 一 參考電壓VREF!進(jìn)行比較，其中當(dāng)?shù)?一 定時(shí)電容器 上的電壓等于或大于第一參考電壓VREF1時(shí)，比較器610的輸出轉(zhuǎn)到邏輯1,借此AND 門614的輸出轉(zhuǎn)到邏輯1。 AND門614的輸出為延遲事件且所述延遲事件可在時(shí)間上從 事件延遲等于TVREF1的時(shí)間，參見圖7。 TVREF1與第一參考電壓VREF1成正比，且可通過 改變參考電壓VREFI的值而隨時(shí)間變化。
根據(jù)本發(fā)明的教示，3 4事件邊緣2出現(xiàn)時(shí)，觸發(fā)器608的Q輸出轉(zhuǎn)到邏輯1且第 二時(shí)間測量牟-元406起始對第二定時(shí)電容器(未圖不)充電。.模擬輸入比較器612將第
二定時(shí)電容器上的電壓與第二參考電壓VREF2進(jìn)行比較，其中當(dāng)?shù)诙〞r(shí)電容器上的電壓
大于第—一-參考電壓V旺F2時(shí)，比較器612的輸出轉(zhuǎn)到邏輯O，借此AND門614的輸出轉(zhuǎn) 到邏輯0。 AND門614的輸出為延遲事件且所述延遲事件終止可在時(shí)間上從事件終止延
遲等于TvREF2的時(shí)間，參見圖7。 TvREF2與第二參考電壓VreF2成正比，且可通過改變第 二參考電壓VREF2的值而隨時(shí)間變化。第 一 參考電壓VREF!和第二參考電壓VREF2可相同，
例如來自同 一 來源，借此產(chǎn)生具有與原始事件大體上相同的時(shí)間周期但在時(shí)間上延遲了
延遲時(shí)間TVREF的延遲事件。
雖然已參考本發(fā)明的實(shí)例實(shí)施例描繪、描述和界定了本發(fā)明的實(shí)施例，但此類參考 并不暗示對本發(fā)明的限制，且不應(yīng)推斷出此類限制。如相關(guān)領(lǐng)域的且得到本發(fā)明的益處 的一般技術(shù)人員將了解，所揭示的標(biāo)的物能夠在形式和功能上具有相當(dāng)多的修改、變更 和等效物。本發(fā)明的所描繪和描述的實(shí)施例僅為實(shí)例，且并非詳盡闡明本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于測量時(shí)間周期的設(shè)備，其包含恒定電流源；電流導(dǎo)引開關(guān)，其耦合到所述恒定電流源；電容器，其耦合到所述電流導(dǎo)引開關(guān)，所述電容器具有已知電容值，其中當(dāng)所述電流導(dǎo)引開關(guān)將所述恒定電流源耦合到所述電容器時(shí)，所述電容器上的電壓大體上隨時(shí)間線性增加；電路，其用于控制所述電流導(dǎo)引開關(guān)，其中所述電流導(dǎo)引開關(guān)在所述電路檢測到事件的開始時(shí)將所述電容器耦合到所述恒定電流源，且在所述電路檢測到所述事件的終止時(shí)將所述電容器從所述恒定電流源去耦；模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，其用于將所述電容器上的所述電壓轉(zhuǎn)換成其數(shù)字表示；以及數(shù)字處理器，其用于將所述電容器上的所述電壓的所述數(shù)字表示轉(zhuǎn)換成表示所述事件的開始與終止之間的時(shí)間周期的時(shí)間值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其屮所述ADC為逐次逼近ADC。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述ADC為S-AADC。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包含用于對所述電容器上的所述屯壓進(jìn)行取 樣且將所述取樣的電壓耦合到所述S-AADC的電壓取樣電路。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)各，其中所述數(shù)字處理器根據(jù)所述已知電容值和所述電壓 的所述數(shù)字表示計(jì)算所述事件的所述時(shí)間周期。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述數(shù)字處理器為微控制器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述用于控制所述電流導(dǎo)引開關(guān)的電路包含第一觸發(fā)器，其具有耦合到指示所述事件起始的第一事件信號邊緣的時(shí)鐘輸入； 第二觸發(fā)器，其具有耦合到指示所述事件終止的第二事件信號邊緣的時(shí)鐘輸入； 以及AND門，其具有耦合到所述第一觸發(fā)器的Q輸出的第一輸入、耦合到所述第二 觸發(fā)器的非Q輸出的第二輸入和耦合到所述電流導(dǎo)引開關(guān)的控制輸入的輸出。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包含NAND門，所述NAND門具有耦合到 所述第一觸發(fā)器的所述Q輸出的第一輸入、耦合到所述第二觸發(fā)器的Q輸出的第 二輸入以及耦合到所述第 和第二觸發(fā)器的重置輸入的輸出。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述恒定電流源、所述電流導(dǎo)引開關(guān)、所述電容 器、所述用于控制所述電流導(dǎo)引開關(guān)的電路、所述ADC和所述數(shù)字處理器制造于集成電路裸片上。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中所述集成電路裸片封閉于集成電路封裝中。
11. 一種用于測量時(shí)間周期的方法，所述方法包含以下步驟提供恒定電流源； 提供具有已知電容值的電容器；在檢測到事件的開始時(shí)，從所述恒定電流源對具有所述已知電容值的所述電容器充電；在檢測到所述事件的終止時(shí)，將所述電容器上的電壓轉(zhuǎn)換成其數(shù)字表示；以及 將所述電壓的所述數(shù)字表示轉(zhuǎn)換成表示所述事件開始與終止之間的時(shí)間周期的 時(shí)間值。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述將所述電壓的所述數(shù)字表示轉(zhuǎn)換成時(shí)間值 的步驟包含在所述事件的所述終止時(shí)根據(jù)所述已知電容值和所述電容器上的所述電壓的所述數(shù)字表示計(jì)算所述事件的所述時(shí)間周期的步驟。
13. —種用于測量電容的設(shè)備，其包含恒定電流源；電流導(dǎo)引開關(guān)，其耦合到所述恒定電流源；電容器，其耦合到所述電流導(dǎo)引開關(guān)，所述電容器具有未知電容值，其中a所述 電流導(dǎo)引開關(guān)將所述恒定電流源耦合到所述電容器時(shí)，所述電容器上的電壓大體上 隨時(shí)間線性增加；電路，其用于控制所述電流導(dǎo)引開關(guān)，其中所述電流導(dǎo)引開關(guān)在所述電路檢測到 時(shí)鐘的己知時(shí)間周期的開始時(shí)將所述電容器耦合到所述恒定電流源，且在所述電路 檢測到所述時(shí)鐘的所述已知時(shí)間周期的終止時(shí)將所述電容器從所述恒定電流源去 稱；模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，其用于將所述電容器上的所述電壓轉(zhuǎn)換成其數(shù)字表示；以及數(shù)字處理器，其用于將所述電壓的所述數(shù)字表示轉(zhuǎn)換成電容值。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中所述ADC為逐次逼近ADC。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中所述ADC為S-AADC。
16. 根據(jù)權(quán)利耍求15所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包含用于對所述電容器上的所述電壓進(jìn)行取樣且將所述取樣的電壓耦合到所述LAADC的電壓取樣電路。
17. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中所述數(shù)字處理器根據(jù)所述電壓的所述數(shù)字表示 和所述吋智卜的所述己知時(shí)間周期計(jì)算所述未知值電容器的所述電容。
18. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中所述數(shù)字處理器為微控制器。
19. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中所述用于控制所述電流導(dǎo)引開關(guān)的電路包含第一觸發(fā)器，其具有耦合到指示所述時(shí)鐘的所述已知時(shí)間周期的所述開始的第一 時(shí)鐘信號邊緣的時(shí)鐘輸入；第二觸發(fā)器，其具有耦合到指示所述時(shí)鐘的所述已知時(shí)間周期的所述終止的第二 時(shí)鐘信號邊緣的時(shí)鐘輸入；以及AND門，其具有耦合到所述第一觸發(fā)器的Q輸出的第一輸入、耦合到所述第二 觸發(fā)器的非Q輸出的第二輸入和耦合到所述電流導(dǎo)引開關(guān)的控制輸入的輸出。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包含NAND門，所述NAND門具有耦合 到所述第,蟲發(fā)器的所述Q輸出的第一輸入、耦合到所述第二觸發(fā)器的Q輸出的 第二輸入以及耦合到所述第一和第二觸發(fā)器的重置輸入的輸出。
21. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中所述恒定電流源、所述電流導(dǎo)引開關(guān)、所述用 于控制所述電流導(dǎo)引開關(guān)的電路、所述ADC和所述數(shù)字處理器制造于集成電路裸 片上。
22. 根據(jù)權(quán)利耍求21所述的設(shè)備，其巾所述集成電路裸片封閉于集成電路封裝'l'。
23. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中所述電容器為電容觸摸式傳感器，且所述電容 觸摸式傳感器的所述電容在所述電容觸摸式傳感器已被激活時(shí)改變。
24. —種用于測量電容值的方法，所述方法包含以下步驟提供恒定電流源； 提供具有未知電容值的電容器；在檢測到時(shí)鐘的巳知時(shí)間周期的開始時(shí)閉合電流導(dǎo)引開關(guān)；在檢測到具有己知時(shí)間周期的時(shí)鐘的開始時(shí)，從所述恒定電流源對具有所述未知 電容值的所述電容器充電；在檢測到具有所述已知時(shí)間周期的所述時(shí)鐘的終止時(shí)，將所述電容器上的電壓轉(zhuǎn) 換成其數(shù)字表示；以及將所述電壓的所述數(shù)字表示轉(zhuǎn)換成電容值。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中所述將所述電壓的所述數(shù)字表示轉(zhuǎn)換成所述電 容值的步驟包含根據(jù)所述電壓的所述數(shù)字表示和所述時(shí)鐘的所述已知時(shí)間周期計(jì)算所述電容值的步驟。
26. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，測量電容觸摸式傳感器的電容以確定所述電容觸摸 式傳感器何時(shí)已被激活。
27. —種用于測量長時(shí)間周期的設(shè)備，其包含時(shí)鐘間隔計(jì)數(shù)器，其具有耦合到系統(tǒng)時(shí)鐘的時(shí)鐘輸入，其中所述時(shí)鐘間隔計(jì)數(shù)器 在事件的幵始后起始對系統(tǒng)時(shí)鐘周期進(jìn)行計(jì)數(shù)，且在所述事件的終止后停止對系統(tǒng)時(shí)鐘周期進(jìn)行計(jì)數(shù)；第-lt間測量單兀，其包含 第一恒定電流源；第一 l li流3引開關(guān)，其耦合到所述第 一 恒定電流源；第一電容器，其耦合到所述第一電流導(dǎo)引開關(guān)，所述第一電容器具有己知電 容值，其中當(dāng)所述第一電流導(dǎo)引開關(guān)將所述第一恒定電流源耦合到所述第一電容 器時(shí)，所述第'電容器上的第一電壓大體上隨時(shí)間線性增加；第一電路，其用于控制所述第一電流導(dǎo)引開關(guān)，其中所述第一電流導(dǎo)引開關(guān) 在所述第一電路檢測到所述事件的開始時(shí)將所述第一電容器耦合到所述第一恒 定電流源，且在所述第 一 電路檢測到在所述事件的開始后出現(xiàn)的所述系統(tǒng)時(shí)鐘周 期時(shí)將所述第 一 電容器從所述第 一 恒定電流源去耦； 第二吋間測量單兀，其包含第二恒定電流源；第二電流導(dǎo)引開關(guān)，其耦合到所述第二恒定電流源；第二電容器，其耦合到所述第二電流導(dǎo)引開關(guān)，所述第二電容器具有已知電 容值，其中當(dāng)所述第二電流導(dǎo)引開關(guān)將所述第二恒定電流源耦合到所述第二電容 器吋，所述第二電容器上的第二電壓大體上隨時(shí)間線性增加；第二電路，其用于控制所述第二電流導(dǎo)引開關(guān)，其中所述第二電流導(dǎo)引開關(guān) 在所述第二電路檢測到所述事件終止時(shí)將所述第二電容器耦合到所述第二恒定 電流源，且在所述第二電路檢測到在所述事件終止后出現(xiàn)的所述系統(tǒng)時(shí)鐘周期時(shí) 將所述第二電容器從所述第二恒定電流源去耦；模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，其用于將所述第 和第二電壓分別轉(zhuǎn)換成其第一和第二數(shù) 字表示；以及數(shù)字處理器，其中所述數(shù)字處理器在確定所述事件的時(shí)間周期時(shí)，分別將所述第 一和第二電壓的所述第一和第二數(shù)字表示分別轉(zhuǎn)換成第一和第二時(shí)間值，從所述時(shí)鐘間隔計(jì)數(shù)器讀取所述系統(tǒng)時(shí)鐘周期的所述計(jì)數(shù)，將所述系統(tǒng)時(shí)鐘周期的所述計(jì)數(shù) 轉(zhuǎn)換成第.二時(shí)間值，將所述第一時(shí)間值加到所述第二時(shí)間值，且從所述第-一與第二 時(shí)間值的和'11減去所述第二時(shí)間值。
28. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的設(shè)備，其中所述數(shù)字處理器分別根據(jù)所述第一和第二電容 器的所述己知電容值以及所述第--和第二電壓的所述第一和第二數(shù)字表不計(jì)算所 述第一和第二時(shí)間值。
29. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包含用于將所述第一和第二電壓耦合到所 述ADC的模擬多路復(fù)用器。
30. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的設(shè)備，其中所述數(shù)字處理器為微控制器。
31. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的設(shè)備，其中所述時(shí)鐘間隔計(jì)數(shù)器、所述第一和第二恒定電 流源、所述第一和第二電流導(dǎo)引開關(guān)、所述第一和第二電容器、用于閉合和斷開所 述電流導(dǎo)引開關(guān)的所述第一和第二電路、電壓取樣電路、所述ADC以及所述數(shù)字 處理器制造于集成電路裸片上。
32. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中所述集成電路裸片封閉于集成電路封裝中。
33. —種用于測量長時(shí)間周期的方法，所述方法包含以下步驟確定第三時(shí)間值，其包含以下步驟在事件的開始后對系統(tǒng)時(shí)鐘周期進(jìn)行計(jì)數(shù)且直到所述事件的終止為lh，以及 將所述系統(tǒng)時(shí)剖1的吋間間隔乘以已計(jì)數(shù)的系統(tǒng)時(shí)鐘周期的數(shù)目以確定所述第三時(shí)間值；確定第一時(shí)間值，其包含以下步驟 提供第一恒定電流源； 提供具有已知電容值的第一電容器；在檢測到所述事件的開始時(shí)，從所述第-- 恒定電流源對具有所述已知電容值 的所述第一電容器充電；在檢測到在所述事件的開始后出現(xiàn)的所述系統(tǒng)時(shí)鐘周期時(shí)，將所述第一電容 器匕的第一電壓轉(zhuǎn)換成其第一數(shù)字表示；以及將所述第一電壓的所述第一數(shù)字表示轉(zhuǎn)換成所述第一時(shí)間值，其中所述第一 時(shí)間值表示所述事件開始與在所述事件開始后出現(xiàn)的所述系統(tǒng)時(shí)鐘周期之間的 第一時(shí)問周期；確定第二時(shí)間值，其包含以下步驟 提供第二恒定電流源；提供具有已知電容值的第二電容器；在檢測到所述事件終」I:時(shí)，從所述第二恒定電流源對具有所述已知電容值的 所述第二電容器充電；在檢測到在所述事件終止后出現(xiàn)的所述系統(tǒng)時(shí)鐘周期時(shí)，將所述第二電容器 上的所述第二電壓轉(zhuǎn)換成其第二數(shù)字表示；以及將所取樣的第二電壓的所述第二數(shù)字表示轉(zhuǎn)換成所述第二時(shí)間值，其中所述 第二時(shí)間值表示所述事件的終止與在所述事件的終止后出現(xiàn)的所述系統(tǒng)時(shí)鐘周 期之間的第二時(shí)間周期；以及 確定所述事件的時(shí)間周期，其包含以下步驟將所述第一與第三時(shí)間值相加；以及從所述第一與第三時(shí)間值的和中減去所述第二時(shí)間值。
34. 根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中將所取樣的第一和第二電壓的所述數(shù)字表示轉(zhuǎn) 換成所述第和第二時(shí)間值的步驟包含分別根據(jù)所述已知電容值以及所述第一和 第二電壓的所述第一和第二數(shù)字表示計(jì)算所述第一和第二時(shí)間值的步驟。
35. —種用于產(chǎn)生時(shí)間延遲事件的設(shè)備，其包含第- 時(shí)間測量單元，其包含 第一恒定電流源；第電流導(dǎo)引開關(guān)，其耦合到所述第叵定電流源；第--電容器，其耦合到所述第一電流導(dǎo)引開關(guān)，所述第一電容器具有已知電 容值，其中當(dāng)所述第一電流導(dǎo)引開關(guān)將所述第一恒定電流源耦合到所述第一電容 器時(shí)，所述第--電容器上的第一電壓大體上隨時(shí)間線性增加；第--電路，其用于控制所述第一電流導(dǎo)引開關(guān)，其中所述第一電流導(dǎo)引開關(guān) 在所述第 一電路檢測到事件的開始時(shí)，將所述第一電容器耦合到所述第 一恒定電 流源；第二時(shí)間測量單元，其包含 第二恒定電流源；第二電流導(dǎo)引開關(guān)，其耦合到所述第 一.恒定電流源；第二電容器，其耦合到所述第二電流導(dǎo)引開關(guān)，所述第二電容器具有已知電 容值，其中當(dāng)所述第二電流導(dǎo)引開關(guān)將所述第二恒定電流源耦合到所述第二電容 器時(shí)，所述第二電容器上的第二電壓大體上隨時(shí)間線性增加；第二電路，其用于控制所述第二電流導(dǎo)引開關(guān)，其中所述第二電流導(dǎo)引開關(guān)在所述第二電路檢測到所述事件的終止時(shí)，將所述第二電容器耦合到所述第二恒 定電流源；第'模擬比較器，其具有用于接收所述第 電壓的正輸入和用于接收第參考電 壓的負(fù)輸入以及第二模擬比較器，其具有用于接收所述第二電壓的負(fù)輸入和用于接收第二參考電 壓的正輸入-,其中延遲事件的開始出現(xiàn)在所述第一電壓等于或大于所述第一參考電壓時(shí)，且所 述延遲事件的終止出現(xiàn)在所述第二電壓等于或大于所述第二參考電壓時(shí)。
36. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包含用于提供所述第一參考電壓的第一數(shù)/ 模轉(zhuǎn)換器(DAC)，和用于提供所述第二參考電壓的第二DAC。
37. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包含用于控制所述第一和第二 DAC的數(shù)'f-處理器。
38. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的設(shè)備，其中所述第一和第二參考電壓大體上為相同的電壓。
39. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的設(shè)備，其中所述第一和第二參考電壓為不同電壓。
40. 根據(jù)權(quán)利要求37所述的設(shè)備，其中所述第一和第二測量單元、所述第一和第二DAC 以及所述數(shù)字處理器制造于集成電路裸片上。
41. 根據(jù)權(quán)利要求40所述的設(shè)備，其中所述集成電路裸片封閉于集成電路封裝中。
42..種川十產(chǎn)生吋間延遲事件的方法，所述方法包含以下步驟開始時(shí)間延遲事件，其包含以下步驟提供第一恒定屯流源；提供具有已知電容值的第一電容器； 閉合第一電流導(dǎo)引開關(guān)；在檢測到事件開始時(shí)，從所述第一恒定電流源對所述第-'電容器充電； 將所述第一電容器上的第一電壓與第一參考電壓進(jìn)行比較；以及 在所述第一電壓等于或大于所述第一參考電壓時(shí)開始所述時(shí)間延遲事件；以及終」t:所述時(shí)間延遲事件，其包含以下步驟 提供第二恒定電流源； 提供具有已知電容值的第二電容器；在檢測到所述事件終止時(shí)，從所述第二恒定電流源對所述第二電容器充電； 將所述第二電容器上的第二電壓與第二參考電壓進(jìn)行比較；以及在所述第二電壓等于或大于所述第二參考電壓時(shí)終止所述時(shí)間延遲事件。
43. 根據(jù)權(quán)利要求42所述的方法，其中分別用第一和第二數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)產(chǎn)生所 述第和第二參考電壓。
44. 根據(jù)權(quán)利要求42所述的方法，其中所述第一和第二參考電壓大體上為相同的電壓。
45. 根據(jù)權(quán)利要求42所述的方法，其中所述第一和第二參考電壓為不同電壓。
46. 根據(jù)權(quán)利要求43所述的方法，其中用數(shù)字處理器控制所述第一和第二 DAC。
全文摘要
通過在事件期間從恒定電流源對已知值電容器充電來確定所述事件的時(shí)間周期。所述電容器上的所得電壓與所述事件時(shí)間周期成比例且可根據(jù)所述所得電壓和已知電容值予以計(jì)算。通過在已知時(shí)間周期期間從恒定電流源對電容器充電來測量電容。所述電容器上的所得電壓與其電容成比例且可根據(jù)所述所得電壓和已知時(shí)間周期予以計(jì)算?？赏ㄟ^在所述事件開始時(shí)對第一電容器充電和在所述事件終止時(shí)對第二電容器充電且同時(shí)對其間的時(shí)鐘時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)來測量長時(shí)間周期事件。通過在事件起始和終止時(shí)充電第一和第二電容器上的電壓且同時(shí)將其上的電壓與參考電壓進(jìn)行比較來進(jìn)行所述事件的延遲。
文檔編號G04F10/00GK101578526SQ200880001899
公開日2009年11月11日 申請日期2008年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月12日
發(fā)明者詹姆斯·E·巴特林 申請人:密克羅奇普技術(shù)公司