CN107543972A - 一种测量电容系统及其测量方法 - Google Patents

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王强
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Espressif Systems Shanghai Co Ltd
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables

Abstract

本发明公开了一种测量电容系统及其测量方法，包含：充电电流源，其对待测电容进行充电；放电电流源，其对所述待测电容进行放电；比较器组，其输入端与所述待测电容的第一端连接；所述待测电容为比较器组提供初始比较电压值，即待测电容的电压值Vcap；锁存器，其输入端与比较器组的输出端电性连接；其第一输出端对应与所述第一控制开关连接；其第二输出端与所述第二控制开关连接；计数器组，其与所述锁存器的输出端连接，用于对锁存器输出的电平信号的一个周期进行计数。本发明具有电路结构简单，测量方法简单便捷，测量成本低廉，测量精度高的优点。

Description

一种测量电容系统及其测量方法
技术领域
本发明涉及电容测量领域，具体涉及一种电容测量方法与测量电容系统。
背景技术
电容测量技术广泛应用于各种领域之中，比如触摸感应、距离感应等。现有的技术在测量电容值时，对电容充电或放电时间单独测量，这存在一定的局限性，不利于误差的累积和测量精度的提高。
发明内容
本发明的目的是提供一种测量电容系统及其测量方法；通过锁存器来控制待测电容的充放电，使得待测电容的充电和放电的过程迅速衔接，便于测量误差的累积，达到提高测量的精度的目的。
为了实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种测量电容系统，包含：充电电流源，其一端接入电流电压VDD；另一端通过第一控制开关与待测电容的第一端电性连接；所述待测电容的第二端接地；所述充电电流源用于对所述待测电容进行充电。放电电流源，其一端接地，另一端通过第二控制开关与所述待测电容的第一端电性连接；所述放电电流源用于对所述待测电容进行放电。比较器组，其输入端与所述待测电容的第一端连接，以获取待测电容的电压值Vcap，在比较器组中与设定的参考电压阈值进行比较。锁存器，其输入端与比较器组的输出端电性连接；锁存器的第一输出端对应与所述第一控制开关连接，第二输出端与所述第二控制开关连接。计数器组，其对应与所述锁存器的任意一个输出端连接，用于对锁存器输出的电平信号的周期以及输入到计数器组的时钟脉冲信号clk的周期进行计数。根据所述比较器组提供的比较结果，所述锁存器输出使第一与第二控制开关切换导通的信号，使得所述充电电流源与放电电流源周期性地对待测电容进行充放电，直至所述计数器组完成计数。
优选地，所述比较器组进一步包含：第一比较器与第二比较器；所述第一比较器的同相输入端输入第一参考电压阈值Vrefh，所述第一比较器的反相输入端和所述第二比较器的同相输入端分别与待测电容的第一端电性连接；所述第二比较器的反相输入端输入第二参考电压阈值Vrefl；其中，所述第一参考电压阈值Vrefh>第二参考电压阈值Vrefl。
优选地，所述第一比较器的输出端输出电平信号d1，其与锁存器的第一输入端连接。所述第二比较器的输出端输出电平信号d2，其与锁存器的第二输入端连接。所述锁存器的第一输出端输出电平信号d3，其第二输出端输出电平信号d4。当Vrefh>Vcap，Vrefl>Vcap时，所述比较器组输出电平信号d1＝1，d2＝0；所述锁存器组输出电平信号d3＝1，d4＝0；所述第一控制开关导通，第二控制开关断开，待测电容充电。当待测电容的电压值Vcap＝Vrefl时，所述电平信号d1＝1，d2＝1；所述电平信号d3＝1，d4＝0；待测电容继续充电。当待测电容的电压值Vcap＝Vrefh时,所述电平信号d1＝0，d2＝1；所述电平信号d3＝0，d4＝1；所述第一控制开关断开，第二控制开关导通，待测电容放电；此时，Vrefh>Vcap>Vrefl，所述电平信号d1＝1，d2＝1；所述电平信号d3＝0，d4＝1，待测电容继续放电。当待测电容的电压值Vcap＝Vrefl时,所述电平信号d1＝1，d2＝0；所述电平信号d3＝1，d4＝0，待测电容充电。
优选地，所述计数器组包含：第一计数器；所述第一计数器的clk端与锁存器的第一输出端或第二输出端电性连接；其复位端rstb接入触发锁存器开始工作的start信号；其输入端din用于设置对锁存器的第一输出端输出的电平信号d3的周期或第二输出端输出的电平信号d4的周期进行计数的次数M；其输出端out用于输出表示测试完成的finish信号。
优选地，所述计数器组还包含与门，通过该与门和所述第一计数器连接的第二计数器。所述与门的三个输入端分别接入时钟脉冲信号clk、start信号、finish信号的反相信号，所述与门的输出端与第二计数器的时钟端clk连接；所述第二计数器的复位端rstb接入start信号，其输出端out输出第二计数器所记录的从start信号至finish信号之间的时钟脉冲信号clk的周期数N。
优选地，所述测量电容系统还设有一计算单元，基于以下算式对待测电容的电容值Ctest进行求解；
其中，锁存器输出的电平信号的周期Td3，充电电流源和放电电流源各自的电流值Ib1与Ib2；
周期Td3的算式为：
NTclk＝M Td3
式中，M是设定的计数值，触发锁存器开始工作起，计数器组对周期Td3进行计数直到计数值达到M后停止，期间计数器组还对接入的时钟脉冲信号clk的周期Tclk进行计数，记为数值N；
优选地，所述充电电流源替换为与第一电阻串联的充电电压源；所述放电电流源替换为与第二电阻串联的放电电压源。
优选地，所述测量电容系统还设有一计算单元，基于以下算式对待测电容的电容值Ctest进行求解；
其中，锁存器输出的电平信号的周期Td3，充电电压源和放电电压源各自的电压值Vh与Vl；第一电阻和第二电阻的阻值R1与R2。
周期Td3的算式为：
NTclk＝M Td3
式中，M是设定的计数值，触发锁存器开始工作起，计数器组对周期Td3进行计数直到计数值达到M后停止，期间计数器组还对接入的时钟脉冲信号clk的周期Tclk进行计数，记为数值N。
本发明另一个技术方案为一种基于上文所述的测量电容系统的电容测量方法，包含以下过程：通过已知大小的两个电源，实现对待测电容的周期性充放电。对锁存器输出的电平信号的周期以及时钟脉冲信号clk的周期进行计数。当所述已知大小的电源为电流源时，基于以下算式对待测电容的电容值Ctest进行求解；
其中，锁存器输出的电平信号的周期Td3，充电电流源和放电电流源各自的电流值Ib1与Ib2；Vrefh、Vrefl是比较器组中设定的两个参考电压阈值，且通过各自与待测电容的电压值Vcap的比较结果、经锁存后用来对充放电进行控制。
电平信号的周期Td3的算式为：
NTclk＝M Td
式中，M是设定的计数值，触发锁存器开始工作起，计数器组对电平信号的周期Td3进行计数直到计数值达到M后停止，期间计数器组还对接入的时钟脉冲信号clk的周期Tclk进行计数，记为数值N。
优选地，当所述已知大小的电源为带有串联电阻的电压源时，基于以下算式对待测电容的电容值Ctest进行求解：
式中，锁存器输出的电平信号的周期Td3，充电电压源和放电电压源各自的电压值Vh与Vl；R1、R2分别为与充或放电电压源串联的电阻的阻值；Vrefh、Vrefl是比较器组中设定的两个参考电压阈值，且通过各自与待测电容的电压值Vcap的比较结果、经锁存后用来对充放电进行控制。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
本发明通过锁存器来控制待测电容的充放电，使得待测电容的充电和放电的过程迅速衔接，便于测量误差的累积，在测量同一电容时，通过增加采样时间具有提高测量的精度的优点。
本发明具有电路结构简单，测量方法简单便捷，测量成本低廉的优点。
附图说明
图1为本发明一种测量电容系统的电路结构示意图；
图2为本发明一种测量电容系统在测量时比较器与锁存器输出信号的波形示意图；
图3为本发明一种测量电容系统的计数器从开始至结束时的时钟信号脉冲的周期数的示意图；
图4为本发明一种测量电容系统的一个实施例的电路结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。
如图1所示，本发明一种测量电容系统，包含：充电电流源Ib1，其一端接入电流电压VDD；另一端通过第一控制开关SW1与待测电容的第一端电性连接；所述待测电容的第二端接地。
放电电流源Ib2，其一端接地，另一端通过第二控制开关SW2与待测电容的第一端电性连接。
比较器组1，其输入端与上述待测电容的第一端连接；上述待测电容为比较器组1提供初始比较电压值，即待测电容的电压值Vcap。
上述比较器组1进一步包含第一比较器comp1与第二比较器comp2；上述第一比较器comp1的同相输入端输入同相端输入电压Vrefh，第一比较器comp1的反相输入端和上述第二比较器comp2的同相输入端分别与待测电容的第一端电性连接；上述第二比较器comp2的反相输入端的反相端输入电压为Vrefl。
上述第一比较器comp1的输出端输出电平信号d1，其与锁存器的R端连接。上述第二比较器comp2的输出端输出电平信号d2，其与锁存器的S端连接。
锁存器2，其输入端与比较器组1的输出端电性连接；其第一输出端对应与第一控制开关SW1连接；其第二输出端与第二控制开关SW2连接。
所述锁存器2的第一输出端输出电平信号d3，其第二输出端输出电平信号d4。
本发明还设有一计数器组3，其包含第一计数器，以及通过与门与第一计数器连接的第二计数器；第一计数器的clk端与锁存器的第一输出端或者第二输出端电性连接；第一与第二计数器的复位端rstb，以及所述锁存器2的触发端同时接入触发锁存器开始工作的start信号。第一计数器的输入端din用于设置对锁存器2的第一输出端输出的电平信号d3或者第二输出端输出的电平信号d4的周期进行计数。
在本实施例中，上述第一计数器的clk端与锁存器的第一输出端电性连接。其为对锁存器2的第一输出端输出的电平信号d3的周期进行计数。
第一计数器的输出端out用于当上述第一计数器在记录M个d3信号的周期时，输出测试完成信号，即finish信号。
上述与门的三个输入端分别接入start信号、时钟脉冲信号clk、对第一计数器输出的finish信号取反后的信号。上述与门的输出端与第二计数器的时钟端clk连接。第二计数器的输出端out输出dout信号。
在本实施例中，设置第一计数器的输入端din对电平信号d3的周期记录M次；接入start信号，触发锁存器2开始工作，触发第一计数器开始对电平信号d3的周期进行计数，触发第二计数器开始对时钟脉冲信号clk的周期进行计数；当第一计数器计数M次时，上述第一计数器的输出端out输出测试完成信号即finish信号。此时，由于finish信号在第一计数器工作期间一直为低电平信号，取反后上述与门的三个输入端均输入高电平信号，则上述与门输出端输出高电平信号，所述第二计数器对时钟脉冲信号clk周期进行计数；当第一计数器结束计数时，输出的finish信号为一个上升沿信号，对其取反后，输入至上述与门中，则上述与门输出端输出低电平信号，此时，所述第二计数器结束对时钟脉冲信号clk的周期进行计数，并通过第二计数器的out端输出第二计数器所记录的从start信号至finish信号之间的时钟脉冲信号clk的周期数N。
本发明测试电容系统的总体测试电容对的工作原理为：通过已知大小的基准电流源对待测电容进行充电或放电，当电压高于或低于某一阈值时，停止充电或放电，立刻启动另一基准电流源对待测电容进行放电(或充电)，重复上述过程，使得上述待测电容的电压进行周期性波动；进而通过测量该电压的周期，得到上述待测电容值的大小。
基于上述的测试电容系统，本发明还公开了一种测试电容的方法；包含以下过程：
设置待测电容上的电压Vcap初始值，在本实施例中，另其初始值为0；
设置第一计数器对锁存器的第一输出端输出的d3信号的周期进行计数M次；
如图2所示，此时，第一比较器的同相端输入电压Vrefh>Vcap；第一比较器输出的电平信号d1＝1,为高电平信号。
第二比较器的反相端输入电压Vrefl>Vcap；第二比较器输出的电平信号d2＝0,为低电平信号。
当输入的start信号从低电平变成高电平时，其形成的上升沿触发锁存器开始工作；同时，如图3所示，当输入的start信号从低电平变成高电平时，第二计数器开始输入的时钟脉冲信号clk的周期进行计数。
由于输入的电平信号d1＝1，d2＝0,则锁存器对应输出的电平信号为第一输出端输出的电平信号d3＝1，第二输出端输出的电平信号d4＝0，此时，第一控制开关SW1导通，第二控制开关SW2断开；充电电流源Ib1通过导通的第一控制开关SW1对上述待测电容充电，此时，电容电压上升的斜率为Ib1/Ctest。
当上述待测电容的电压Vcap＝Vrefl时，第一比较器的同相端输入电压Vrefh>Vcap；第一比较器输出的电平信号d1＝1,仍保持为高电平信号。
第二比较器的反相端输入电压Vrefl＝Vcap；第二比较器输出的电平信号d2＝1,瞬时跳转为高电平信号。
此时，锁存器输出的电平信号保持不变，即第一输出端输出的电平信号d3＝1，第二输出端输出的电平信号d4＝0。
此时，待测电容保持充电状态，当待测电容的电压上升到Vrefh时，第一比较器的同相端输入电压Vrefh＝Vcap；第一比较器输出的电平信号d1＝0,瞬时转变为低电平信号。
第二比较器的反相端输入电压Vcap>Vrefl；第二比较器输出的电平信号d2＝1,为保持为高电平信号。
锁存器2的两个输出端输出的电平信号分别为d3＝0，d4＝1，此时，第一控制开关SW1断开，第二控制开关SW2导通；放电电流源Ib2通过第二控制开关SW2对上述充过电的待测电容进行放电，该待测电容电压下降的斜率为Ib2/Ctest；由于比较器组1、锁存器2的和上述两个控制开关造成的延迟很小。在待测电容开始放电时，待测电容电压立刻下降至Vrefh以下，即Vrefl<Vcap<Vrefh；因此，第一比较器的同相端输入电压Vrefh>Vcap；第一比较器输出的电平信号d1＝1，为高电平信号。
第二比较器的反相端输入电压Vrefl<Vcap；第二比较器输出的电平信号d2＝1，保持高电平信号。
此时，锁存器的两个输出端分别输出的信号d3＝0，d4＝1；上述第一控制开关SW1保持断开；第二控制开关SW2保持导通；上述放电电流源Ib2继续对待测电容进行放电。
当待测电容电压下降至Vrefl时；即Vcap＝Vrefl，第一比较器的同相端输入电压Vrefh>Vcap；第一比较器输出的电平信号d1＝1，保持为高电平信号。
第二比较器的反相端输入电压Vrefl＝Vcap；第二比较器输出的电平信号d2＝0，转换成低电平信号。
此时，锁存器的两个输出端分别输出的信号d3＝1，d4＝0；上述第一控制开关SW1导通；第二控制开关SW2断开；上述充电电流源Ib1对待测电容进行充电。此时完成对待测电容的充放电的一个完整的过程。重复此过程，直至第一计数器对锁存器2的第一输出端输出的d3周期性信号的周期计数到达设定值M次，则其输出检测完成信号finish信号，即代表测量结束；第二计数器输出在开始测量到测量结束时，此短期间的时钟脉冲信号clk的周期数N。上述的锁存器2的第一输出端输出的d3信号的周期Td3与上述时钟脉冲信号clk的周期Tclk的关系为：
NTclk＝MTd3 (1)
根据上述的测量系统，则锁存器2的第一输出端输出的d3信号的周期Td3与上述待测电容的电容值Ctest以及上述充电和放电电流源的关系式为：
结合公式(1)与(2)由于充电与放电电流源输出的电流值是已知的，因此即可求出上述待测电容的电容值Ctest。
上述测量方法进一步包含以下过程：增加采样时间，由于上述计数器3只能进行整周期或者半周期的累加计数，当误差小于一个周期或者半个周期时，就会忽略不计；则设信号d3的周期Td3可以用第二计数器记录的时钟脉冲信号clk的周期Td3表示，具体如下：
Td3＝CTclk+δ (3)
其中，C是被上述第二计数器记录的整数部分，δ是被忽略的小数部分，0＜δ＜1。
将式(3)等式两边同乘以M，得到：
MTd3＝MCTclk+Mδ (4)
当第一计数器对信号d3的一个周期Td3记录了M次时；根据式(4)，计数器实际得到值为MCTclk，忽略上式(4)中的误差部分Mδ，被忽略的部分是有可能大于1的。
这样通过使用锁存器控制上文中的控制开关，将信号d3的每个周期连接起来，有利于误差的累积，通过增加采样时间，即通过增加M的值，延长误差累积的时间，提高电容测量精度。即对同样的测量电容，M值每增加一倍，测量精度可以提高1bit。
本发明的另一个实施例为：基于上文所述的电容测量系统，将上述充电电流源Ib1替换为与第一电阻R1串联的充电电压源Vh；将上述放电电流源Ib2替换为与第二电阻R2串联的放电电压源Vl；其余部分与上文中所述的电容测量系统的结构相同。
其工作原理为通过充电电压源Vh和第一电阻R1对待测电容充电，且Vh>Vrefh；通过放电电压源Vl和第二电阻R2对待测电容放电，且Vl<Vrefl。此时，由于RC响应的方式上升和下降，即待测电容的电压Vcap的充电与放电曲线斜率不是固定的。
此时，信号d3的周期Td3与待测电容的电容值Ctest之间的关系式为：
因此，由于第一电阻与第二电阻R1、R2的电阻值R1、R2已知；充放电的电压源输出的电压值Vh与Vl已知；比较器的初始电压Vrefl与Vrefh的值已知，此时，计数器测得了信号d3的周期Td3后，即可算出待测电容的电容值Ctest。
在本实施例中，也可以通过增加待测电容充放电的周期数，来提高测量精度。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种测量电容系统，其特征在于，包含：
充电电流源，其一端接入电流电压VDD；另一端通过第一控制开关与待测电容的第一端电性连接；所述待测电容的第二端接地；所述充电电流源用于对所述待测电容进行充电；
放电电流源，其一端接地，另一端通过第二控制开关与所述待测电容的第一端电性连接；所述放电电流源用于对所述待测电容进行放电；
比较器组，其输入端与所述待测电容的第一端连接，以获取待测电容的电压值Vcap，在比较器组中与设定的参考电压阈值进行比较；
锁存器，其输入端与比较器组的输出端电性连接；锁存器的第一输出端对应与所述第一控制开关连接，第二输出端与所述第二控制开关连接；
计数器组，其对应与所述锁存器的任意一个输出端连接，用于对锁存器输出的电平信号的周期以及输入到计数器组的时钟脉冲信号clk的周期进行计数；
根据所述比较器组提供的比较结果，所述锁存器输出使第一与第二控制开关切换导通的信号，使得所述充电电流源与放电电流源周期性地对待测电容进行充放电，直至所述计数器组完成计数。
2.如权利要求1所述的测量电容系统，其特征在于，
所述比较器组进一步包含：第一比较器与第二比较器；所述第一比较器的同相输入端输入第一参考电压阈值Vrefh，所述第一比较器的反相输入端和所述第二比较器的同相输入端分别与待测电容的第一端电性连接；所述第二比较器的反相输入端输入第二参考电压阈值Vrefl；其中，所述第一参考电压阈值Vrefh>第二参考电压阈值Vrefl。
3.如权利要求2所述的测量电容系统，其特征在于，
所述第一比较器的输出端输出电平信号d1，其与锁存器的第一输入端连接；
所述第二比较器的输出端输出电平信号d2，其与锁存器的第二输入端连接；
所述锁存器的第一输出端输出电平信号d3，其第二输出端输出电平信号d4；
当Vrefh>Vcap，Vrefl>Vcap时，所述比较器组输出电平信号d1＝1，d2＝0；所述锁存器组输出电平信号d3＝1，d4＝0；所述第一控制开关导通，第二控制开关断开，待测电容充电；
当待测电容的电压值Vcap＝Vrefl时，所述电平信号d1＝1，d2＝1；所述电平信号d3＝1，d4＝0；待测电容继续充电；
当待测电容的电压值Vcap＝Vrefh时,所述电平信号d1＝0，d2＝1；所述电平信号d3＝0，d4＝1；所述第一控制开关断开，第二控制开关导通，待测电容放电；
此时，Vrefh>Vcap>Vrefl，所述电平信号d1＝1，d2＝1；所述电平信号d3＝0，d4＝1，待测电容继续放电；
当待测电容的电压值Vcap＝Vrefl时,所述电平信号d1＝1，d2＝0；所述电平信号d3＝1，d4＝0，待测电容充电。
4.如权利要求1所述的测量电容系统，其特征在于，
所述计数器组包含：第一计数器；所述第一计数器的clk端与锁存器的第一输出端或第二输出端电性连接；其复位端rstb接入触发锁存器开始工作的start信号；其输入端din用于设置对锁存器的第一输出端输出的电平信号d3的周期或第二输出端输出的电平信号d4的周期进行计数的次数M；其输出端out用于输出表示测试完成的finish信号。
5.如权利要求4所述的测量电容系统，其特征在于，
所述计数器组还包含与门，通过该与门和所述第一计数器连接的第二计数器；
所述与门的三个输入端分别接入时钟脉冲信号clk、start信号、finish信号的反相信号，所述与门的输出端与第二计数器的时钟端clk连接；所述第二计数器的复位端rstb接入start信号，其输出端out输出第二计数器所记录的从start信号至finish信号之间的时钟脉冲信号clk的周期数N。
6.如权利要求1所述的测量电容系统，其特征在于，所述测量电容系统还设有一计算单元，基于以下算式对待测电容的电容值Ctest进行求解；
<mrow> <msub> <mi>T</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mn>3</mn> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>v</mi> <mrow> <mi>r</mi> <mi>e</mi> <mi>f</mi> <mi>h</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>v</mi> <mrow> <mi>r</mi> <mi>e</mi> <mi>f</mi> <mi>l</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <msub> <mi>c</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mi>e</mi> <mi>s</mi> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <msub> <mi>I</mi> <mrow> <mi>b</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> </mfrac> <mo>+</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <msub> <mi>I</mi> <mrow> <mi>b</mi> <mn>2</mn> </mrow> </msub> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
其中，锁存器输出的电平信号的周期Td3，充电电流源和放电电流源各自的电流值Ib1与Ib2；
周期Td3的算式为：
NTclk＝M Td3
式中，M是设定的计数值，触发锁存器开始工作起，计数器组对周期Td3进行计数直到计数值达到M后停止，期间计数器组还对接入的时钟脉冲信号clk的周期Tclk进行计数，记为数值N。
7.如权利要求1-6中任意一项所述的测量电容系统，其特征在于，
所述充电电流源替换为与第一电阻串联的充电电压源；所述放电电流源替换为与第二电阻串联的放电电压源。
8.如权利要求7所述的测量电容系统，其特征在于，所述测量电容系统还设有一计算单元，基于以下算式对待测电容的电容值Ctest进行求解；
<mrow> <msub> <mi>T</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mn>3</mn> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>C</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mi>e</mi> <mi>s</mi> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>R</mi> <mn>1</mn> </msub> <mi>l</mi> <mi>n</mi> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>V</mi> <mi>h</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>V</mi> <mrow> <mi>r</mi> <mi>e</mi> <mi>f</mi> <mi>l</mi> </mrow> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>V</mi> <mi>h</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>V</mi> <mrow> <mi>r</mi> <mi>e</mi> <mi>f</mi> <mi>h</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>+</mo> <msub> <mi>R</mi> <mn>2</mn> </msub> <mi>l</mi> <mi>n</mi> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>V</mi> <mi>l</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>V</mi> <mrow> <mi>r</mi> <mi>e</mi> <mi>f</mi> <mi>l</mi> </mrow> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>V</mi> <mi>l</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>V</mi> <mrow> <mi>r</mi> <mi>e</mi> <mi>f</mi> <mi>h</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
其中，锁存器输出的电平信号的周期Td3，充电电压源和放电电压源各自的电压值Vh与Vl；第一电阻和第二电阻的阻值R1与R2；
周期Td3的算式为：
NTclk＝M Td3
式中，M是设定的计数值，触发锁存器开始工作起，计数器组对周期Td3进行计数直到计数值达到M后停止，期间计数器组还对接入的时钟脉冲信号clk的周期Tclk进行计数，记为数值N。
9.一种基于权要求1～8任意一项所述的测量电容系统的电容测量方法，其特征在于，包含以下过程：
通过已知大小的两个电源，实现对待测电容的周期性充放电；
对锁存器输出的电平信号的周期以及时钟脉冲信号clk的周期进行计数；
当所述已知大小的电源为电流源时，基于以下算式对待测电容的电容值Ctest进行求解；
<mrow> <msub> <mi>T</mi> <mrow> <mi>d</mi> <mn>3</mn> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>v</mi> <mrow> <mi>r</mi> <mi>e</mi> <mi>f</mi> <mi>h</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>v</mi> <mrow> <mi>r</mi> <mi>e</mi> <mi>f</mi> <mi>l</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <msub> <mi>c</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mi>e</mi> <mi>s</mi> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <msub> <mi>I</mi> <mrow> <mi>b</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> </mfrac> <mo>+</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <msub> <mi>I</mi> <mrow> <mi>b</mi> <mn>2</mn> </mrow> </msub> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
其中，锁存器输出的电平信号的周期Td3，充电电流源和放电电流源各自的电流值Ib1与Ib2；Vrefh、Vrefl是比较器组中设定的两个参考电压阈值，且通过各自与待测电容的电压值Vcap的比较结果、经锁存后用来对充放电进行控制；
电平信号的周期Td3的算式为：
NTclk＝M Td3
式中，M是设定的计数值，触发锁存器开始工作起，计数器组对电平信号的周期Td3进行计数直到计数值达到M后停止，期间计数器组还对接入的时钟脉冲信号clk的周期Tclk进行计数，记为数值N。
10.如权利要求9所述的电容测量方法，其特征在于，当所述已知大小的电源为带有串联电阻的电压源时，基于以下算式对待测电容的电容值Ctest进行求解：
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式中，锁存器输出的电平信号的周期Td3，充电电压源和放电电压源各自的电压值Vh与Vl；R1、R2分别为与充或放电电压源串联的电阻的阻值；Vrefh、Vrefl是比较器组中设定的两个参考电压阈值，且通过各自与待测电容的电压值Vcap的比较结果、经锁存后用来对充放电进行控制。
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