[发明专利]一种量程自适应的高精度电容检测方法及检测电路

权利要求书

1.一种量程自适应的高精度电容检测电路，其特征在于，包括电容检测电路、控制电路、量程检测电路以及量化电路；

所述电容检测电路，用于通过基准电流源在一定电压范围内的恒流特性产生与待测电容的电容值相关的电压信号，即信号S2；

所述控制电路，用于产生时钟信号，即信号S5，通过时钟信号的分频结果S1控制待测电容周期性充放电，将电容检测电路输出的电压信号转变为电平信号，即信号S3；根据信号S3为量化电路提供开始量化和结束量化信号；

所述量程检测电路，用于检测控制电路输出的信号S3和分频结果S1，分频结果S1下降沿来临时判断信号S3是否为高电平，若为高电平，使用当前量程对待测电容进行量化；若信号S3为低电平，表明待测电容超出了预设量程，对量程检测电路当前的输出信号S6进行移位寄存后输出，输出的信号S6发送至分频器的IN1端，调整分频器的分频比，增加电路的量程以完成待测电容的测量；

所述量化电路，用于根据公式确定待测电容的电容值，其中，C表示待测电容的电容值，I表示基准电流源产生的放电电流，ΔV表示待测电容的放电电压，Δt表示电容放电所经历的时间；基于时间域进行电容量化并输出量化结果；

所述电容检测电路包括：

PMOS管，用于根据分频结果S1控制待测电容周期性充放电；

二选一选择器，用于根据分频结果S1决定将基准电流源接至电源VDD或将基准电流源接至待测电容；分频结果S1输入至二选一选择器的输入端，二选一选择器的输出端输出电压信号S2；

所述控制电路包括时钟产生电路、比较器、上升沿检测器、分频器及基准电压源；

所述时钟产生电路，用于产生系统时钟信号，即信号S5，并将信号S5分别输入至上升沿检测器的控制端和分频器的输入端；

所述比较器，用于将信号S2转变为信号S3，并将信号S3输入上升沿检测器；比较器的反相输入端连接电容检测电路的输出端，比较器的输出端连接上升沿检测器的输入端；

所述上升沿检测器，用于检测比较器的输出，当比较器输出的信号S3由低电平跳变至高电平时，在信号S5的下一个上升沿来临时上升沿检测器输出一个矩形脉冲，即信号S4；

所述基准电压源，用于标定待测电容的放电区间，基准电压源接比较器的同相输入端；

所述分频器，包括延时单元级联构成延时链模块，除第一个和最后一个延时单元外，中间的延时单元全部首尾相连，每一个延时单元的输出接下一个延时单元的输入，每一个延时单元的输出端均接有一个D触发器，信号S3输入至延时链模块的第一个延时单元的输入端，信号S4输入至每一个D触发器的时钟端；在信号S4上升沿来临时，D触发器将对应延时单元输出的电平送至其Q端，分频器的D触发器的Q非接回D端，构成1个二分频器，对输入信号S5进行2分频，Q端输出分频结果S1；

所述量化电路包括运算单元，用于根据公式Δt=NT-nt计算待测电容放电所经历的时间Δt，其中，T表示时钟产生电路的时钟周期，n表示在信号S3与信号S4上升沿的间隔中延时链内所有D触发器中电平为“1”的个数，t表示延时单元的延时。

2.根据权利要求1所述的一种量程自适应的高精度电容检测电路，其特征在于，所述电容检测电路还包括电源VDD；所述电源VDD，用于为待测电容充电，电源VDD接于待测电容的两端，待测电容连接电源VDD负极的一端接地；

所述PMOS管连接于待测电容与电源VDD的连接回路上，分频结果S1输入至PMOS管的栅端以控制PMOS管的开启与关断。

3.根据权利要求1所述的一种量程自适应的高精度电容检测电路，其特征在于，所述分频结果S1是一个周期性的方波，分频结果S1的高、低电平的时间由系统时钟信号S5和分频比决定。

4.根据权利要求1所述的一种量程自适应的高精度电容检测电路，其特征在于，所述待测电容充电期间，信号S2为电源VDD时，信号S3为低电平，在待测电容放电期间，随着电容电压的减小，信号S2不断减小，当信号S2电平比VREF小时，比较器的输出信号S3从低电平翻转为高电平，标志待测电容放电结束。