CN104871019A

CN104871019A - 高电压器件的电容测量

Info

Publication number: CN104871019A
Application number: CN201380059762.2A
Authority: CN
Inventors: M·A·谢弗鲁莱
Original assignee: SEM TECHNOLOGIES CORP
Current assignee: SEM TECHNOLOGIES CORP; Semtech Corp
Priority date: 2012-09-17
Filing date: 2013-08-16
Publication date: 2015-08-26
Anticipated expiration: 2033-08-16
Also published as: WO2014042821A1; US20150102828A1; EP2895870A4; EP2895870A1; US8947107B2; KR102106182B1; KR20150058403A; US20140184248A1; US9389259B2; CN104871019B; EP2895870B1

Abstract

本发明提供促进高电压器件的电容测量的系统和方法，同时防护在测量中涉及到的有源器件免受高电压影响。该系统和方法使用电容器来存储高电压使得有源器件不会经受高电压。重置器件的布置确保了有源器件不受高电压影响。

Description

高电压器件的电容测量

相关申请文件的交叉引用

本专利申请要求于2013年2月13日提交的、并且题目为高电压器件的电容测量的申请号为13/765,965的美国专利申请和于2012年9月17日提交的、并且题目为高电压器件的电容测量的申请号为61/702,196的美国临时专利申请的优先权。以上每一文件的内容以引用方式全文并入此。

技术领域

本发明大体上涉及一种高电压器件的电容测量，以及更具体地，涉及这样一种高电压器件的电容测量，它使在测量中涉及到的有源器件不会暴露于高电压器件的高电压。

背景技术

在器件的电容测量中所使用的被集成的有源器件往往局限于，进行测量时有源器件能够暴露的电压。电压极限可能是由于端电压或击穿电压，在没有大量电流泄漏和有源器件的寿命显著降低的情况下，击穿电压可阻止有源器件接收任何超过击穿电压的电压。在现代技术中，常用的击穿电压可以在1V到10V的范围内。

高电压器件一般是一种能够工作在高于有源器件的击穿电压的电压下的器件。电容式微机电系统(MEMS：micromechanical system)器件是此类高电压器件的一个示例。电容式MEMS器件通过施加的电压促进元件的移动。移动量的确影响了电容式MEMS的电容。电容式MEMS器件的电容测量难以采用传统的电容测量电路进行测量，因为移动元件到特定量所需要的电压往往大于传统电容式测量电路的有源器件的击穿电压。

传统的电容测量通过连接高电压器件到包括有源器件的电路来进行。然而，这种连接可能极大地限制了能够被施加到高电压器件的电压或者可能极大限制了使测量容易的电路的灵敏度。实际上，当被施加到器件的电压高于有源器件的击穿电压时(如电容式MEMS器件的情况下)，高电压器件的电容测量变得不可能。

发明内容

下面给出简单概述，以便提供对本发明的某些方面的基本理解。该概述并不是本发明的详尽描述。它目的不是为了识别本发明的主要或关键元件，也不是为了描绘本发明或权利要求的范围。它的目的仅仅在于用以简化形式描述本发明的一些概念，作为稍后详细描述的前序。

在本发明的非限定性实施例中，描述了一种在电容测量中能够促进被施加到外部器件(例如，如电容式MEMS器件的高电压外部器件)的高电压的绝缘的系统。该系统包括放大器，该放大器具有正输入、负输入和输出以及两个分别存储高电压的电容器。第一电容器被连接到放大器的负输入和具有未知电容的外部器件。第二电容器被连接到放大器的输出和外部器件。该系统还包括为放大器的正输入提供低电压的电压源器件和连接放大器的输出和放大器的负输入的重置器件(reset device)。检测器器件能够测量作为电压源所提供的低电压的变化的函数和外部器件的未知电容的函数的放大器的输出电压的变化。

在本发明的另一非限制性实施例中，描述了一种方法，即使外部器件暴露于高电压时，该方法也能够促进外部器件的电容测量。该方法包括在具有未知电容的外部器件上、在放大器的负输入和外部器件之间的第一电容器上以及在放大器的输出和外部器件之间的第二电容器上存储高电压。然后低电压被施加到放大器的正输入。放大器的输出的电压和放大器的负输入的电压通过重置器件被驱动到相等的低电压。被施加在放大器的正输入的低电压可以被改变，并且放大器的输出的电压变化可以被测量。在放大器的输出处的电压变化正比于未知电容和被施加在放大器的正输入处的电压变化。

在本发明的另一非限制性实施例中，描述了一种电容测量电路。即使在外部器件暴露于高电压时，该电容测量电路也可用以测量外部器件的电容。该电容测量电路包括放大器，该放大器包括正输入、负输入和输出、被连接到放大器的负输入和具有未知电容的外部器件并且用以存储高电压的第一电容器，以及被连接到放大器的输出和外部器件并用以存储高电压的第二电容器。该电容测量电路还包括重置器件，该重置器件连接放大器的输出和放大器的负输入，并且促进将放大器的输出和放大器的负输入驱动到由电压源器件提供给放大器的正输入的低电压。因此，在放大器的输出电压中的变化作为电压源所提供电压的变化的结果是外部器件的未知电容的函数。

下面的描述和附图详细阐述了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面表明了创新原理可以被应用的不同方式的一部分。本发明目的是要包括所有这些方面和它们的等效形式。从下面结合附图对本发明的详细描述中，本发明的其他的优点和显著特征将会更明显。

附图说明

参照下面的附图对本发明的非限定性和非穷举的实施例进行描述，其中在所有的视图中，相同附图标记指代相同的部件，除非另外特别指出。

图1是根据本发明实施例的促进外部器件电容测量的示例系统的示意图；

图2-图4是根据本发明实施例的促进具有不同类型重置器件的外部器件的电容测量的系统示意图；

图5是根据本发明实施例的促进外部器件的电容测量的更详细系统示例的示意图；

图6-图8是根据本发明实施例的促进具有不同类型连接器件的外部器件的电容测量的更详细系统的示意图；

图9是根据本发明实施例的促进外部器件的电容测量的另一示例系统的示意图；

图10是根据本发明实施例的促进外部器件的电容测量的又一示例系统的示意图；

图11是根据本发明实施例的促进外部器件的电容测量的方法流程图；

图12是根据本发明实施例的更促进外部器件的电容测量的更详细方法的流程图；

图13是能够促进根据本发明所描述的实施例的系统和方法的应用的示例集成电路；以及

图14是促进根据本发明所描述的实施例的系统和方法的应用的集成电路中的元件示例配置。

具体实施方式

在下面的描述中，许多具体的细节被详细解释，以提供对本发明的实施例的完全透彻的理解。然而，本领域技术人员将认识到，无需一个或多个具体的细节描述或者使用其他的方法、部件、材料等，本文中所描述的实施例也能够被实施。在其他情况下，已知的结构、材料或操作未示出或未详细描述，是为了避免混淆特定方面。

文中所描述的是促进外部电压器件的电容测量的系统和方法，其中该外部电压器件工作在高电压下(高电压器件)同时能够防护在电容测量中所涉及的有源器件免受高电压影响。该系统和方法能够，例如，被用于可在高于测量中所涉及到的有源器件的击穿电压的电压下工作的高电压器件的电容测量中。被施加到高电压器件上的电压并不局限于基于有源器件的击穿电压。因此，该系统和方法能够避免测量原理中的精度损失，同时避免额外电极或微分测量系统，从而降低成本以及缩小尺寸。

现参照图1，说明的是根据本发明的实施例的促进外部器件106的电容测量的示例系统100的示意图，其中外部器件106的电容是未知的，并且外部器件106是高电压器件。系统100通过防护促进电容测量的有源元件(例如，放大器102；包括晶体管和其他集成电路元件的其他示例)免受不受有源器件的固有电压极限影响的外部器件106的高电压影响，来促进电容的测定(determination)(或测量)。

在实施例中，外部器件106是高电压器件，该高电压器件在高于促进电容测量的有源器件的固有电压极限的电压下工作。有源器件的固有电压极限可以是击穿电压。例如，高电压大于有源器件的击穿电压。大于击穿电压的电压会导致有源器件的失效、电流泄漏和有源元件寿命的降低。在现代技术中，击穿电压可以在1V到10V的范围内，并且高电压是大于1V到10V的范围的电压。

高电压器件的一个示例是电容式MEMS器件。一般来说，高电压被施加到电容式MEMS器件使得电容式MEMS器件的元件可以根据该电压进行移动。根据MEMS器件的电容，可以确定其元件的位置。

为了将有源器件(放大器102)与高电压绝缘，系统100采用两个电容器104和108，用以存储外部器件106的高电压，而不让有源器件(放大器102)经受高电压。系统100不同于仅使用简单的电容分压器以促进外部器件106的电容测量的系统。简单的电容分压器可确保由检测器器件114所检测的电容值可按电容器的比率划分，从而降低了采集电路的灵敏度，并提供了强非线性读数。反之，系统100也利用放大器102(例如，运算放大器)以促进以更线性、更高灵敏度的方式进行外部器件106的电容测量。

放大器102是在低电压下工作的有源器件，因此电容器104和108防护放大器102免受外部器件106的高电压影响。因为放大器102不受外部器件106的高电压影响，放大器仅暴露于由电压源110所施加的低电压下。因此，无需需要如下特殊的高电压精密器件的系统100，外部器件106仍可在高电压下工作，用以感测外部器件106的电容，其中该特殊的高电压精密器件会限制技术的选择、降低精度，并增加生产成本。

系统100的放大器102具有正输入(+)、负输入(-)和输出。电容器104(或“第一电容器”)被连接到放大器102的负输入(-)和外部器件106。电容器108(或“第二电容器”)被连接到放大器的输出和外部器件106。第一电容器104和第二电容器108存储被施加到外部器件106的高电压，用以防护放大器102和检测器器件114免受高电压影响。“高电压”指大于在采用系统100测量外部器件的电容期间所施加的电压的任何电压。一般来说，高电压大于有源器件的击穿电压。

为了提供“高电压”的上下文背景(context)，几个示例被提供。然而，这些示例并不意味着将系统100限制到使用这些特定电压的应用。应当理解，高电压可以是高于有源器件(例如，放大器102)的电压极限的任何电压。例如，在一实施例中，高电压为至少约8伏特。在另一实施例中，高电压为至少约9伏特。在另一实施例中，高电压为至少约10伏特。

系统100还包括电压源器件110。电压源器件110为放大器102的正输入(+)提供低电压。该低电压的确影响放大器102的输出电压或检测器器件114的输入电压。上述“低电压”一般可指小于上述“高电压”的任何电压。换言之，低电压可指小于集成电路中的有源器件的击穿电压的任何电压。

为了提供“低电压”的上下文背景，几个示例被提供。然而，这些示例并不意味着将系统100限制到使用这些特定电压的应用。应当理解，低电压可以是在有源器件(例如，放大器102)的电压极限内的任何电压。例如，在一实施例中，低电压大约是5伏特或更小。在另一实施例中，低电压大约4伏特或更小。在另一实施例中，低电压大约是3伏特或更小。

由电压源器件110将低电压施加到放大器102的正输入(+)。通过重置器件112将放大器102的输出的电压(V_o)和放大器102的负输入(-)的电压驱动到相等的低电压。重置器件112连接放大器102的输出和放大器102的负(-)输入。

重置器件112可以是能够提供促进电流流动的低阻抗和阻碍或阻止电流流动的高阻抗的任何器件。重置器件112的非限制性示例在图2-图4中示出。

图2-图4是促进具有重置器件202、302、402的外部器件106的电容测量的系统200、300、400的示例配置的示意图。图2示出被用作重置器件的开关202。图3示出被用作重置器件的电阻器302。图4示出被用作重置器件的电感器402。

回顾图1，系统100的检测器器件114可以测定、测量、检测(等等)外部器件106的电容。检测器器件114不会暴露于外部器件106的高电压下。检测器器件114可以是促进测定、测量、检测(等等)外部器件106的电容的任何器件。在一实施例中，检测器器件114可包括模数转换器(analog to digital converter)。

为了促进测定电容，当重置器件112处于高阻抗时，由电压源器件110将低电压施加在放大器102的正输入(+)。例如，电压可被改变为阶跃的或脉冲。在阶跃或脉冲的时刻，放大器102的输出电压(V_o)表示外部器件106的未知电容。

检测器器件114测量作为由电压源所提供的低电压的变化和外部器件的未知电容的函数的放大器102的输出电压的变化。放大器102的输出电压的变化也可以是第二电容器108的电容的函数。

测定范围可受几个因素所影响。通过设置小的阶跃或脉冲(例如，与电源110所提供的原始电压之间具有小的电压差)，可以提高精度。该范围也可以通过设置大的未知电容与第二电容器108的电容的比值来提高。

现参照图5，说明的是根据本发明实施例的促进高电压应用到外部器件106的示例系统500的示意图。如上述关于图1的描述，系统500使用两个电容器104、108、放大器102、电压源110、重置器件112、外部器件106和检测器器件114。系统500另外提供用于向外部器件106施加高电压的机构。高电压可由两个电容器104和108所存储，用以防护系统500的其余部分(例如，任何有源器件)免受高电压影响。

系统500示出了能够生成外部器件106的高电压的电压增益器件502。电压增益器件502可包括，例如，升压器或电荷泵。系统500还包括将电压增益器件502连接到外部器件106的连接器件504和电容器104及108。电容器104和108将系统500的其余部分(例如，放大器102，其为有源器件)与电压增益器件502的高电压绝缘。这使得高电压可以采用常规现代技术来管理，而没有与如高电压精密模拟器件那样的特殊特征有关的额外成本，因此系统500的电路可以保持高度集成。

连接器件504可以是能够提供促进电流流动的低阻抗和阻碍或阻止电流流动的高阻抗的任何器件。连接器件504的非限制性示例在图6-图8中示出。

图6-图8是促进建立具有不同的连接器件602、702、802的外部器件106的高电压的系统600、700、800的示例配置的示意图。图6示出被用作连接器件的开关602。图7示出被用作连接器件的电阻器702。图8示出被用作连接器件的电感器802。应当理解，如图6-图8中所示的重置器件112不必是与连接器件504相同的可变阻抗器件。此外，重置器件可以是促进低阻抗和高阻抗之间的转换的任何器件，包括如图2-图4中所示的那些器件。

回顾图5，当重置器件112和连接器件504处于低阻抗时，外部器件106得到高电压。高电压也被存储在电容器104和106上。在此期间，因为重置器件112提供低阻抗，负输入的电压被保持为与放大器102的输出(V_o)相等的电压。输出的电压(V_o)等于由电压发生器110所提供的低电压。

当重置器件112和连接器件504处于高阻抗时，电压源110改变至放大器的正输入(+)的低电压(例如，通过脉冲或阶跃)。上述改变的电压可以关于低电压表示为V_d的变化。

放大器102的输出电压发生变化，以迫使放大器102的负输入(-)的电压匹配放大器的正输入(+)的电压(V_d的变化)。因为放大器102的负输入(-)通过第一电容器104被连接到外部器件106，因此外部器件106的电压也必须变化相等的值(V_d的变化)。因为外部器件106的电压变化V_d量的值，输出电压V_o必须变化(外部器件106的电容除以第二电容器108的电容)*V_d的电压量。因此，输出电压(V_d)的变化是外部器件106的电容的衡量指标(measure)。

在整个过程中，没有有源器件暴露于高电压下。换言之，放大器102的正输入(+)、放大器102的负输入(-)和放大器102的输出的电压保持在低电压。外部器件106和电容器104及108经受(see)由电压增益器件502所提供的高电压。连接器器件504、重置器件112和电压增益器件的输出级可以是较低精度的(例如，由高电压晶体管制成的或为支持高电压而设计的其他元件)。此外，通过选择小的电压差V_d和大的外部器件106的未知电容与第二电容器108的电容的比值，外部器件106的电容值可以在较宽的范围内被测定，而不会在外部器件106上产生大的电压变化，同时外部器件106的电容可被测定。

现参照图9和图10，说明的是可以用于代替系统100的可选配置。这些配置仅是为了示例，而并不意味着是排他性的。图9和图10是为了表示限制或消除放大器102的负输出(-)的电位变化的任何配置。此外，应当理解，利用至少两个电容器用以将有源元件与高电压绝缘的任何配置，甚至是不能限制或消除放大器102的输入的电位变化的配置，都意味着落入本发明的范围内。

图9说明了在负输入(-)处具有电压源102和电容器902(“第三电容器”)的放大器102。因此，电压源器件并不是被连接到放大器102的正输入(+)，而是被连接到第三电容器902，其中第三电容器902被连接在电压源110和放大器102的负输入(-)之间。放大器102的正输入(+)被连接到大地。

图10说明了这样一种放大器102，其中电压源110和电容器902在放大器102的负输入(-)处，并且电压驱动器1002在放大器102的正输入(+)处。因此，电压源器件没有被连接到放大器102的正输入(+)，而是被连接到第三电容器902，其中电容器902被连接在电压源和放大器102的负输入(-)之间。放大器102的正输入(+)被连接到可以提供固定的偏置电压(bias voltage)的电压驱动器1002。

使用图1-图10中所示的放大器102以外的不同有源器件的其他可选配置是可能的。可选的有源器件的一个示例是晶体管。两个电容器104和108的配置将以保护晶体管避免经受高电压的方式改变。

图11和图12示出作为流程图1100和1200所说明的方法。为了简化解释，该方法被描绘和描述为动作序列。然而，该方法并不限于所说明的动作和动作的顺序。例如，动作能够以各种顺序发生和/或并行发生，并且可采用文中未提出和描述的其他动作。此外，为实现该方法并不是所有说明的动作都是需要的。另外，还应当认识到，该方法可以在一件制品(例如，在电路里，例如集成电路)上被实现以促进输送和转换该方法。

现参照图11，说明的是根据本发明实施例的促进高电压外部器件的未知电容测量的方法1100的流程图。外部器件可以是在比集成电路中的有源器件(例如，电容式MEMS器件)的击穿电压高的电压下工作的高电压器件。方法1100可以促进外部器件的未知电容的测量，同时防护测量器件的集成电路免受高电压影响，而无需限制施加到外部器件的高电压。

在动作1102处，高电压被施加到外部器件，而未到达电容测量电路中的任何有源器件。这是由于布置在外部器件和电容测量器件的有源器件之间的两个电容器存储高电压而不让高电压到达有源器件。在一示例中，有源器件可以是放大器。在这种情况下，上述两个电容器包括被连接在放大器的负输入和外部器件之间的第一电容器以及被连接在放大器的输出和外部器件之间的第二电容器。高电压被存储在外部器件、第一电容器和第二电容器上，使得放大器不会经受(see)外部设备的高电压。因此，电容感测器件无需特殊的高电压精密器件，外部器件仍可以在高电压下工作，用以感测外部器件的电容，其中特殊的高电压精密器件将会限制技术的选择、降低精度，并增加生产成本。

“高电压”是指任何大于在采用系统100进行外部器件的电容测量期间所施加电压的电压。一般来说，高电压大于有源器件的击穿电压。为了提供“高电压”的上下文背景，几个示例被提供。然而，这些示例并不意味着将系统100限制到使用这些特定电压的应用。例如，在一实施例中，高电压为至少约8伏特。在另一实施例中，高电压为至少约9伏特。在另一实施例中，高电压为至少约10伏特。

在动作1104处，低电压被施加到放大器的正输入。低电压一般是不影响诸如放大器的有源器件的灵敏度的电压。“低电压”一般可以指低于“高电压”的任何电压。换言之，低电压可以指小于集成电路中的有源器件的击穿电压的任何电压。

为了提供“低电压”的上下文背景，几个示例被提供。然而，这些示例并不意味着将系统100限制到使用这些特定电压的应用。例如，在一实施例中，低电压为约5伏特或更小。在另一实施例中，低电压为约4伏特或更小。在另一实施例中，低电压为约3伏特或更小。

在动作1106处，通过重置器件将放大器的输出的电压和放大器的负输入的电压驱动到相等的低电压。重置器件可以是能够提供促进电流流动的低阻抗和阻碍或阻止电流流动的高阻抗的任何器件。重置器件的非限制性示例包括电阻器、开关和电感器。

在动作1108处，放大器的正输入处的低电压被改变(调整)。当重置器件处于高阻抗时，该改变可以通过电压源来实现。例如，电压可以被改变为阶跃或脉冲。在阶跃或脉冲时，放大器的输出的电压表示外部器件的未知电容。因此，在动作1110处，正比于未知电容和施加到放大器的正输入处的电压变化的放大器的输出的电压变化被测量。放大器的输出电压中的变化也可以是第二电容器的电容的函数。

测定精度可以受几个因素所影响。该精度可以通过设置小的阶跃或脉冲(例如，与由电压源所供应的原始电压具有小的电压差)来提高。该精度也可以通过设置大的未知电容与第二电容器的电容的比值来提高。

现参照图12，说明的是根据本发明实施例的促进外部器件的电容测量的方法1200的流程图。如方法1100一样，方法1200可促进外部器件的未知电容的测量，同时防护测量器件的集成电路免受高电压影响，而无需限制被施加到外部器件的高电压。外部器件可以是工作在比集成电路中的有源器件的击穿电压更高的电压下的高电压设备(例如，电容式MEMS器件)。

在动作1202处，高电压被施加到外部器件，而不到达电容测量电路的任何有源器件。这是由于被布置在外部器件和电容测量器件的有源器件之间的两个电容器存储高电压，而不让高电压达到有源器件。在一示例中，有源器件可以是放大器。在这种情况下，上述两个电容器包括被连接在放大器负输入和外部器件之间的第一电容器和被连接在放大器的输出和外部器件之间的第二电容器。高电压被存储在外部器件、第一电容器和第二电容器上，使得放大器不会经受(see)外部器件的高电压。因此，电容感测器件无需特殊的高电压精密器件，外部器件仍可以在高电压下工作，用以感测外部器件的电容，其中特殊的高电压精密器件将会限制技术的选择、降低精度，并且增加生产成本。

“高电压”是指大于在采用系统100进行外部器件的电容测量期间所施加的电压的任何电压。一般来说，高电压大于有源器件的击穿电压。为了提供“高电压”的上下文背景，几个示例被提供。然而，这些例子并不意味着将系统100限制到使用这些特定电压的应用。例如，在一实施例中，高电压为至少约8伏特。在另一实施例中，高电压为至少约9伏特。在另一实施例中，高电压为至少约10伏特。

高电压可以由电压增益器件来提供。电压增益器件可以是能够生成外部器件工作所需要的高电压的任何器件。电压增益器件可包括，例如升压器或电荷泵。

电压增益器件可通过连接器件被连接到外部器件和电容器。连接器件可以是能够提供促进电流流动的低阻抗和阻碍或阻止电流流动的高阻抗的任何器件。例如，连接器件可以是开关、电阻器或电感器。

电容器将用于测量(例如，外部器件的电容测量)的有源器件与电压增益器件的高电压绝缘。这使得高电压可以使用常规的现代技术进行管理，而无需与如高电压精密模拟设备之类的特殊特征有关的额外成本，因此测量系统的电路可以保持高度集成。

在动作1204处，低电压被施加到放大器的正输入。低电压一般是不影响诸如放大器的有源器件的灵敏度的电压。“低电压”一般可指小于“高电压”的任何电压。换言之，低电压可指小于集成电路中的有源器件的击穿电压的任何电压。

在动作1206处，通过重置器件将放大器的输出电压和放大器的负输入的电压驱动到相等的低电压。重置器件连接放大器的输出和放大器的负输入。重置器件可以是能够提供促进电流流动的低阻抗和阻碍或阻止电流流动的高阻抗的任何器件。重置器件的非限制性示例包括电阻器、开关和电感器。

当重置器件和连接器件处于低阻抗时，外部器件接收高电压，并且高电压被存储在电容器上。在此期间，因为重置器件提供低阻抗，负输入的电压被保持在与放大器的输出相等的电压上，该电压等于电压发生器所提供的低电压。

在动作1208处，放大器的负输入和放大器的输出之间的重置器件的阻抗增加。在动作1210处，电压增益器件和外部器件之间的连接器件的阻抗增加。在动作1212处，使用处于高阻抗的重置器件和连接器件，在放大器的正输入处的低电压被改变(调整)(例如，通过电压源)。

放大器的输出电压发生变化，以使得放大器的负输入的电压匹配放大器的正输入的电压。因为放大器的负输入通过第一电容器被连接到外部器件，外部器件的电压必须变化相等的值。因为外部器件的电压变化与输出电压的变化相等的值，输出电压必须变化(外部器件的电容除以第二电容器的电容)乘以电压变化的值的电压量。

在动作1214处，正比于未知电容和被施加到放大器的正输入处的电压变化的放大器的输出的电压变化被测量。因此，输出电压的变化是外部器件的电容的衡量指标(measure)。

在整个过程中，没有有源器件经受高电压。换言之，放大器的正输入、放大器的负输入和放大器的输出的电压保持在低电压。外部器件和电容器经受由电压增益器件所提供的高电压。连接器器件、重置器件和电压增益器件的输出级可以是较低精度的(例如，由高电压晶体管制成的或为支持高电压而设计的其他元件)。此外，通过选择小的电压差和大的外部器件106的未知电容与第二电容器的电容的比值，外部器件106的电容值可以被测定并具有更高精度，而在外部器件上不会产生大的电压变化，同时外部器件的电容可被测定。

图13和图14是意在提供图1-图12的系统和方法的示例性实施例。图13是能够促进根据本发明所描述的实施例的系统和方法的应用的示例集成电路1300。图14是促进根据本发明所描述的实施例的系统和方法的应用的集成电路1300中的元件示例配置1400。应当理解，其他配置可被用以促进图1-图12的系统和方法的应用，并且图13和图14仅提供了两个示例配置。

上述示例性实施例的描述，包括摘要中所描述的，并不是穷举性示例或把公开的实施例局限于精确的公开形式。尽管文中描述的特定实施例和示例只是为了示例性说明的目的，相关领域的技术人员可以理解，在此类实施例和示例的范围内，可以考虑各种改型的可能。

如本文中所使用的，术语“示例”可意为实例、例子或图例。为了避免混淆，本文中所描述的主题并不受限于这些示例。另外，本文中作为示例所描述的任何方面(aspect)或设计不必解释为优于或有利于其他的方面或设计，也不意味着排除对于本领域一般技术人员来说已知的等效结构和技术。此外，在一定程度上，在详细说明或权利要求书中所用到的术语“包含”、“具有”、“含有”和其他相似的词汇是包容性的，并与作为开放式连接词“包括”具有相同的使用方式，即不排除附加的或其他的元素。

在这方面，尽管结合不同的实施例和相应的附图对本文对本发明进行了详细的描述，但对于适合应用的场合，应当理解，其他类似的实施例也可以被使用，或者针对描述的实施例所做的修改和增添也可以执行与本发明相同、相似、可替换的或置换功能，而没有违背一说。因此，本发明不应受限于文中描述的任何单个实施例，而应该解释为在广度和范围上与附加的权利要求相一致。

Claims

1.一种系统，包括：

放大器，包括正输入、负输入和输出；

第一电容器，被连接到所述放大器的负输入和具有未知电容的外部器件，其中所述第一电容器存储第一电压；

第二电容器，被连接到所述放大器的输出和所述外部器件，其中所述第二电容器存储所述第一电压；

电压源器件，将第二电压提供给所述放大器的正输入；

重置器件，连接所述放大器的输出和所述放大器的负输入；以及

检测器器件，测量作为电压源所提供的所述第二电压的变化的函数且作为所述外部器件的未知电容的函数的所述放大器的输出电压的变化，

其中所述第一电压高于所述第二电压。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述重置器件是开关、电阻器或电感器。

3.根据权利要求1所述的系统，其中与所述放大器一起工作的所述重置器件迫使所述放大器的输出电压和所述放大器的负输入的电压匹配所述放大器的正输入的电压。

4.根据权利要求1所述的系统，还包括：

电荷发生器器件，促进驱动所述第一电容、所述第二电容和所述外部器件的未知电容以存储所述第一电压；以及

所述电荷发生器器件和所述外部器件之间的连接器件，当所述电荷发生器器件驱动所述第一电容、所述第二电容和所述外部器件的未知电容以存储所述第一电压时，提供足以促进电流流动的第一阻抗，以及当所述电压源将所述第二电压提供给所述放大器的正输入时，提供足以阻碍电流流动的第二阻抗。

5.根据权利要求4所述的系统，其中所述连接器件是开关、电阻器或电感器。

6.根据权利要求4所述的系统，其中所述重置器件，当所述电荷发生器器件驱动所述第一电容器、所述第二电容器和所述外部器件的未知电容以存储所述第一电压时，提供足以促进电流流动的第三阻抗，以及当所述电压源器件将所述第二电压提供给所述放大器的正输入时，提供足以阻碍电流流动的第四阻抗。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述电压源器件包括脉冲发生器。

8.根据权利要求1所述的系统，其中所述检测器器件包括模数转换器。

9.根据权利要求1所述的系统，其中所述电压源器件未被连接到所述放大器的正输入，而是被连接到第三电容器，所述第三电容器被连接在所述电压源和所述放大器的负输入之间，所述放大器的正输入被连接到大地或固定的偏置电压。

10.一种方法，包括：

在具有未知电容的外部器件上、在放大器的负输入和所述外部器件之间的第一电容器上以及在被连接到所述放大器的输出和所述外部器件之间的第二电容器上存储第一电压；

将第二电压施加到所述放大器的正输入；

通过重置器件将所述放大器的输出的电压和所述放大器的负输入的电压驱动到所述第二电压；

改变施加在所述放大器的正输入处的所述第二电压；

测量正比于所述未知电容和被施加到所述放大器的正输入处的电压变化的所述放大器的输出的电压变化，

其中所述第一电压高于所述第二电压。

11.根据权利要求10所述的方法，还包括：

在改变被施加到所述放大器的正输入处的所述第二电压之前，增加电压增益器件和具有所述未知电容的所述外部器件之间的连接器件的阻抗。

12.根据权利要求10所述的方法，还包括：

在改变被施加到所述放大器的正输入处的所述第二电压之前，增加所述放大器的负输入和所述放大器的输出之间的重置器件的阻抗。

13.根据权利要求10所述的方法，其中所述第二电压为约5伏特或更小。

14.根据权利要求10所述的方法，其中所述第一电压为至少约8伏特。

15.根据权利要求10所述的方法，其中所述施加还包括施加脉冲到所述放大器的正输入处的所述第二电压上。

16.根据权利要求10所述的方法，其中在所述放大器的输出处的所述电压变化对应于所述第二电压的脉冲的电压变化乘以所述未知电容与所述第二电容的比值。

17.一种电容测量电路，包括：

放大器，包括正输入、负输入和输出；

第二电容器，被连接到所述放大器的输出和所述外部器件，其中所述第二电容器存储所述第一电压；以及

重置器件，连接所述放大器的输出和所述放大器的负输入，并且促进将所述放大器的输出和所述放大器的负输入驱动到由电压源器件所提供给所述放大器的正输入的第二电压，

其中作为所述电压源所提供的电压的变化的结果的所述放大器的输出电压的变化是所述外部器件的未知电容的函数，并且

其中所述第一电压高于所述第二电压。

18.根据权利要求17所述的电容测量电路，还包括电荷发生器器件和所述外部器件之间的连接器件，当所述电荷发生器器件驱动所述第一电容器、所述第二电容器和所述外部器件的未知电容以存储所述第一电压时，提供足以促进电流流动的第一阻抗，以及当所述电压源将所述第二电压提供给所述放大器的正输入时，提供足以阻碍电流流动的第二阻抗。

19.根据权利要求18所述的电容测量电路，其中所述连接器件是开关、电阻器或电感器。

20.根据权利要求17所述的电容测量电路，其中所述重置器件是开关、电阻器或电感器。