CN102253286A

CN102253286A - 电阻电容测量方法及其装置

Info

Publication number: CN102253286A
Application number: CN2011101750641A
Authority: CN
Inventors: 郑军
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-06-27
Filing date: 2011-06-27
Publication date: 2011-11-23

Abstract

本发明涉及一种电阻电容测量方法及其装置，包括多路串联阻容模块，多路串联阻容选择模块，阻容-周期转换模块和N周期时间检测模块，其特征在于：所述多路串联阻容模块将待检测的电阻或电容与对应的已确定的电容或电阻串联；所述多路串联阻容选择模块将选择多路串联阻容模块中待检测线路；阻容-周期转换模块将选定线路的阻容值转换成周期与此阻容值相应的连续脉冲并实现对多路串联阻容模块进行供电或电容充放电控制；N周期时间检测模块用以检测阻容-周期转换模块输出的连续脉冲N个周期的时间。本发明电路极其简单，成本低廉，应用范围广，相对于频率转换型电路，采样时间可以缩短1～2个数量级。

Description

电阻电容测量方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种电阻电容测量方法及其装置，应用于工业控制、仪器仪表领域，尤其工业过程控制的电阻式或电容式变送器。

背景技术

电阻式或电容式变送器在工业过程控制领域有着广泛的应用，近些年随着微处理器和单片机(MCU)技术的发展，智能化变送器逐渐成为主流。这样，MCU的前端测量电路需要将检测结果数字化后，才能由MCU进行后续的进一步处理。

电阻式变送器的前端测量电路就是电阻检测和数字化电路，常用单臂电桥、双臂电桥和四臂全桥，或恒流驱动，或电阻偏置等，输出相应的电压变化；经过放大电路放大；再通过ADC数字化后送MCU处理。通常都需要放大电路和昂贵的12～16位ADC，电路较复杂，成本较高。

电容式变送器的前端测量电路就是电容检测和数字化电路，常见的有以下几种：

1、采用容抗-电压转换电路，电容作为阻抗元件，在交流电源激励下，通过容抗-电压转换电路和ADC数字化后送MCU处理。需要复杂的交流电源、容抗-电压转换电路和昂贵的12～16位ADC，电路很复杂，成本很高。

2、采用电容-电压转换电路，例如：CAV424电容式信号转换比例电压输出接口集成电路，再通过ADC数字化后送MCU处理。需要昂贵的CAV424和12～16位ADC，电路较复杂，成本很高。

3、采用电容-频率转换电路，例如：CMOS型555集成电路组成RC多谐振荡器电路，将电容的变化转换成相应的频率变化。用MCU内部的定时器和计数器测量频率，实现对电容的数字化测量，电路较复杂，成本较高。

由于555时基电路并非为精密测量而设计，固有的缺陷导致抗干扰较差，测量精度较低。

因为二线制4～20mA对整机耗电电流的限制，双极型555功耗较大(电源电压5V时，电流3～6mA)；以及输出并非满幅，且输出电平的温度系数大；因此只能选用CMOS型的555集成电路，例如LMC555。

图1是LMC555的内部原理图，3个电阻R(100kΩ)形成的2个分压点，是2个比较器的基准电压。在几种典型的555多谐振荡器应用电路中，电源纹波导致的在这2个分压点的纹波或其它电磁干扰，会影响充电-放电或放电-充电的翻转时刻。这2个分压点内阻较高，也是振荡周期对电磁干扰的敏感点。上分压点有外部引出脚(Pin5)，可外接滤波电容滤除纹波或干扰，下分压点没有引出脚，无法解决此问题。实验发现，在上分压点已外接滤波电容的情况下，在普通办公室的电磁环境中，人体感应出的电磁干扰，用手指靠近或接触芯片的塑封部分(未触及芯片引脚)，就会导致振荡周期大约0.2%～0.5%的抖动。相对0.1%的整机精度要求，已经形成严重干扰。

无论是哪种电容-频率转换电路，由于频率是单位时间的脉冲数，若希望整机达到0.1%的精度，理论上采样分辨率至少为1/1000，也就是单位时间要计数1000个脉冲。因为，整机精度受到很多相关部件、元件和器件的精度、线性度、温漂和时漂等多方面因素的影响，通常采样分辨率要比整机精度提高大约4倍，留下3/4左右的余量来承受其它不利因素对整机精度的影响而不至于超标。因此，在实际应用中，在量程某个极限的时候，最小采样分辨率通常要达到1/3000～1/6000，也就是单位时间需要计数3000～6000个脉冲。这会导致采样时间比较长，进而劣化整机的死区时间(Dead Time)和刷新率(Update Rate)指标。

有一种电容式差压传感器有2个传感电容CL和CH，并且内置了温敏电阻RT用于检测传感器的温度进行压力测量的温度补偿。这就需要同时测量CL、CH和RT，通常需要电容测量电路和电阻测量电路，电路就更加复杂。

发明内容

本发明的首要目的在于提供一种电阻电容测量方法，以解决现有技术中变送器前端测量电路存在的电路复杂、成本高，或者抗干扰差、精度低，或者采样时间长、实时性差，或者对同时存在电阻和电容的混合式传感器不能简单地一起进行测量的问题，本发明的另一目的在于提供一种电阻电容测量装置，该装置有利于实现上述方法简单化测量。

本发明的首要特征在于：一种电阻电容测量方法，包括多路串联阻容模块，多路串联阻容选择模块，阻容-周期转换模块和N周期时间检测模块，其特征在于：所述多路串联阻容模块将待检测的电阻或电容与对应的已确定的电容或电阻串联；所述多路串联阻容选择模块将选择多路串联阻容模块中待检测线路；阻容-周期转换模块将选定线路的阻容值转换成周期与此阻容值相应的连续脉冲并实现对多路串联阻容模块进行供电或电容充放电控制；N周期时间检测模块用以检测阻容-周期转换模块输出的连续脉冲N个周期的时间，按如下步骤进行测量：

a.将需测量的多路的电阻或电容与已确定的电容或电阻分别串联并构成多路串联阻容模块，并将所有电容的非串联端接地，所有电阻的非串联端与阻容-周期转换模块的输出供电或电容充放电控制端相连；

b.将各路电阻与电容的串联点接入到多路串联阻容选择模块中，通过分时切换实现对多路串联阻容模块中需检测线路的选择，并实现对该线路阻容值的输出；

c. 将选中的需检测线路接入到阻容-周期转换模块中，使需检测线路中输出的阻容值经阻容-周期转换模块转换成周期与此阻容值相应的连续脉冲；

d. 将由阻容-周期转换模块输出的连续脉冲信号输入到N周期时间检测模块中，由N周期时间检测模块检测出N个周期的连续脉冲经历的时间，并将该时间保存在存储单元中，以待后期对该时间的处理。

本发明的另一特征在于：一种电阻电容测量装置，包括多路串联阻容模块，多路串联阻容选择模块，阻容-周期转换模块和N周期时间检测模块，其特征在于：所述多路串联阻容模块的串联连接点作为多路输出端与多路串联阻容选择模块的输入端一一对应相连，其中所有电容非串联端接地，所有电阻非串联端与阻容-周期转换模块的输出端相连；多路串联阻容选择模块的输入端与多路串联阻容模块串联阻容的串联连接点一一对应相连，多路串联阻容选择模块的输出端与阻容-周期转换模块的输入端相连；阻容-周期转换模块的输入端与多路串联阻容选择模块的输出端相连，阻容-周期转换模块的输出端与多路串联阻容模块串联阻容的所有电阻的非串联端和N周期时间检测模块的输入端相连；N周期时间检测模块的输入端与阻容-周期转换模块的输出端相连，N周期时间检测模块的输出端与存储单元相连。

本发明的优点：本发明主要具有以下优点：

1、电路极其简单，成本低廉。请参考图3，本发明的一种实施方案，除了与电阻式或电容式传感器配套的电容或电阻组成的4路串联阻容模块以外，只需要1颗PIC单片机就能实现电阻电容测量电路其余部分的功能。例如：电容式差压传感器只要2个电阻和1颗PIC单片机就能实现对压力的测量。

2、应用范围广，能适用于电阻式传感器、电容式传感器以及同时具有电阻式和电容式的混合型传感器。

3、N的值可以在MCU控制下灵活调整。能够自动适应传感器的离散性，减少产品电路部分的型号或款式；能够在一些先天相互矛盾的性能指标上寻求需要的最佳平衡点，例如：实时性和精度。

4、相对于频率转换型电路，采样时间可以缩短1～2个数量级。

电阻式传感器主要分为：应变式电阻传感器(金属、半导体)和电位计(器)式电阻传感器以及热敏式电阻传感器、光敏式电阻传感器、磁敏式电阻传感器、气敏式电阻传感器、湿敏式电阻传感器等；应变式电阻传感器是目前最广泛用于测量力、压力、位移、应变、扭矩、加速度、重量等参数的传感器之一。在目前电容式传感器中，比如电容式压力传感器、电容式湿度传感器、电容式液位仪和开关、电容式加速度和角度仪、电容式位移传感器等等。在这些电阻式或电容式传感器中本发明都有其广泛的应用前景。

附图说明

图1为LMC555的内部原理图。

图2为本发明的原理框图。

图3为本发明基于PIC单片机上的原理框图。

图4为本发明电容式差压传感器的2个电容配套2个电阻组成的2路串联阻容。

图5为本发明基于PIC单片机上实现的阻容-周期转换模块的原理框图。

图6为本发明基于PIC单片机上实现的N周期时间检测模块的原理框图。

具体实施方式

参考图2至图6，一种电阻电容测量方法，包括多路串联阻容模块，多路串联阻容选择模块，阻容-周期转换模块和N周期时间检测模块，所述多路串联阻容模块将待检测的电阻或电容与对应的已确定的电容或电阻串联；所述多路串联阻容选择模块将选择多路串联阻容模块中待检测线路；阻容-周期转换模块将选定线路的阻容值转换成周期与此阻容值相应的连续脉冲并实现对多路串联阻容模块进行供电或电容充放电控制；N周期时间检测模块用以检测阻容-周期转换模块输出的连续脉冲N个周期的时间，按如下步骤进行测量：

上述的多路串联阻容模块设置有用高精度、低温漂、低时漂的电阻和电容，组成1路参考用串联阻容。

上述多路串联阻容选择模块，阻容-周期转换模块和N周期时间检测模块均置于PIC单片机中。

上述阻容-周期转换模块由2个比较器和1个SR锁存器组成，VR1和VR2为2个比较器提供基准电压。

上述的VR1与VR2和VR1或VR2从PIC单片机的内部电路获得。

上述的VR1与VR2和VR1或VR2各自连接滤波电容，滤波电容的另一端接地。

上述的N周期时间检测模块使用CCP模块的捕捉模式实现，且周期个数N为正整数。

上述的N周期时间检测模块使用TIMER0+TIMER1的方式实现，且周期个数N为正整数。

一种电阻电容测量装置，包括多路串联阻容模块，多路串联阻容选择模块，阻容-周期转换模块和N周期时间检测模块，所述多路串联阻容模块的串联连接点作为多路输出端与多路串联阻容选择模块的输入端一一对应相连，其中所有电容非串联端接地，所有电阻非串联端与阻容-周期转换模块的输出端相连；多路串联阻容选择模块的输入端与多路串联阻容模块串联阻容的串联连接点一一对应相连，多路串联阻容选择模块的输出端与阻容-周期转换模块的输入端相连；阻容-周期转换模块的输入端与多路串联阻容选择模块的输出端相连，阻容-周期转换模块的输出端与多路串联阻容模块串联阻容的所有电阻的非串联端和N周期时间检测模块的输入端相连；N周期时间检测模块的输入端与阻容-周期转换模块的输出端相连，N周期时间检测模块的输出端与存储单元相连。

具体实施过程：

以电容式差压传感器应用为例，PIC单片机使用PIC16LF1828芯片(为描述方便以下简称PMCU)，以下结合附图，具体说明本发明的优选方式：

多路串联阻容模块：

电阻式传感器的电阻与配套电容串联，组成1路串联阻容；

电阻式半桥传感器的2个电阻分别与2个配套电容串联，组成2路串联阻容；

电容式传感器的电容与配套电阻串联，组成1路串联阻容；

电容式差压传感器的2个电容分别与2个配套电阻串联，组成2路串联阻容；

电容式差压传感器的温度检测温敏电阻与配套电容串联，组成1路串联阻容；

需要传感电阻则串联配套电容，需要传感电容则串联配套电阻，依此类推。

用高精度、低温漂、低时漂的电阻和电容，组成1路参考用串联阻容，MCU将参考用串联阻容的测量结果，用来对含传感器的检测用串联阻容的测量结果进行修正，可以有效提高测量精度。C0G电容温漂较低，高精度就比较困难，在电阻上再串联一个微调电位器，通过调校电位器，可以实现1路高精度、低温漂、低时漂的参考用串联阻容。

与传感器相配套组成串联阻容的电阻或电容，通常需要高精度、低温漂、低时漂，这样有利于提高测量精度。如果变送器出厂前还需要进行标定，通常就只要求低温漂、低时漂。

根据实际应用中需要传感的电阻或电容的数量，组成4路串联阻容模块。

4路串联阻容模块的串联连接点作为4路输出端与4路串联阻容选择模块的输入端一一对应相连，所有电容非串联端接地，所有电阻非串联端与阻容-周期转换模块的输出端相连。

电阻式传感器或电容式传感器用于将被检测的非电量的变化量转换成电阻值或电容量的变化量，由于对应串联的配套电容或配套电阻是确定的，这将导致对应的串联阻容的阻容值（RC值）发生相应的变化。

请参考图4，电容式差压传感器的2个传感电容CL和CH，分别配套2个电阻RL和RH，组成2路串联阻容。2个串联连接点分别是输出1和输出2，分别连接PMCU的多路开关输入端引脚C12IN0-和C12IN1-，CL和CH非串联端都接地，RL和RH非串联端与阻容-周期转换模块的输出端相连。

如果实际应用中，需要传感4路串联阻容模块，则相应的输出3和输出4分别连接PMCU的多路开关输入端C12IN2-和C12IN3-，相应多路串联阻容选择模块的控制也是同一个道理，以下就不赘述了。

多路串联阻容选择模块：

PMCU内部有2个比较器，图中Cx的x=1或2，C1是比较器1，C2是比较器2。在这2个比较器负(-)输入端CxVN的前面，有2个4选1电子开关，C1NCH<1:0>和C2NCH<1:0>分别控制这两个4选1电子开关。

4路串联阻容选择模块由这2个4选1电子开关组成，4个输入端分别是C12IN0-、C12IN1-、C12IN2-和C12IN3-，2个输出端分别连接C1VN和C2VN。

测量CL时，两个电子开关分别接通C1IN0-和C2IN0-，也就是都连接到引脚C12IN0-；测量CH时，两个电子开关分别接通C1IN1-和C2IN1-，也就是都连接到引脚C12IN1-。PMCU通过控制这些开关，分时测量CL和CH。

阻容-周期转换模块：

各种类型的RC振荡电路、无稳态多谐振荡电路、555无稳类电路等，通常都能作为阻容-周期转换模块，以下优选方式就是一种类似555直接反馈型无稳电路的优化电路。

请参考图5，阻容-周期转换模块由2个比较器和1个SR锁存器组成，VR1和VR2为2个比较器提供基准电压。

阻容-周期转换模块的输入端分别连接2个比较器的1个输入，比较器1的另一个输入接VR1，比较器2的另一个输入接VR2，比较器1的输出接SR锁存器的R输入，比较器2的输出接SR锁存器的S输入，SR锁存器的Q输出就是阻容-周期转换模块的输出。

图中CxPOL在逻辑上可用于对调比较器的正(+)和负(-)输入端，所以2个比较器在逻辑上按图5连接即可。CxSYNC通常选择0，不要T1CLK同步，以免影响测量精度。

将2个比较器的输出信号SYNCCxOUT分别按图5逻辑配置到SR锁存器的S和R输入端，将SR锁存器的Q配置成从SRQ引脚输出，作为阻容-周期转换模块的输出。

PMCU除了电源引脚以外的几乎所有引脚都是多功能复用的，在实际应用中，为了兼顾外部电路的需要，经常出现引脚冲突，通常可以通过调整引脚配置避开冲突。PMCU的2个比较器只是编号不同，可以互换使用。将SR锁存器的S和R输入端对调，并将SR锁存器的Q非配置成从SRNQ引脚输出，也可以作为阻容-周期转换模块的输出，逻辑上与图5是一致的。

VR1和VR2是2个比较器的基准电压，电源电压>VR1>VR2>地。VR1用来设定被测量串联阻容充电过程中电容电压的上限电压，达到这个电压，Q输出低电平，翻转到放电状态；VR2用来设定被测量串联阻容放电过程中电容电压的下限电压，达到这个电压，Q输出高电平，翻转到充电状态；周而复始，产生振荡周期与被测量串联阻容阻容值（RC值）相应的连续脉冲。

以上可见VR1和VR2这两个基准电压的波动，会影响翻转的时刻，导致周期的抖动，影响测量精度，VR1和VR2是振荡周期对电磁干扰的主要敏感点。实际应用中，若需要提高测量精度，这2点对地要接滤波电容。

通常VR1=2/3电源电压，VR2=1/3电源电压，这时候测量精度比较高，就像555时基电路一样的道理，内部的3个电阻R分压后得到这2个基准电压。

在本实施例中，VR1和VR2推荐2种方案：

1、方案1：简单低成本方案

将FVR缓冲器2设为2.048V。

将DAC设为FVR缓冲器2的1/2电压1.024V。

通过C1PCH<1:0>控制电子开关选择FVR缓冲器2，C1VP也就是VR1=2.048V；

通过C2PCH<1:0>控制电子开关选择DAC，C2VP也就是VR2=1.024V。

电源电压在3.072V左右，选择3V比较适合。

本方案VR1和VR2从PIC单片机的内部电路获得，不需要外部电路，电路最简单、成本最低。数模转换器的32阶电阻单个阻值约5kΩ，VR2=DAC=1.024V时，内阻约40kΩ，比较大；虽然FVR缓冲器2输出作为VR1=2.048V，经过缓冲后内阻较小；但是VR1和VR2都受到PMCU内部数字电路的干扰，振荡周期的抖动比较明显。

适当改进可以将VR2=DAC连接到DACOUT引脚，此引脚外接1个滤波电容到地，但是VR1无法得到改善。

本方案还有一个问题在应用时需要注意，VR1和VR2是由内部基准电压产生的，与外部的电源集成电路产生的电源电压难以保持温度系数的一致。这种不一致也就是两个温度系数的差较大，导致VR1和VR2相对电源电压的比例出现较大温漂，也就导致振荡周期有较大温漂。

在电容式差压传感器测量中，Δp=k(CL-CH)/(CL+CH)。CL和CH分时测量的时间间隔很短，温度不可能突变。上述温度系数的不一致，导致CL和CH测量值温漂的变化是同步的可相互抵消的，并不影响测量精度。

但是，对于单个电阻或单个电容的传感器，就会带来测量误差。前面提到的设置1组参考串联阻容就可以用来修正这种误差，提高测量精度。

2、方案2：高精度方案

通过C1PCH<1:0>控制电子开关选择C1IN+，将VR1=C1VP引出到C1IN+引脚；

通过C2PCH<1:0>控制电子开关选择C2IN+，将VR2=C2VP引出到C2IN+引脚。

将3个相同阻值、低温漂、低时漂的电阻串联起来，两头分别接电源和地；上分压点连接C1IN+引脚，下分压点连接C2IN+引脚；上下分压点也就是VR1和VR2各自连接1个滤波电容，滤波电容的另一端接地。

本方案需要多用3个低温漂、低时漂电阻和2个滤波电容，电路稍复杂成本稍高一些，但是抗干扰性能和测量精度明显提高。

N周期时间检测模块：

N周期时间检测电路将阻容-周期转换电路送来的连续脉冲，检测出其中N个周期的时间，将数字化检测结果存放在寄存器中，MCU可以读取此寄存器中的数据做进一步处理。

N的取值范围是正整数，可以在MCU控制下灵活调整，N的具体取值可以在测量过程中动态调整，主要基于以下几方面的考虑进行综合权衡：

1、 N越小，相对而言采样速度越快，实时性越好；

2、 N越大，相对而言得到的检测结果分辨率和精度越高；

3、 N=256时，刚好是8位计数器的自然溢出值，MCU的软件处理比较简单；

4、 N的取值要兼顾阻容-周期转换电路的性能；

5、 N的取值要兼顾N周期时间检测电路的性能；

6、 N的取值要兼顾传感器的电阻值或电容量的离散性以及相应配套电容或电阻的取值；

N的值可以在MCU控制下灵活调整，能够自动适应传感器的离散性，减少产品电路部分的型号或款式。例如：各厂家的电容式差压传感器的离散性很大，在满量程压力的时候，2个电容的电容量范围从小几十pF到大几百pF，变化范围达到几十倍，普通测量电路很难适应这么宽广的范围，通常是对某个元件参数进行分档来适应。

在本实施例中，N周期时间检测模块可以用以下2个方案实现：

1、方案1：使用CCP模块的捕捉模式实现

使用PMCU的CCP(捕捉/比较/PWM)模块中的捕捉模式，将CCPx引脚作为N周期时间检测模块输入端与阻容-周期转换模块的输出端相连。TIMER1时钟源使用指令时钟(Fosc/4)，这也是最短的时间分辨能力。

N就是预分频器的分频数可以选择1、4、16，能检测1个、4个或16个振荡周期的时间。PMCU计算相邻2次捕捉到的CCPRxH:CCPRxL的差值，就能测得N周期的时间。

2、方案2：使用TIMER0+TIMER1的方式实现

请参考图6，将T0CKI引脚作为N周期时间检测模块输入端与阻容-周期转换模块的输出端相连；TIMER0的溢出信号送给TIMER1，作为TIMER1的门控源；TIMER1工作在门控单脉冲和翻转组合模式。TIMER1时钟源使用系统时钟(Fosc)，这也是最短的时间分辨能力。

N的值可以通过TIMER0进行灵活配置，在TIMER1的TMR1H:TMR1L可以得到2次TIMER0溢出期间，TIMER1对系统时钟的计数值，就能测得N周期的时间。

若系统时钟相同，方案2的时间分辨率比方案1提高4倍。方案1的N值只能是1、4、16，实际应用中会有很多局限；方案2的N值可以灵活配置成任意正整数，可带来诸多好处，只是软件相对比较复杂。

从以上实施例可以看出，除了与电阻式或电容式传感器配套的电容或电阻组成的多路串联阻容模块以外，多路串联阻容选择模块、阻容-周期转换模块和N周期时间检测模块，这些电路和功能的部分或全部，可以用一颗PIC单片机实现。

以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种电阻电容测量方法，包括多路串联阻容模块，多路串联阻容选择模块，阻容-周期转换模块和N周期时间检测模块，其特征在于：所述多路串联阻容模块将待检测的电阻或电容与对应的已确定的电容或电阻串联；所述多路串联阻容选择模块将选择多路串联阻容模块中待检测线路；阻容-周期转换模块将选定线路的阻容值转换成周期与此阻容值相应的连续脉冲并实现对多路串联阻容模块进行供电或电容充放电控制；N周期时间检测模块用以检测阻容-周期转换模块输出的连续脉冲N个周期的时间，按如下步骤进行测量：

2.根据权利要求1所述的电阻电容测量方法，其特征在于：所述的多路串联阻容模块设置有用高精度、低温漂、低时漂的电阻和电容，组成1路参考用串联阻容。

3.根据权利要求1所述的电阻电容测量方法，其特征在于：所述多路串联阻容选择模块，阻容-周期转换模块和N周期时间检测模块均置于PIC单片机中。

4.根据权利要求1或3所述的电阻电容测量方法，其特征在于：所述阻容-周期转换模块由2个比较器和1个SR锁存器组成，VR1和VR2为2个比较器提供基准电压。

5.根据权利要求4所述的电阻电容测量方法，其特征在于：所述的VR1与VR2和VR1或VR2从PIC单片机的内部电路获得。

6.根据权利要求4所述的电阻电容测量方法，其特征在于：所述的VR1与VR2和VR1或VR2各自连接滤波电容，滤波电容的另一端接地。

7.根据权利要求1或3所述的电阻电容测量方法，其特征在于：所述的N周期时间检测模块使用CCP模块的捕捉模式实现，且周期个数N为正整数。

8.根据权利要求1或3所述的电阻电容测量方法，其特征在于：所述的N周期时间检测模块使用TIMER0+TIMER1的方式实现，且周期个数N为正整数。

9.一种电阻电容测量装置，包括多路串联阻容模块，多路串联阻容选择模块，阻容-周期转换模块和N周期时间检测模块，其特征在于：所述多路串联阻容模块的串联连接点作为多路输出端与多路串联阻容选择模块的输入端一一对应相连，其中所有电容非串联端接地，所有电阻非串联端与阻容-周期转换模块的输出端相连；多路串联阻容选择模块的输入端与多路串联阻容模块串联阻容的串联连接点一一对应相连，多路串联阻容选择模块的输出端与阻容-周期转换模块的输入端相连；阻容-周期转换模块的输入端与多路串联阻容选择模块的输出端相连，阻容-周期转换模块的输出端与多路串联阻容模块串联阻容的所有电阻的非串联端和N周期时间检测模块的输入端相连；N周期时间检测模块的输入端与阻容-周期转换模块的输出端相连，N周期时间检测模块的输出端与存储单元相连。