CN103837747A - 一种小电容高精度简易测量方法 - Google Patents

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刘耀峰
刘宏建
陈晓辉
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Abstract

本发明的目的是提供一种电路简单，调试方便，温度对测量精度影响小的，能小电容高精度测量方法，该方法电路简单，使用元件少，数字化调试，对元件温漂系数要求低，只需要一个关键元件选用温漂小的器件即可实现小电容的高精度测量，数据输出。可以方便产品批量化生产标定，降低产品整体成本。具体实现方法是：利用单片机自带比较器管脚电压捕捉功能，先将该管脚设成输出状态，同时输出低电平，对被测电容进放电，然后设置该管脚为电压捕捉功能，同时清零定时器开始计时。此时外部电路供电电压对被测电容进行充电。当被测电容充电到单片机内设定参考电压时，被管脚捕捉到后进入中断处理程序，停止计时器，记录下充电时间t，根据以下公式计算出电容容值。

Description

一种小电容高精度简易测量方法
技术领域
本发明涉及一种小电容，高精度简易测量方法，尤其是能对百皮法级电容进行精密测量，测量精度可到0.01pF，采用单片机的定时器对比较捕捉到的信号的时间进行数学计算，求算出电容容值的电容测量方法。
背景技术：
目前，公知的电容测量方法一般由参考振荡器电路、参考电容、测量震荡电路、信号滤波放大电路、ad模数转换电路、单片机出来电路、显示电路等构成。
存在的缺点如下：
缺点1：电路繁琐，调试复杂，产品硬件成本和人工生产成本高。
缺点2：电容测量电路对电路元件要求温票小，精密度高，但对于震荡测量电路要做到温漂小很难做到，同时成本会增加几倍到几十倍。 
发明内容
本发明的目的是提供一种电路简单，调试方便，温度对测量精度影响小的，能小电容高精度测量方法，该方法电路简单，使用元件少，数字化调试，对元件温漂系数要求低，只需要一个关键元件选用温漂小的器件即可实现小电容的高精度测量，数据输出。可以方便产品批量化生产标定，降低产品整体成本。
本发明采用下述技术方案：
一种小电容高精度简易测量方法：利用单片机自带比较器管脚电压捕捉功能，对被测电容进行放电，然后捕捉充电电压，记录充电时间，计算出电容容值。其特征是：选用自带比较器的单片机；利用比较器管脚对被测电容进行放电和电压捕捉，通过单片机程序实现定时、计算放电时间、标定并计算出被测电容值。
具体实现方法是：利用单片机自带比较器管脚电压捕捉功能，先将该管脚设成输出状态，同时输出低电平，对被测电容进放电，然后设置该管脚为电压捕捉功能，同时清零定时器开始计时。此时外部电路供电电压（V=5v）对被测电容进行充电。当被测电容充电到单片机内设定参考电压(3.75V)时，被管脚捕捉到后进入中断处理程序，停止计时器，记录下充电时间t，根据以下公式计算出电容容值。
   RC电路充放电方程：
Figure 627495DEST_PATH_IMAGE001
                                  
 式中，令Us为电路供电电压（V=5V），即电路达到稳态时的值。
R为充电电阻；
C为被测电容；
e为自然对数的底数=2.718281828459  
         uc(t)为单片机捕捉管脚所设定的参考电压(3.75V)
        t为被测电容充电到(3.75V)所记录时间
本发明的有益效果是：
可采用6个普通级别低成本元件实现百皮法级电容进行精密测量，可精确测量到0.01pF。
附图说明：
下面结合附图和实施实例对本发明进一步说明。
图1是本发明的功能实现的电气原理图。
图1中，R1为1/8W、5%精度、50ppm0805封装10K电阻，单片机复位电阻；
R2为1/8W、1%精度、50ppm0805封装电容充电电阻，该电阻阻值根据被测电容大小选取；
U1为被测电容（0-500pF）；
JP1为单片机PIC16F688，SOP14封装；
Y1为11.0592M晶振；
C1、C2为30pF电容。
具体实施方式：
利用单片机自带比较器管脚电压捕捉功能，先将单片机C1IN-管脚设成输出状态，同时输出低电平，对被测电容进放电，然后设置该管脚为比较器电压捕捉功能，设置比较电压为3.75V，同时清零定时器开始计时。此时供电电压（V=5v）通过充电电阻R2对被测电容U1进行充电。当被测电容U1充电电压升到到单片机内设定参考电压(3.75V)时，被C1IN管脚捕捉到后，单片机进入电容采集中断处理程序，停止计时器，记录下充电时间t，根据以下公式计算出电容容值放到单片机内部缓存器中。然后退出电容采集中断程序，准备进入下次电容采集过程，如此循环。
由RC电路充放电方程：
                                 
可得：
Figure 555054DEST_PATH_IMAGE003
 式中，令Us为电路供电电压（V=5v），即电路达到稳态时的值。
R为充电电阻；
C为被测电容；
e为自然对数的底数=2.718281828459 ；
         uc(t)为单片机比较捕捉管脚所设定的参考电压(3.75V)；
         t为被测电容充电到(3.75)所记录时间；
则：
Figure 16123DEST_PATH_IMAGE005

Claims (2)

1.一种小电容高精度简易测量方法，其特征是：利用自带比较器、电压捕捉功能的单片机，先将该功能管脚设成输出状态，同时输出低电平，对被测电容进放电，然后设置该管脚为电压捕捉功能，同时清零定时器开始计时；此时外部电路供电电压对被测电容进行充电；当被测电容充电到单片机内设定参考电压时，被管脚捕捉到后进入中断处理程序，停止计时器，记录下充电时间t，根据RC电路充放电方程计算出电容容值。
2.根据权利要求1所述的小电容高精度简易测量方法，其特征是：外部电路供电电压为5v对被测电容进行充电；当被测电容充电到单片机内设定参考电压为3.75V时，被管脚捕捉到后进入中断处理程序。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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