專利名稱：電位固定裝置、電位固定方法及電容測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電位固定裝置、電位固定方法及電容測量裝置，特別是，涉及用于固定第一電容與第二電容之間的連接線電位的電位固定裝置、電位固定方法以及包括這種電位固定裝置的電容測量裝置。
背景技術(shù)：
以往，公知有電容式麥克風(fēng)等測量在各種頻率下靜電電容值發(fā)生變化時的電容的電容測量裝置。圖6是表示以往的電容測量裝置的一個例子的電路圖。如圖6所示，以往的電容測量裝置包括運算放大器112、交流電壓發(fā)生器113、被測電容114、作為反饋阻抗的反饋電阻116。反饋電阻116與被測電容114通過信號線117連接。在運算放大器112的一個接線端上連接有信號線117。此外，被測電容114的與連接信號線117的一側(cè)相反的電極上，連接著交流電壓發(fā)生器113的一端。此外，交流電壓發(fā)生器113的另一端接地。
這里，被測電容114根據(jù)其所受的物理量(加速度、壓力、氣體、光、聲波等)來改變所具有的靜電電容Cs。此外，交流電壓發(fā)生器113用于在進行電容測量時產(chǎn)生施加到被測電容114上的工作信號Vin。
在圖6所示的以往的電容測量裝置的電容測量操作中，若從交流電壓發(fā)生器113產(chǎn)生工作信號(電壓Vin)，則將該工作信號的電壓Vin加到被測電容114的兩端。由此，在被測電容114中有電流流過。此時，由于運算放大器112的輸入阻抗理想上是無窮大，所以流經(jīng)被測電容114的全部電流流向反饋電阻116。由此，可以從信號輸出端子118輸出與被測電容114的靜電電容Cs相對應(yīng)的輸出電壓Vout。然后，通過根據(jù)該檢測信號的輸出電壓Vout進行各種信號處理，從而可以得出靜電電容Cs。
在圖6所示的以往電容測量裝置中，由于使用反饋電阻116作為反饋阻抗，因而信號輸出端子118的輸出電壓Vout具有如下式(1)所表示的頻率特性Vout＝-Rf[(Cd+ΔC·sinωct)·ωin·cosωint+ΔC·ωc·cosωct·sinωint]Vi (1)參見上式(1)，Vi是來自交流電壓發(fā)生器113的信號Vin的振幅，ωin是工作信號Vin的角速度。此外，Cd是被測電容114的標準電容值，ΔC及ωc分別是被測電容144中的、電容變化分量的電容值以及角速度。在上式(1)中，電容變化分量的角速度ωc含有與電容變化分量的電容值ΔC成比例的項。因而，由于輸出電壓Vout與電容變化分量的頻率(ωc/2π＝fc)成比例，所以其具有頻率特性。因此，需要在后面的階段新設(shè)置處理電路，使之不具有頻率特性。其結(jié)果是，產(chǎn)生了電路規(guī)模變大的問題。
因此，提出了不用電阻而用電容器(電容)來構(gòu)成反饋阻抗的技術(shù)。圖7是表示那種電容測量裝置的電路圖。參照圖7，在該電容測量裝置中，反饋阻抗由反饋電容115構(gòu)成。該電路的輸出電壓Vout由下式(2)來表示Vout＝[(Cd+ΔC·sinωct)/Cf]Vin (2)如上式(2)所示，如用反饋電容115(電容值Cf)來構(gòu)成反饋阻抗，則以靜電電容Cs蓄積的電荷與以反饋電容115的電容值Cf蓄積的電荷相等，因而可以將信號線117的電荷量維持恒定。由此，在輸出電壓Vout中不包含與角速度ωc成比例的項。因此，電路輸出沒有對電容變化頻率的相關(guān)性，因而在后面的階段沒有必要新設(shè)置處理電路來使之不具有頻率特性。其結(jié)果是，可以防止電路規(guī)模的擴大。
然而，當(dāng)如圖7所示的技術(shù)那樣由反饋電容115來構(gòu)成反饋阻抗時，由于在位于反饋電容115與被測電容114之間的信號線117中不會有直流電流流過，因而信號線117成為電氣浮游狀態(tài)(浮動狀態(tài))。因而，會有信號線117的電位不穩(wěn)定，電路輸出飽和至電源電壓等，使電路無法正常進行工作的問題。
為了防止上述問題，可考慮如圖7所示那樣，通過在信號線117與GND之間連接電阻119，來固定信號線117的電位。
然而，如上所述，在通過電阻119來固定電位的情況下，在電容測量時，會有電流流向電阻119的情況。在這種情況下，由于信號線117的電荷量發(fā)生了變化，因而具有電容測量裝置的靈敏度下降的問題。因此，準確地進行電容測量會比較困難。
此外，當(dāng)在被測電容114上施加Vin時，將信號線117用屏蔽線(圖中未示出)覆蓋起來，并通過虛短路使得該屏蔽線與信號線117為相同電位之后，即使屏蔽線及信號線117落到GND上，在實際的運算放大器(運算放大器112)中，信號線117也不會變?yōu)镚ND，還會有微弱的Vin的信號在信號線117上。因此，由于在屏蔽線與信號線117之間會產(chǎn)生寄生電容，由于該寄生電容的影響，準確地進行電容測量會較困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述問題而完成的，本發(fā)明的一個目的在于提供一種電位固定裝置，其可以防止第一電容與第二電容之間的連接線中的電荷量發(fā)生變化。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種電容測量裝置，其使得即使在固定了第一電容與第二電容之間的連接線的電位的情況下，也可以不降低靈敏度地來準確進行電容測量。
本發(fā)明還有一個目的在于提供一種電位固定方法，其可防止第一電容與第二電容之間的連接線中的電荷量發(fā)生變化。
本發(fā)明的一個方式中的電位固定裝置是用于固定第一電容以及與該第一電容直接相連的第二電容這兩個電容之間的連接線的電位的電位固定裝置，其至少具有兩個高阻抗，并包括電壓供應(yīng)裝置，所述電壓供應(yīng)裝置一邊保持第一電容與第二電容之間的合計總電荷量，一邊將兩個電容之間的連接線的電位維持恒定。另外，該電壓供應(yīng)裝置的輸出端子連接在兩個電容之間的連接線上。另外，本發(fā)明中的高阻抗除了高電阻之外，也可以利用二極管的反偏特性、或者晶體管的截止?fàn)顟B(tài)來實現(xiàn)。
在上述一個方式中的電位固定裝置中，設(shè)置了一邊保持第一電容與第二電容之間的合計總電荷量一邊將兩個電容間的連接線的電位維持恒定的電壓供應(yīng)裝置，并將該電壓供應(yīng)裝置的輸出端子連接在兩個電容之間的連接線上，由此，可以防止第一電容與第二電容之間的連接線上的電荷量發(fā)生變化。此外，通過在電壓供應(yīng)裝置中包括至少兩個高阻抗，可以通過該高阻抗來有效防止流經(jīng)兩個電容之間的連接線的電流的一部分流向電壓供應(yīng)裝置一側(cè)。由此，可以防止第一電容與第二電容之間的連接線上的電荷量發(fā)生變化。如此，由于可以防止第一電容與第二電容之間的連接線中的電荷量發(fā)生變化，因而例如在電容測量裝置中，即使當(dāng)?shù)谝浑娙菖c第二電容之間的連接線上的電位被固定時，電容測量值的靈敏度也不會降低。其結(jié)果是，可以進行準確的電容測量。
本發(fā)明的另一方式中的電位固定裝置是用于固定第一電容以及與第一電容直接相連的第二電容這兩個電容之間的連接線的電位的電位固定裝置，其至少具有兩個高阻抗，并包括輸出與施加在連接線上的工作信號的電位相等的電位的電壓供應(yīng)裝置。另外，該電壓供應(yīng)裝置的輸出端子連接在兩個電容之間的連接線上。
在上述另一方式中的電位固定裝置中，設(shè)置了輸出與施加到連接第一電容與第二電容的連接線上的工作信號的電位相等的電位的電壓供應(yīng)裝置，并將該電壓供應(yīng)裝置的輸出端子連接在第一電容與第二電容之間的連接線上，由此，由于在第一電容與第二電容之間的連接線中沒有電流的流進流出，因而可以防止連接線的合計總電荷量發(fā)生變化。此外，通過在電壓供應(yīng)裝置中包括至少兩個高阻抗，可以通過該高阻抗來有效防止流經(jīng)連接線的電流的一部分流向電壓供應(yīng)裝置一側(cè)。由此，也可以防止連接線的合計總電荷量發(fā)生變化。如此，由于可以防止第一電容與第二電容之間的連接線的電荷量發(fā)生變化，因而例如在電容測量裝置中，即使當(dāng)?shù)谝浑娙菖c第二電容之間的連接線的電位被固定時，電容測量裝置的靈敏度也不會降低。其結(jié)果是，可以進行準確的電容測量。
在上述一個方式或者另一方式中的電位固定裝置中，電壓供應(yīng)裝置最好包括第一高電阻；與該第一高電阻直接相連的第二高電阻；以及輸出通過第一高電阻與第二高電阻進行分壓后的電位的電壓分壓裝置。另外，本發(fā)明中所謂的“高電阻”，當(dāng)對象電容為1pF左右、幾百MHz以上時，是幾MΩ以上，當(dāng)對象電容為1pF左右、幾百KHz～1MHz左右時，是幾百MΩ以上。即，“高電阻”的意思是指與第一電容及第二電容的阻抗成分相比，具有相對來說足夠高的電阻值的電阻。如此，如果使電壓供應(yīng)裝置包括輸出由第一高電阻與第二高電阻分壓的電位的電壓分壓裝置，則通過適當(dāng)選擇第一高電阻及第二高電阻的電阻值，可以容易地調(diào)節(jié)電壓供應(yīng)裝置的輸出電位。
在上述一個方式或者另一方式中的電位固定裝置中，最好有如下結(jié)構(gòu)電壓供應(yīng)裝置包含放大器、規(guī)定電壓施加裝置、第一高電阻、第二高電阻以及輸出端子，在放大器上連接著第一高電阻的一端，將第一高電阻的另一端與第二高電阻的一端相連，在第一高電阻的另一端與第二高電阻的一端之間連接有輸出端子，將第二高電阻的另一端與規(guī)定電壓施加裝置連接起來。如這樣構(gòu)成，則通過確定放大器的放大率、第一高電阻及第二高電阻的阻值、規(guī)定電壓施加裝置的電壓值，從而可以容易地將電壓供應(yīng)裝置的輸出端子的電位控制為與施加在第一電容與第二電容之間的連接線上的工作信號的電位相等的電位。
在本發(fā)明的另外其他的方式中的包含電位固定裝置的電容測量裝置中，電位固定裝置還包含第一運算放大器，第一電容為被測電容，兩個電容之間的連接線為信號線，在該信號線上連接著第一運算放大器的輸入端子。
在上述另外其他的方式中的電容測量裝置中，包括具有上述任一個結(jié)構(gòu)的電位固定裝置，并將該電位固定裝置的第一電容作為被測電容，將兩個電容間的連接線作為信號線，由此，由于在信號線中沒有電流的流進流出，因而可以防止信號線的合計總電荷量發(fā)生變化。由此，在電容測量裝置中，即使當(dāng)構(gòu)成被測電容的第一電容與第二電容之間的信號線的電位被固定時，電容測量裝置的靈敏度也不會降低。其結(jié)果是，可以進行準確的電容測量。
在上述另外其他方式中的包含電位固定裝置的電容測量裝置中，最好有如下結(jié)構(gòu)電位固定裝置還包括第二運算放大器，該第二運算放大器的輸出端子與第二電容相連。如此構(gòu)成的話，可以將第二運算放大器作為電流源來使用。
本發(fā)明的又一方式中的電位固定方法是用于固定第一電容以及與第一電容直接相連的第二電容這兩個電容之間的連接線的電位的電位固定方法，其將利用至少兩個高阻抗分壓后的電位作為輸出電位，將該輸出電位施加在兩個電容之間的連接線上，并且，該輸出電位被固定為在連接線中沒有電流的流進流出的輸出電位。
在上述又一方式中的電位固定方法中，當(dāng)固定兩個電容之間的連接線的電位時，通過將施加在兩個電容之間的連接線上的輸出電位固定為在該連接線中沒有電流的流進流出的輸出電位，從而可以防止第一電容與第二電容之間的連接線上的合計總電荷量發(fā)生變化。此外，通過對利用至少兩個高阻抗分壓后的輸出電位進行電位固定，從而可通過該高阻抗來有效地防止流經(jīng)第一電容與第二電容之間的連接線的電流的一部分流向高阻抗一側(cè)。由此，可以防止第一電容與第二電容之間的連接線上的合計總電荷量發(fā)生變化。如此，由于可以防止第一電容與第二電容之間的連接線上的合計總電荷量發(fā)生變化，因而例如在電容測量裝置中，即使在固定了第一電容與第二電容之間的連接線的電位時，電容測量裝置的靈敏度也不會降低。其結(jié)果是，可以進行準確的電容測量。
本發(fā)明另外又一方式中的電位固定方法是用于固定第一電容以及與第一電容直接相連的第二電容這兩個電容之間的連接線的電位的電位固定方法，其將利用至少兩個高阻抗分壓后的電位作為輸出電位，將該輸出電位施加在兩個電容之間的連接線上，并且，將輸出電位設(shè)定為與被施加在兩個電容之間的連接線上的工作信號的電位相等。
在上述另外又一方式中的電位固定方法中，當(dāng)固定第一電容與第二電容之間的連接線的電位時，通過將施加在該連接線上的輸出電位設(shè)定為與施加在兩個電容之間的連接線上的工作信號的電位相等，從而可以防止兩個電容之間的連接線的合計總電荷量發(fā)生變化。此外，通過對利用至少兩個高阻抗分壓后的輸出電位進行電位固定，從而可以通過該高阻抗來有效防止流經(jīng)連接線的電流的一部分流向高阻抗一側(cè)。由此，可以防止連接線的合計總電荷量發(fā)生變化。如此，由于可以防止兩個電容之間的連接線的合計總電荷量發(fā)生變化，因而例如在電容測量裝置中，即使當(dāng)固定了第一電容與第二電容之間的連接線的電位時，電容測量裝置的靈敏度也不會降低。其結(jié)果是，可以進行準確的電容測量。
在上述又一方式或者另外又一方式中的電位固定方法中，最好使用第一電容及第二電容中的任意一個作為被測電容。若這樣構(gòu)成，則可以容易地進行電容測量。


圖1是表示本發(fā)明第一實施方式的含有電位固定裝置的電容測量裝置的電路圖；圖2是表示圖1所示的第一實施方式的電位固定裝置所含有的放大器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一個例子的電路圖；圖3是表示本發(fā)明第二實施方式的含有電位固定裝置的電容測量裝置的電路圖；圖4是表示本發(fā)明第三實施方式的含有電位固定裝置的電容測量裝置的電路圖；圖5是表示本發(fā)明第四實施方式的含有電位固定裝置的電容測量裝置的電路圖；圖6是表示以往的將電阻用作反饋阻抗時的電容測量裝置的電路圖；圖7是表示將電容器(電容)用作圖6中的反饋阻抗時的電容測量裝置的電路圖。
具體實施例方式
下面，根據(jù)附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。
(第一實施方式)圖1是表示本發(fā)明第一實施方式的含有電位固定裝置的電容測量裝置的電路圖。圖2是表示圖1所示的第一實施方式的電位固定裝置的放大器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一個例子的電路圖。
首先，參照圖1及圖2，對第一實施方式的含有電位固定裝置的電容測量裝置的結(jié)構(gòu)進行說明。該第一實施方式的電容測量裝置包括運算放大電路12、交流電壓發(fā)生器13、具有靜電電容Cs的被測電容14、具有電容Cf的作為反饋阻抗的固定電容15。另外，運算放大器12是本發(fā)明的“第一運算放大器”的一個示例。此外，被測電容14是本發(fā)明的“第一電容”或者“第二電容”的一個示例，固定電容15是本發(fā)明的“第一電容”或者“第二電容”的一個示例。
被測電容14與固定電容15由信號線17連接。信號線17連接在運算放大電路12的一個端子上。另外，該信號線17是本發(fā)明的“連接線”的一個示例。此外，在被測電容14的與連接著信號線17一側(cè)相反的電極上，連接著交流電壓發(fā)生器13，此外，在固定電容15的與連接著信號線17一側(cè)相反的電極上，連接著信號輸出端子18。此外，在本實施方式中，交流電壓發(fā)生器13的另一端接地，但也可以連接在DC成分上。另外，被測電容14按照受到的物理量(加速度、壓力、氣體、光、聲波等)改變其所具有靜電電容Cs。此外，交流電壓發(fā)生器13用于在進行電容測量時產(chǎn)生施加到被測電容14上的工作信號Vin。
這里，在第一實施方式的電容測量裝置中，使用配有電壓供應(yīng)電路1的電位固定裝置來固定信號線17的電位。另外，電壓供應(yīng)電路1是本發(fā)明的“電壓供應(yīng)裝置”的一個示例。電壓供應(yīng)電路1包括具有放大率A的放大器2、具有阻值Ra1的第一高電阻3、具有阻值Ra2的第二高電阻4。第一高電阻3的Ra1以及第二高電阻4的Ra2都具有1MΩ以上的阻值。另外，該阻值只要是如下阻值即可，即，其與從使用的頻率與檢測電容求得的大概的特性阻抗值相比，具有一個相對來說足夠高的值。
此外，在放大器2的輸入側(cè)，交流電壓發(fā)生器13與其他的交流電壓發(fā)生器(其他電源)7相連。在放大器2的輸出側(cè)，連接有第一高電阻3的一端。在第一高電阻3的另一端與第二高電阻4的一端之間，連接有輸出端子5。該電壓供應(yīng)電路1的輸出端子5在點P與信號線17相連。第二高電阻4的另一端上設(shè)有端子6。在端子6上施加規(guī)定的電位Vs。該端子6是本發(fā)明的“規(guī)定電壓施加裝置”的一個示例。此外，從輸出端子5輸出通過第一高電阻3及第二高電阻4的分阻而分壓的電壓Va。
此外，放大器2例如具有如圖2所示的結(jié)構(gòu)。即，放大器2包括運算放大電路21、具有阻值R1的電阻22、具有阻值R2的電阻23。在運算放大電路21的同相輸入端子上連接著交流電壓發(fā)生器7(參照圖1)。此外，在運算放大電路21的輸出端子與反相輸入端子之間連接有電阻22。此外，在運算放大電路21的反相輸入端子與GND之間連接有電阻23。通過如此構(gòu)成，可以容易地得到放大率A＝(R1+R2)/R2的放大器2。
在第一實施方式的電容測量裝置的電位固定方法中，確定放大器2的放大率A、第一高電阻3的阻值Ra1、第二高電阻4的阻值Ra2以及端子6的電壓Vs，以使得流向信號線17的工作信號的電壓Vin與電壓供應(yīng)電路1的輸出端子5的電壓Va相等。另外，通過適當(dāng)選擇圖2所示的電阻22及23的阻值R1及R2，可以容易地調(diào)節(jié)放大器2的放大率A。
作為圖1所示的第一實施方式的電容測量裝置的電容測量操作，若在從交流電壓發(fā)生器13產(chǎn)生工作信號(電壓Vin)，則該工作信號的電壓Vin被加到被測電容14的兩端。由此，在被測電容14中有電流流過。此時，由于運算放大器12的輸入阻抗理想上是無窮大，因而流經(jīng)被測電容14的電流全部流向固定電容15。由此，與被測電容14的靜電電容Cs相對應(yīng)的輸出電壓Vout被從信號輸出端子18輸出。然后，通過根據(jù)該檢測信號的輸出電壓Vout進行各種信號處理，從而可得到被測電容14的靜電電容Cs。
在第一實施方式中，如上所述，設(shè)置電壓供應(yīng)電路1，其向連接被測電容14與固定電容15的信號線17施加用于電位固定的交流電壓；并且，通過設(shè)定使得該電壓供應(yīng)電路1的輸出端子5的電位使得其與施加到信號線17上的工作信號的電位Vin相等，從而在信號線17中沒有電流流進流出，因而可以防止信號線17的電荷量發(fā)生變化。
此外，由于電壓供應(yīng)電路1中包含第一高電阻3及第二高電阻4這樣的高阻抗，從而可以通過該高阻抗來有效防止流經(jīng)信號線17的電流的一部分流向電壓供應(yīng)電路1一側(cè)。從而，可以防止信號線17的電荷量發(fā)生變化。
在第一實施方式中，如上所述，由于對于信號線17沒有電荷的注入或流出，因而可以防止信號線17的合計總電荷量發(fā)生變化。
這里，對被測電容14與固定電容15的合計總電荷量進行說明。如圖1所示，由于來自交流電壓發(fā)生器13的工作信號(電壓Vin)恒定，因而施加到被測電容14上的電壓Vs也恒定。但是，由于被測電容14是電容檢測部，因而被測電容14的電容值Cs發(fā)生變化。被測電容14的電容值Cs的變化促成了被測電容14的電荷量Qs的變化。在第一實施方式中，如上所述，由于對于信號線17沒有電荷的注入或流出，因而儲存在固定電容15中的電荷量Qf與儲存在被測電容14中的電荷量Qs之和恒定。因此，被測電容14的電荷量Qs的增減會導(dǎo)致出現(xiàn)固定電容15的電荷量Qf的減增。
由于固定電容15的電容值Cf恒定，因而固定電容15的電荷量Qf的變化(減增)會導(dǎo)致出現(xiàn)加在固定電容15上的電壓值Vf的變化(減增)。然后，將加在該固定電容15上的電壓值Vf的輸出作為Vout從信號輸出端子18輸出。
即，在第一實施方式的電容測量裝置中，在被測電容14的電容值Cs與固定電容15的電容值Cf之間存在電荷的交換，但是如上所述，由于對于信號線17沒有電荷的注入或流出，因而被測電容14與固定電容15的合計總電荷量恒定。由此，一邊將被測電容14與固定電容15之間的合計總電荷量保持恒定，一邊通過電壓供應(yīng)電路1向信號線17施加固定的電位。因此，即使在連接被測電容14與固定電容15的信號線17的電位被固定了的時候，電容測量裝置的靈敏度也不會降低。其結(jié)果是，可以進行準確的電容測量。
(第二實施方式)圖3是表示本發(fā)明第二實施方式的包括電位固定裝置的電容測量裝置的電路圖，其中該電位固定裝置含有電壓分壓電路。參照圖3，示出了如下情形的示例，即，在本第二實施方式的電壓供應(yīng)電路1中，在上述第一實施方式的結(jié)構(gòu)中的放大器2的輸入側(cè)，替代交流電壓發(fā)生器7而連接有交流電壓發(fā)生器13，用于向信號線17施加工作信號Vin。另外，第二實施方式的其他結(jié)構(gòu)與上述第一實施方式相同。
在第二實施方式中，如上所述，在放大器2的輸入側(cè)連接了交流電壓發(fā)生器13，用于向信號線17施加工作信號Vin，因而可以省略第一實施方式的交流電壓發(fā)生器7，從而與第一實施方式相比可簡化電路結(jié)構(gòu)。
此外，在第二實施方式中，與上述第一實施方式相同，通過調(diào)節(jié)放大器2的放大率A、第一高電阻3的阻值Ra1、第二高電阻4的阻值Ra2以及端子6的電壓Vs，可以容易地將電壓供應(yīng)電路1的輸出端子5中的電壓Va設(shè)定為與信號線17的工作信號的電壓Vin相等。具體地說，通過使圖2所示的放大器2的電阻22及23的阻值R1＝R2，使放大器2的放大率A為A＝2，并且Vs＝0V、Ra1＝Ra2，從而可以使得電壓供應(yīng)電路1的輸出端子5的電壓Va變?yōu)閂a＝Vin。
如此，通過將電壓供應(yīng)電路1的輸出端子5中的電壓Va設(shè)為與信號線17的工作信號的電壓Vin相等，由于與上述第一實施方式相同，在信號線17中沒有電流的流進流出，因而可以有效地防止信號線17的電荷量發(fā)生變化。其結(jié)果是，即使在電容測量裝置中固定了信號線17的電位時，由于電容測量裝置的靈敏度不會降低，因而可以進行正確的電容測量。
(第三實施方式)圖4是表示本發(fā)明第三實施方式的含有電位固定裝置的電容測量裝置的電路圖。
首先，參照圖4，對含有第三實施方式中的電位固定裝置的電容測量裝置的結(jié)構(gòu)進行說明。在本第三實施方式中，包括作為電流源的運算放大電路11、處于虛短路狀態(tài)的運算放大電路12、交流電壓發(fā)生器13、被測電容14、固定電容15。另外，運算放大器11是本發(fā)明的“第二運算放大器”的一個示例。被測電容14與固定電容15通過信號線17來連接。信號線17被連接在運算放大電路12的一個輸入端子上。此外，交流電壓發(fā)生器13連接在運算放大電路12的另一個輸入端子上。
這里，在第三實施方式中，使用配有電壓供應(yīng)電路1的電位固定裝置來固定信號線17的電位。另外，電壓供應(yīng)電路1的結(jié)構(gòu)以及其所包含的放大器2的結(jié)構(gòu)與上述第一實施方式相同。即，電壓供應(yīng)電路1包括具有放大率A的放大器2、第一高電阻3和第二高電阻4。在放大器2的輸入側(cè)，連接著與交流電壓發(fā)生器13不同的交流電壓發(fā)生器7。在放大器2的輸出側(cè)，連接著第一高電阻3的一端。在第一高電阻3的另一端，設(shè)有電壓供應(yīng)電路1的輸出端子5。該電壓供應(yīng)電路1的輸出端子5被連接在信號線17上。在第二高電阻4的另一端設(shè)有端子6。在端子6上施加規(guī)定的電位Vs。此外，從輸出端子5輸出通過第一高電阻3及第二高電阻4進行分阻而分壓的電壓Va。
在第三實施方式的電容測量裝置的電位固定方法中，確定放大器2的放大率A、第一高電阻3的阻值Ra1、第二高電阻4的阻值Ra2以及端子6的電壓Vs，以使得流經(jīng)信號線17的工作信號的電壓Vin與電壓供應(yīng)電路1的輸出端子5的電壓Va相等。
作為圖4所示的第三實施方式的電容測量裝置的電容測量操作，由于運算放大器12處于虛短路的狀態(tài)，因而來自交流電壓發(fā)生器13的電壓Vin(工作信號)被加到信號線17上。由此，在被測電容14的兩端上有電流流過。然后，與被測電容14的靜電電容Cs相對應(yīng)的輸出電壓Vout被從信號輸出端子18輸出。通過對該輸出電壓Vout實施各種信號處理，從而得到被測電容14的靜電電容Cs。
在第三實施方式中，如上所述，設(shè)置電壓供應(yīng)電路1，其向連接被測電容14與固定電容15的信號線17施加用于電位固定的交流電壓，并且，通過將該電壓供應(yīng)電路1的輸出端子5的電位設(shè)為與被施加到信號線17上的工作信號的電位Vin相等，由于在信號線17上沒有電流的流進流出，因而可以防止信號線17的電荷量發(fā)生變化。此外，由于在電壓供應(yīng)電路1中包括第一高電阻3以及第二高電阻4這樣的高阻抗，從而可以通過該高阻抗來有效地防止流經(jīng)信號線17的電流的一部分流向電壓供應(yīng)電路1一側(cè)。由此，也可以防止信號線17的電荷量發(fā)生變化。其結(jié)果是，在第三實施方式的電容測量裝置中，即使當(dāng)連接被測電容14與固定電容15的信號線17的電位被固定時，由于電容測量裝置的靈敏度不會降低，因而可以進行準確的電容測量。
(第四實施方式)圖5是表示本發(fā)明第四實施方式中的包括電位固定裝置的電容測量裝置的電路圖，其中該電位固定裝置含有電壓供應(yīng)電路。參照圖5，示出了如下情形的示例，即，在本第四實施方式的電壓供應(yīng)電路1中，在上述第三實施方式的結(jié)構(gòu)中的放大器2的輸入側(cè)，替代交流電壓發(fā)生器7而連接有交流電壓發(fā)生器13，用于向信號線17施加工作信號Vin。另外，第四實施方式的其他結(jié)構(gòu)與上述第三實施方式相同。
在第四實施方式中，如上所述，在放大器2的輸入側(cè)連接交流電壓發(fā)生器13，用于向信號線17施加工作信號Vin，因而可以省略第三實施方式的交流電壓發(fā)生器7，從而與第三實施方式相比可簡化其電路結(jié)構(gòu)。
此外，在第四實施方式中，與上述第三實施方式相同，通過調(diào)節(jié)放大器2的放大率A、第一高電阻3的阻值Ra1、第二高電阻4的阻值Ra2以及端子6的電壓Vs，可以容易將電壓供應(yīng)電路1的輸出端子5中的電壓Va設(shè)為與信號線17的工作信號的電壓Vin相等。具體地說，通過使圖2所示的放大器2的電阻22以及23的阻值R1＝R2，使放大器2的放大率A為A＝2，并且Vs＝0V、Ra1＝Ra2，從而可以容易地使電壓供應(yīng)電路1的輸出端子5的電壓Va與信號線17的工作信號的電壓Vin為相同電位。
如此，通過將電壓供應(yīng)電路1的輸出端子5中的電壓Va設(shè)為與信號線17的工作信號的電壓Vin相等，與上述第三實施方式相同，由于在信號線17中沒有電流的流進流出，因而可以有效地防止信號線17的電荷量發(fā)生變化。其結(jié)果是，即使當(dāng)在電容測量裝置中信號線17的電位被固定時，由于電容測量裝置的靈敏度不會降低，因而可以進行準確的電容測量。例如，使得Cs＝20pF，Cf＝1pF，放大器的放大率A＝2，Vin為以500KHz進行的數(shù)十mVrms的輸入時，在Ra1＝Ra2＝1MΩ時，Cs中的電壓靈敏度為-16dB，而當(dāng)Ra1＝Ra2＝100MΩ時，為-5dB，出現(xiàn)了約10dB的改善。
另外，這次公開的實施方式在所有要點上都應(yīng)被理解為是進行例示而不是限制。本發(fā)明的范圍不是以上述實施方式來說明的，而是以權(quán)利要求書進行表示的，另外還包括與權(quán)利要求書等同的構(gòu)思及范圍內(nèi)的所有變化。
例如，在上述實施方式中，使用了第一高電阻3及第二高電阻4作為電壓供應(yīng)電路1的高阻抗，但是本發(fā)明并不僅限于此，例如，也可以使用二極管的反偏特性，還可以使用晶體管的截止?fàn)顟B(tài)等作為高阻抗。
此外，在上述實施方式中，對具有如圖1、圖3、圖4及圖5所示的電路結(jié)構(gòu)的電容測量裝置進行了說明，但是本發(fā)明并不僅限于此，其同樣也適用于具有其他電路結(jié)構(gòu)的電容測量裝置。
此外，在上述實施方式中，說明了固定電容測量裝置中的連接被測電容14與固定電容15的信號線17的電位的情形，但是本發(fā)明并不僅限于此，也可以廣泛適用于固定包括第一電容與第二電容直接連接的電路結(jié)構(gòu)的電容測量裝置以外的裝置的電位的情形。
如上所示，根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)固定第一電容與第二電容之間的連接線的電位時，可以防止第一電容與第二電容之間的連接線的電荷量發(fā)生變化。其結(jié)果是，例如在電容測量裝置中，即使第一電容與第二電容之間的連接線的電位被固定時，電容測量裝置的靈敏度也不會降低，因而可以進行準確的電容測量。
工業(yè)實用性如上所述，本發(fā)明的電位固定裝置、電位固定方法以及電容測量裝置作為檢測靜電電容的電路及裝置很有用，特別適用于作為電容式麥克風(fēng)等在各種頻率下其電容值改變的電容式傳感器的檢測電路及檢測裝置。
權(quán)利要求
1.一種電位固定裝置，用于固定連接線的電位，所述連接線連接第一電容、以及與所述第一電容直接相連的第二電容，其特征在于，具有至少兩個高阻抗，并包括電壓供應(yīng)裝置，所述電壓供應(yīng)裝置一邊保持所述第一電容與所述第二電容之間的合計總電荷量，一邊使所述兩個電容之間的連接線的電位維持恒定，所述電壓供應(yīng)裝置的輸出端子連接在所述兩個電容之間的連接線上。
2.一種電位固定裝置，用于固定連接線的電位，所述連接線連接第一電容、以及與所述第一電容直接相連的第二電容，其特征在于，具有至少兩個高阻抗，并包括電壓供應(yīng)裝置，該電壓供應(yīng)裝置輸出與施加在所述連接線上的工作信號的電位相等的電位，所述電壓供應(yīng)裝置的輸出端子連接在所述兩個電容之間的連接線上。
3.如權(quán)利要求1或2所述的電位固定裝置，其特征在于，所述電壓供應(yīng)裝置包括第一高電阻；第二高電阻，與所述第一高電阻直接相連；電壓分壓裝置，輸出通過所述第一高電阻與所述第二高電阻分壓后的電位。
4.如權(quán)利要求1或2所述的電位固定裝置，其特征在于，所述電壓供應(yīng)裝置包括放大器、規(guī)定電壓施加裝置、第一高電阻、第二高電阻以及所述輸出端子；在所述放大器上連接著所述第一高電阻的一端，所述第一高電阻的另一端與所述第二高電阻的一端相連，在所述第一高電阻的另一端與所述第二高電阻的一端之間連接著所述輸出端子，所述第二高電阻的另一端與所述規(guī)定電壓施加裝置相連。
5.一種電容測量裝置，含有如權(quán)利要求1至4中任一項所述的電位固定裝置，其特征在于，所述電位固定裝置還包括第一運算放大器，所述第一電容為被測電容，所述兩個電容之間的連接線為信號線，在所述信號線上連接著所述第一運算放大器的輸入端子。
6.如權(quán)利要求5所述電容測量裝置，其特征在于，所述電位固定裝置還包括第二運算放大器，所述第二運算放大器的輸出端子連接在所述第二電容上。
7.一種電位固定方法，用于固定連接線的電位，所述連接線連接第一電容、以及與所述第一電容直接相連的第二電容，其特征在于，將利用至少兩個高阻抗分壓后的電位作為輸出電位，將所述輸出電位施加在所述兩個電容之間的連接線上，并且，所述輸出電位被固定為在所述連接線中沒有電流的流進流出的輸出電位。
8.一利電位固定方法，用于固定連接線的電位，所述連接線連接第一電容、以及與所述第一電容直接相連的第二電容，其特征在于，將利用至少兩個高阻抗分壓后的電位作為輸出電位，將所述輸出電位施加在所述兩個電容之間的連接線上，并且，將所述輸出電位設(shè)定為與施加在所述兩個電容之間的連接線上的工作信號的電位相等。
9.如權(quán)利要求7或8所述電位固定方法，其特征在于，將所述第一電容及所述第二電容中任一個作為被測電容。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種電位固定裝置，即使在第一電容與第二電容直接相連的情況下固定了第一電容與第二電容之間的連接線的電位時，也可以防止第一電容與第二電容之間的連接線的合計總電荷量變化。該電位固定裝置具有第一高電阻(3)及第二高電阻(4)，并配有電壓供應(yīng)電路(1)，所述電壓供應(yīng)電路(1)一邊保持被測電容(14)與固定電容(15)之間的合計總電荷量，一邊將連接被測電容(14)與固定電容(15)的信號線(17)上的電位維持恒定。另外，電壓供應(yīng)電路(1)的輸出端子(5)連接在信號線(17)上。
文檔編號H04R3/06GK1628252SQ02829020
公開日2005年6月15日 申請日期2002年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月22日
發(fā)明者八壁正巳, 中野浩一 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社, 北斗電子工業(yè)株式會社