CN110998338B

CN110998338B - 确定电参数的方法和确定电参数的测量装置

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Publication number: CN110998338B
Application number: CN201880048172.2A
Authority: CN
Inventors: 弗里德里希·巴恩米勒; 乌尔夫-托勒·格林德曼
Original assignee: Sciosense BV
Current assignee: Sciosense BV
Priority date: 2017-07-31
Filing date: 2018-07-05
Publication date: 2022-07-01
Anticipated expiration: 2038-07-05
Also published as: EP3438677A1; CN110998338A; WO2019025116A1; US11243237B2; US20200158767A1

Abstract

一种用于确定电参数的方法，包括由公共电源电压(VL)对第一和第二电容器(CL1、CL2)并行充电。然后，通过使第一电容器(CL1)放电来确定第一放电时间(t11)。此外，通过使第一电容器(CL1)再次放电或使第二电容器(CL2)放电来确定第二放电时间(t12)。最后，根据第一放电时间和第二放电时间(t11、t12)之比确定电参数。

Description

确定电参数的方法和确定电参数的测量装置

本发明涉及一种用于确定电参数的方法，并且还涉及一种用于确定电参数的测量装置。例如，要确定的电参数是电阻值或电容值或其之比。

传感器以越来越多的种类使用在许多技术领域中。从广义上讲，能够将传感器视为一种电子部件，所述部件用于检测其环境中的事件或变化，生成传感器信号并将包含在传感器信号中的信息发送给其他电子设备以用于数据分析，通常是微处理器或计算机处理器。专用传感器用于测量电参数，例如电阻和电容。示例包括微机械传感器，例如应变计或电容式环境传感器。例如，这些传感器能够用于测量力、压力、温度和湿度。

在许多应用中存在对高精度的需求。例如，高精度测量应变计能够是一个挑战。由于应变计对负载传感器的激励很小，仅满量程的0.2％(2000ppm)，并且由于16位及更高的高分辨率，通常需要在ppb范围内以很高的精度确定电阻。通常，这是通过测量电阻比来完成的。

图3示出了如现有技术中已知的用于确定电阻比的测量装置。测量装置包括测量路径1和数据分析路径2。测量路径1经由负载选择开关S1将负载供应端子LS连接到比较器CP的输入侧。负载供应端子LS连接到负载电压VL。负载供应端子分别经由第一和第二块式电容器C1、C2连接到参考电势，例如地GND。负载电容器CL连接在负载选择开关和比较器的输入侧之间，并且还连接到参考电势。另外，测量路径1包括连接在负载选择开关S1和比较器CP的输入侧之间的两个端子RIN1、RIN2。数据分析路径2包括串联连接的比较器CP、时间数字转换器TDC以及控制和处理单元CPU。

基本上，测量原理依赖于将电阻的变化转化为由高精度时间间隔测量确定的电压变化。例如，应变计SG连接到端子RIN1、RIN2。在所述示例中，应变计SG由第一和第二电阻器R1、R2表示。这些SG电阻器连接到负载电容器CL，从而形成低通滤波器。利用电源电压VL对负载电容器CL充电，然后通过电阻器R1、R2中的一个放电。相对于触发电压或阈值电压Vth的放电时间是使用时间数字转换器TDC测量的，在典型应用中放电时间在100μs的范围内。TDC可以具有小于20ps的单次分辨率。

在所述示例中，完整的测量序列包括以下步骤。首先，利用电源电压VL对负载电容器CL充电。在所述特定时间点，电源电压具有一定的噪声贡献，因此在下文中将其表示为第一电源电压VL1。然后，负载电容器CL通过第一电阻器R1放电。比较器CP在电压下降到阈值电压Vth以下时立即切换。时间数字转换器TDC测量在开始放电直到电压达到阈值电压Vth之间的时间间隔。所述时间间隔确定第一放电时间t₁。

现在，再次利用电源电压VL对负载电容器CL充电。在所述特定时间点，电源电压具有一定的噪声贡献，因此，在下文中将其表示为第二电源电压VL2。一般来说，电源电压的噪声贡献可以随时间而变化，使得VL1可以不完全等于VL2。然后，负载电容器CL通过第二电阻器R2放电。比较器CP在电压下降到阈值电压Vth以下时立即切换。时间数字转换器TDC测量开始放电直到电压达到阈值电压Vth之间的时间间隔。所述时间间隔确定第二放电时间t₂。

放电时间t₁和t₂由第一和第二电阻器的电阻(表示为R₁和R₂)、负载电容器的电容(表示为CL)、第一和第二电源电压(表示为VL₁和VL₂)和阈值电压(表示为V_th)确定。得出放电时间t₁和t₂：

和

能够重新计算放电时间之比，以得出电阻之比的表达式：

从计算结果能够看出，VL₁和VL₂的不同引起了测量R₁/R₂之比的噪声和误差。由于负载电容器CL的充电发生在两个不同的时间点，因此由于每次测量开始时的实际起始电压的变化(即序列中的VL₁或VL₂)，电源电压上的噪声引起了对测量的噪声。

能够以时间复用的方式重复测量过程，以便减少噪声的影响。计算结果之比将得到电容器和比较器的绝对值和温度相关性。已使用高阻隔电容器和其他外部电路措施以最小化电压纹波并稳定电源。然而，这些措施并不能完全消除所述问题。它们仅不同程度地降低测量中的噪声。

图4示出了如现有技术中已知的用于确定电容之比的测量装置。测量装置类似于图3所示的装置，但是只有一个连接到测量路径的电阻器R1。代替负载电容器CL，存在经由表示测量对象(例如电容式环境传感器)的测量端子CIN1、CIN2连接到测量路径1的两个电容器C1和C2。

在所述示例中，完整的测量序列包括以下步骤。首先，利用电源电压VL1对第一电容器C1充电。然后电容器C1通过单个电阻器R1放电。比较器CP在电压下降到阈值电压Vth以下时立即切换。从而给出放电时间t₁。然后，利用电源电压VL2对第二电容器C2充电，并再次通过电阻器R1放电。比较器CP在电压下降到阈值Vth以下时立即切换，从而给出放电时间t₂。

得出放电时间t₁和t₂：

和

能够重新计算放电时间的之比，以得出电阻之比的表达式：

从计算结果能够看出，VL₁和VL₂的不同引起了测量C₁/C₂之比的噪声和误差。由于负载电容器CL的充电发生在两个不同的时间点，因此由于每次测量开始时的实际起始电压的变化(即序列中的VL₁或VL₂)，电源电压上的噪声引起了对测量的噪声。

本发明的目的是提供一种用于确定电参数的改进概念以及一种允许减少信号噪声影响的用于确定电参数的测量装置。

所述目的是通过独立权利要求的主题实现的。另外的实施方式和实施例是从属权利要求的主题。

应当理解，除非明确地描述为是替代的，否则下文中关于任何一个实施例描述的任何特征可以单独使用，或者与下文中描述的其他特征结合使用，也可以与任何其他实施例的一个或更多个特征结合使用，或者与任何其他实施例的任何组合结合使用。此外，在不脱离如所附权利要求所限定的用于确定电参数的方法和用于确定电参数的测量装置的范围的情况下，也可以采用以下未描述的等同物和修改。

在至少一个实施例中，用于确定电参数的方法包括以下步骤。由公共电源电压对第一和第二电容器并行充电。然后，使第一电容器放电，并且确定第一放电时间。此外，确定第二放电时间。所述第二放电时间可以涉及使第一电容器再次放电。替代地或另外地，通过使第二电容器放电来确定第二放电时间。最后，根据第一放电时间和第二放电时间之比确定电参数或将第一放电时间和第二放电时间之比确定为电参数。

为了使第一电容器再次放电，第一电容器可以再次充电到由公共电源电压限定的电平或一些其他电平。然而，如果有足够的电荷存储在第一电容器上，则甚至可能从小于公共电源电压的电压进行放电。例如，第二电容器的放电可以从公共电源电压开始。

所提出的概念允许在测量第一放电时间和测量第二放电时间时采用相似或相等的起始电压。这样，起始电压可以由公共电源电压表示，并且具有相似或相同的噪声水平，所述噪声在电参数之比的计算中会被抵消。因此，通过将公共电源电压作为电源将不会对测量引起噪声或引起很少的噪声。能够完全减小或消除电源电压噪声对测量的影响，而不是减小电源电压上的噪声。因此，可以不再需要外部部件如大电容器以减少电源噪声。实际上，能够经受更高的电源噪声。这允许在不增加外部部件数量的情况下提高测量精度。

在至少一个实施例中，第一电容器的放电包括另外的步骤。开始放电并当第一电压达到阈值电压时停止放电。然后，第一放电时间表示第一电容器开始放电和停止放电之间的时间。另外或可替代地，第二电容器开始放电，并当第二电压达到阈值电压时停止放电。然后，第二放电时间表示第二电容器开始放电和停止放电之间的时间。

放电时间能够根据开始放电和停止放电之间的时间间隔的模拟或数字差来确定，例如通过开始和停止信号。可替代地，放电时间能够直接测量为放电的开始和停止时刻之间的时间间隔，而不是绝对时间差。

在至少一个实施例中，第一电容器和第二电容器同时充电。替代地或另外地，第一电容器和第二电容器的并行充电在同一时刻开始，例如彼此同步。

在至少一个实施例中，第一电容器具有第一电容值。第二电容器具有第二电容值。电容值可以彼此接近，例如，电容值与工艺参数相同，或可以在数值上只相差小于10％或小于1％。第一和第二电容值能够彼此成比例。在一些实施例中，第一和第二电容值能够是匹配的或甚至是相同的值。

在至少一个实施例中，第一和/或第二电容器通过至少一个电阻器放电。例如，放电可以在第一和第二放电时间通过同一电阻器进行。然而，可以通过专用的第一电阻器对第一电容器进行放电，并通过专用的第二电阻器对第二电容器进行放电。可能还可以使用两个以上的电阻器和/或两个以上的电容器。然而，在实施两个以上电容器的情况下，在第一步骤中，也可以利用公共电源电压对它们并行充电。

在至少一个实施例中，第一和第二电容器再次由公共电源电压并行充电，即在第一和第二电容器放电并确定第一和第二放电时间之后。然后，通过使第一电容器放电来确定第三放电时间。此外，通过再次使第一电容器放电或通过使第二电容器放电来确定第四放电时间。最后，根据第一放电时间、第二放电时间、第三放电时间和第四放电时间之比来确定电参数或将所述比确定为电参数。

一些应用可能受益于改变放电顺序以消除任何系统影响，但这不是强制性的。例如，第三放电时间也能够通过使第二电容器放电来确定，第四放电时间能够通过使第二电容器放电来确定，等等。

在至少一个实施例中，第一和第二放电时间是通过利用第一电阻器使第一和第二电容器放电来确定。第三和第四放电时间是通过利用第二电阻器使第一和第二电容器放电来确定。第三和第四放电时间可以在对电容器再充电之后确定。

在至少一个实施例中，利用公共电源电压使用第二电容器对第一电容器充电。电容器在第一电容器再次放电之前充电。例如，第二电容器用于利用公共电源电压对第一电容器充电。然后，第一电容器能够放电以得出第二(或另外的)放电时间。

在至少一个实施例中，与第一和第二电容器并行地，由公共电源电压对另外的电容器充电。通过分别使另外的电容器放电来确定另外的放电时间。然后，根据第一放电时间、第二放电时间和另外的放电时间之比分别确定另外的电参数。本文关于第一和第二电容器描述的相同概念也可以应用于另外的电容器。实际上，要确定的电参数可以根据几个电容值和/或电阻值来公式化。

在至少一个实施例中，要确定的至少一个电参数是电阻比和/或电容比。例如，电阻比和/或电容比指示如传感器之类的测量对象，所述测量对象例如通过端子和开关连接到测量装置，其中测量装置实现如本文所公开的用于确定电参数的方法。

在至少一个实施例中，用于确定电参数的测量装置包括测量路径和数据分析路径。测量路径被设置为分别连接到第一和第二电容器。测量路径还被设置为提供公共电源电压。数据分析路径连接到测量路径，并且配置成根据如上所述的确定电参数的方法来确定电参数。

在至少一个实施例中，测量路径还包括能够连接到公共电源电压的负载供应端子。提供第一和第二可选端子以分别连接第一和第二电容器。可选测量端子可以被视为能够选择以建立到测量路径的电有源连接的端子。可选端子的示例包括开关或晶体管。此外，端子可以通过控制线连接到数据分析路径，以便通过数据分析路径或其部件来控制。

数据分析路径还包括串联连接的比较器、时间到数字转换器和控制和处理单元。特别地，比较器被设置为当施加在输入侧的电压达到阈值电压时提供触发信号。比较器连接到测量路径。此外，时间数字转换器设置为根据触发信号提供定时信号。

最后，控制和处理单元被设置为选择第一和第二可选端子，以便由在负载供应端子处提供的公共电源电压对第一和第二电容器并行充电。此外，控制和处理单元还被设置为选择第一和第二可选择端子以分别使第一和/或第二电容器放电。

在至少一个实施例中，应变计包括至少一个电阻器，并且连接到至少一个另外的可选端子。例如，电参数与表征施加到应变计的力的电阻或电阻比有关。

在至少一个实施例中，电容式传感器连接到第一或第二可选端子中的至少一个。所述传感器包括第一或第二电容器中的至少一个。例如，电参数与表征电容式传感器状态的电容或电容比有关。电容式传感器的示例例如包括被设置为测量力、压力、温度和湿度的电容式环境传感器。

在至少一个实施例中，测量装置包括集成电路。第一和第二电容器和/或至少一个电阻器集成到同一集成电路中，或者可替代地，分别作为外部部件连接到可选端子。

所述方法的其他实施例容易根据电路装置的各种实施方式和实施例得出，反之亦然。

在下文中，关于附图进一步详细描述了上述原理，其中给出了示例性实施例。

在下面的示例性实施例和附图中，相似或相同的元件可以设置有相同的附图标记。然而，附图中所示的元件及其相互之间的尺寸关系不应该视为真实比例。相反，可以放大个别元件，例如层、部件和区域，以便更好地说明或提高理解。

图1示出了用于确定电阻比的测量装置，

图2示出了用于确定电阻比的另一测量装置，

图3示出了根据现有技术已知的用于确定电阻比的测量装置，和

图4示出了根据现有技术已知的用于确定电容比的测量装置。

图1示出了用于确定电阻比的方法和测量装置。测量装置包括测量路径1和数据分析路径2。测量装置能够实现为集成电路，其中测量路径1和数据分析路径2集成到同一集成电路中，例如，公共管芯(die)或包装。然而，也可以仅集成一些功能单元，例如电阻器和/或电容器能够从外部连接到专用输入端子。例如，测量装置包括可选的输入端子，用于连接要测量的电容式传感器或应变计SG。

测量路径1经由负载选择开关S1将负载供应端子LS连接到比较器CP的输入侧。负载供应端子LS连接到电源电压VL。此外，测量路径1包括一系列分别用开关S2、S3、S4和S5实现的可选的输入端子CIN1、CIN2、RIN1、RIN2，以分别通过这些端子单独切换或激活输入。

接地的第一和第二电容器CL1、CL2分别连接到第一和第二输入端子CIN1、CIN2。电容器CL1、CL2具有已知的电容值。例如，电容器是高精度陶瓷电容器，例如零漂移的C0G电容器。此外，第一和第二电阻器R1、R2分别连接到第三和第四输入端子RIN1、RIN2。事实上，第一和第二电容器CL1、CL2和第一和第二电阻器R1、R2彼此并联连接。例如，在该示例性实施例中，第一和第二电阻器R1、R2表示应变计SG，所述应变计的电阻值将被测量以得出作用在应变计上的力。

数据分析路径2包括串联连接的比较器CP、时间数字转换器TDC和控制和处理单元CPU。比较器CP的输入侧连接到阈值电压Vth。另一输入连接到测量路径1。

时间数字转换器TDC连接到比较器的输出端，并且还连接到控制和处理单元CPU。时间数字转换器TDC适于识别例如电容器放电的开始和停止事件，并提供表示相应时刻的数字输出信号。例如，时间数字转换器TDC可以输出指示电容器开始放电的开始信号。可以输出指示电容器停止放电的停止信号。放电时间能够根据开始信号和停止信号的数字差得出。可替代地，放电时间能够直接测量为放电的开始和停止时刻之间的时间间隔，而不是绝对时间差。在任一情况下，时间数字转换器TDC的输出通常构成数字(二进制)输出。例如，在一些实施例中，时间数字转换器TDC包括由奇数个数字逆变器构成的环形振荡器。

控制和处理单元CPU经由控制线连接到可选端子，以便控制开关S1至S5。测量路径1和数据分析路径2的运行和切换序列由控制和处理单元CPU控制。控制和处理单元CPU包括一个或更多个微控制器、处理器、专用集成电路、ASIC等。例如，用于确定如电阻或电容之类的电参数的方法能够由控制和处理单元CPU执行。所述方法可以实现为微控制器中的软件，或者通过如专用控制逻辑部件之类的硬件来实现。

测量装置能够用于实现确定电参数的方法。例如，能够实现各种测量或切换序列以便确定电阻值或电容值或其之比。

第一次测量序列能够用于确定电阻值之比。第一次测量序列包括以下过程步骤。

在步骤s1-1中，使用公共电源电压VL对第一电容器CL1和第二电容器CL2并行充电。开关S1、S2和S3闭合，而开关S4和S5保持断开。在这个特定实施例中，电容器CL1和CL2是相同类型的，例如，它们是匹配的以使它们具有相同的电容值(在工艺参数和公差范围内)。第一和第二电容器CL1、CL2的充电可以同时开始。因此，对第一电容器CL1充电后存储的第一电压VL1的值与对第二电容器CL2充电后存储的第二电压VL2的值相同。

在步骤s1-2中，第一电容器CL1通过第一电阻器R1放电。开关S1和S3断开，而开关S2保持闭合。当开关S5保持断开时，通过闭合开关S4来开始通过第一电阻器R1使第一电容器CL1放电。同时，触发时间数字转换器TDC以开始测量第一放电时间t11。所述开始能够由控制和处理单元CPU触发，或者通过检测存储在第一电容器CL1上的电压VL1下降来触发，例如所述电压下降通过比较器CP来测量。

在步骤s1-3中，比较器CP在电压VL1下降到阈值电压Vth以下时切换。这能够由比较器CP在其输入侧施加的电压达到阈值电压Vth时提供的触发信号Sout来指示。触发信号Sout定义了第一电容器CL1放电的停止，并且所述触发信号能够被提供给时间数字转换器TDC以便停止对放电时间的测量。在一些实施例中，触发信号Sout能够提供给控制和处理单元CPU，控制和处理单元CPU继而向时间数字转换器TDC发出停止信号以停止对放电时间的测量。在任一情况下，确定了特征性第一放电时间t11。第一放电时间t11表示第一电容器放电开始和停止之间的时间差，例如，它表示当电容器通过第一电阻器R1放电时，从公共电源电压下降到阈值电压Vth的特征时间。

在步骤s1-4中，使第二电容器CL2放电。开关S1保持断开，即第二电容器保持在先前充电的公共电源电压VL。开关S3闭合。此外，开关S2和S4保持断开。当开关S4保持闭合时，通过断开开关S5开始借助第二电阻器R2使第二电容器CL2放电。同时，触发时间数字转换器TDC以开始测量第二放电时间t12。所述开始能够由控制和处理单元CPU触发，或者通过检测存储在电容器上的电压下降来触发，例如，所述电压下降如在步骤s1-2中通过比较器CP来测量。

在步骤s1-5中，比较器CP在第二电容器CL2上的电压VL2下降到阈值电压Vth以下时切换。所述步骤与步骤s1-3基本相同，只是互换了第一和第二电容器。比较器CP在电压VL2下降到低于阈值电压Vth时切换，从而给出第二放电时间t12。

在步骤s1-6中，再次利用公共电源电压VL对第一电容器CL1和第二电容器CL2并行充电。开关S1、S2和S3断开，而开关S4和S5保持闭合。

在步骤s1-7中，第一电容器CL1通过第二电阻器R2放电。开关S1和S3断开，而开关S2闭合。当S4保持断开时，通过闭合开关S5开始借助第二电阻器R2使第一电容器CL1放电。同时，触发时间数字转换器TDC以开始测量第三放电时间t21。所述开始能够由控制和处理单元CPU触发，或者通过检测存储在第一电容器CL1上的电压VL1下降来触发，例如所述电压下降通过比较器CP来测量。

在步骤s1-8中，比较器CP在第一电容器CL1上的电压VL1下降到阈值电压Vth以下时切换。所述步骤与步骤s1-3基本相同。比较器CP在电压VL1下降到低于阈值电压Vth时切换，从而给出第三放电时间t21。

在步骤s1-9中，通过第一电阻器R1使第二电容器CL2放电。开关S1保持断开，即第二电容器保持在公共电源电压VL。开关S3闭合。此外，开关S2和S5保持断开。通过断开开关S4开始借助第二电阻器R2使第二电容器CL2放电。

最后，在步骤s1-10中，比较器CP在第二电容器CL2上的电压VL2下降到阈值电压Vth以下时切换，从而给出第四放电时间t22。所述步骤与步骤s1-3基本相同，只是互换了第一和第二电容器。比较器CP在电压VL2下降到低于阈值电压Vth时切换，从而给出第四放电时间t22。

控制和处理单元CPU接收所测量的与相应的电阻值和电容值相关的放电时间：

从而

按照上面讨论的过程步骤来制备测量装置，使得在测量放电时间t11时的起始电压VL1等于在测量放电时间t21时的起始电压VL1，并且在测量放电时间t12时的起始电压VL2等于在测量放电时间t22时的起始电压VL2。这是由于第一和第二电容器CL1和CL2是并行充电的，例如同时充电。因此，两个电容器的电压电平基本相同。因此，能够简化上述最后一个等式，并得出：

或

从计算结果能够看出，R1/R2之比仅取决于时间测量的结果。公共电源电压上的噪声完全不会影响结果，因为它往往会被抵消。

所提出的测量序列的方法采用了两个匹配的电容，这两个电容同时从相同的电源电压充电。完整的测量序列能够总结如下：

1)利用电源电压VL1对电容器CL1和CL2充电；

2)电容器CL1然后通过R1放电；

3)比较器CP在电压下降到阈值Vth以下时立即切换，从而给出放电时间t11；

4)然后，电容器CL2通过R2放电；

5)比较器CP在电压下降到阈值Vth以下时立即切换，从而给出放电时间t22；

6)再次利用电源电压VL2对电容器CL1和CL2充电；

7)然后，电容器CL1通过R2放电；

8)比较器CP在电压下降到阈值Vth以下时立即切换，从而给出放电时间t21；

9)然后，电容器CL2通过R1放电；

10)比较器CP在电压下降到阈值Vth以下时立即切换，从而给出放电时间t21。

图2示出了用于确定电阻比的另一测量装置。测量装置基本上与上面介绍的装置相同(参见图1)。在高端应用中，可能需要使用两个高精度电容器作为第一和第二电容器CL1、CL2(例如，具有低漂移的陶瓷电容器，例如C0G)。然而，可替代地，可以用较便宜的电容器来替换高精度电容器中的一个，并且该较便宜的电容器具有比另一电容器更大的电容。该电容器(下文中表示为第二电容器CL2)能够用于在第二次测量之前对第一电容器CL1再充电。

步骤2-1、2-2和2-3分别对应于步骤1-1、1-2和1-3。然而，在步骤2-4中，再次利用公共电源电压VL对第一电容器CL1充电。因此，第一电容器CL1第一次充电后存储的电压VL1的值与第一电容器CL1通过第二电容器CL2充电后存储的电压VL1'的值相同。在步骤2-4中，开关S1、S4和S5断开并且仅开关S2和S3闭合。

在步骤2-5中，第一电容器CL1通过第二电阻器R2放电，而不是步骤s2-2中的通过第一电阻器R1放电。开关S1、S3和S4断开，开关S2和S5闭合。在步骤2-6中，比较器CP在第一电容器CL1上的电压VL2下降到阈值电压Vth以下时切换。

在步骤2-7中，两个电容器再次利用公共电源VL充电。另外的步骤s2-8至s2-12基本上与步骤s2-2至2-6相同，只是互换了第一和第二电阻器R1、R2。因此，第一电容器CL1第三次充电后存储的电压VL2的值与第一电容器CL1通过第二电容器CL2充电后存储的电压VL2'的值相同。根据步骤2-1至2-12进行的过程产生一组四个放电时间t11、t12、t21和t22。

控制和处理单元CPU接收测量的与相应的电阻值和电容值相关的放电时间：

从而

按照上面讨论的过程步骤制备测量装置，使其具有在测量放电时间t11时的起始电压VL1和测量放电时间t22时的起始电压VL1'，以及在测量放电时间t12时的起始电压VL2和在测量放电时间t21时的起始电压VL2'。与第一电容器CL1相比，第二电容器CL2的电容越高，结果将越精确。例如，第二电容器CL2的尺寸能够比COG电容器小得多并且更加便宜。此外，第二电容器CL2的电容能够明显小于块电容(block capacitance)以降低电源电压上的噪声。能够在不增加外部部件数量的情况下实现提高的测量精度。

概括而言，测量序列包括以下步骤：

1)利用电源电压VL1对电容器CL1和CL2充电；

2)然后，电容器CL1通过R1放电；

3)比较器在电压下降到阈值Vth以下时切换，从而给出放电时间t11；

4)然后，电容器CL1通过CL2再次充电到VL1'；

5)然后，电容器CL1通过R2放电；

6)比较器在电压下降到阈值Vth以下时切换，从而给出放电时间t22；

7)再次利用电源电压VL2对电容器CL1和CL2充电；

8)然后，电容器CL1通过R2放电；

9)比较器在电压下降到阈值Vth以下时切换，从而给出放电时间t12；

10)然后，电容器CL1通过CL2再次充电到VL2'；

11)然后，电容器CL1通过R1放电；

12)比较器在电压下降到阈值Vth以下时切换，从而给出放电时间t21。

图1的测量装置能够修改为仅具有连接到测量路径1的单个电阻R1。两个电容器C1和C2连接到测量路径，例如作为测量对象(例如电容式环境传感器)的一部分。

步骤s3-1至s3-5分别类似于上述步骤s1-1至s1-5。在步骤s3-1中，利用公共电源电压VL对第一电容器CL1和第二电容器CL2并行充电。开关S1、S2和S3闭合，而开关S4保持断开。因此，第一电容器CL1充电后存储的第一电压VL1的值与第二电容器CL2充电后存储的第二电压VL1'的值相同。

在步骤s1-2中，第一电容器CL1通过第一电阻器R1放电。开关S1和S3断开，而开关S2保持闭合。通过闭合开关S4开始借助第一电阻器R1使第一电容器CL1放电。时间数字转换器TDC测量第一放电时间t1。

在步骤s3-3中，比较器CP在电压VL1下降到阈值电压Vth以下时切换。在步骤s3-4中，使第二电容器CL2放电。开关S1保持断开，即第二电容器处于公共电源电压VL。开关S3和S4闭合，而开关S2保持断开。时间数字转换器TDC测量第二放电时间t2。在步骤s1-5中，比较器CP在第二电容器CL2上的电压VL1'下降到阈值电压Vth以下时切换。比较器CP在电压VL1'下降到阈值电压Vth以下时切换，从而给出第二放电时间t2。

为了抵消电容式传感器的自放电效应，这通常是在这些应用中要确定的电容，能够(可选地)以相反的顺序重复测量序列。

从而

概括而言，测量序列包括以下步骤：

1)利用电源电压VL1对电容器C1和C2充电；

2)然后，电容器C1通过R1放电；

3)比较器在电压下降到阈值Vth以下时切换，从而给出放电时间t1；

4)然后，电容器C2从VL1'开始通过R1放电；

5)比较器在电压下降到阈值Vth以下时切换，从而给出放电时间t2；

6)利用电源电压VL2对电容器C1和C2充电；

7)然后，电容器C2通过R1放电；

8)比较器在电压下降到阈值Vth以下时切换，从而给出放电时间t2'；

9)然后，电容器C1从VL2'开始通过R1放电；

10)比较器在电压下降到阈值Vth以下时切换，从而给出放电时间t1'。

附图标记列表

1 测量路径

2 数据分析路径

C1 电容器

C2 电容器

CL 负载电容器

CL1 负载电容器

CL2 负载电容器

CP 比较器

CPU 控制和处理单元

GND 地

LS 负载供应端子

R1 电阻器

R2 电阻器

RIN1 可选端子

RIN2 可选端子

S1 开关

S2 开关

S3 开关

S4 开关

S5 开关

SG 应变计

TDC 时间数字转换器

VL 公共电源电压

VL1 电源电压

VL2 电源电压

Vth 阈值电压

Claims

1.一种用于确定电参数的方法，包括以下步骤：

-由公共电源电压(VL)对第一电容器(CL1)和第二电容器(CL2)并行充电，

-通过使所述第一电容器(CL1)放电来测量第一放电时间(t11)，

-通过使所述第二电容器(CL2)放电来测量第二放电时间(t12)，

其中

-在使所述第一电容器(CL1)和第二电容器(CL2)放电并确定所述第一和第二放电时间(t11、t12)之后，所述第一电容器(CL1)和第二电容器(CL2)再次由所述公共电源电压(VL)并行充电，

-通过使所述第一电容器(CL1)放电来确定第三放电时间(t21)，

-通过使所述第二电容器(CL2)放电来确定第四放电时间(t22)，以及

-根据所述第一放电时间、第二放电时间、第三放电时间和第四放电时间(t11、t12、t21、t22)之比来确定所述电参数，以及

其中

-通过第一电阻器(R1)使所述第一电容器(CL1)和第二电容器(CL2)放电来测量所述第一和第二放电时间(t11、t12)，以及

-通过第二电阻器(R2)使所述第一电容器(CL1)和第二电容器(CL2)放电来测量所述第三和第四放电时间(t21、t22)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中

使所述第一电容器(CL1)放电包括另外的步骤：开始放电并当第一电压(VL1)达到阈值电压(Vth)时停止放电，

-所述第一放电时间(t11)表示所述第一电容器(CL1)开始放电和停止放电之间的时间，和/或

-使所述第二电容器(CL2)放电包括另外的步骤：所述第二电容器(CL2)开始放电并当第二电压(VL2)达到所述阈值电压(Vth)时停止放电，

-所述第二放电时间(t12)表示所述第二电容器(CL2)开始放电和停止放电之间的时间。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述第一电容器(CL1)和所述第二电容器(CL2)同时充电和/或所述第一电容器(CL1)和所述第二电容器(CL2)的并行充电在同一时刻开始。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中

-所述第一电容器(CL1)具有第一电容值，并且所述第二电容器(CL2)具有第二电容值，

-所述第一电容值和所述第二电容值彼此很接近，使得

-所述第一和第二电容值与工艺参数相同，或在数值上只相差小于10％或小于1％，或使得

-所述第一和第二电容值在数值上是成比例的。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其中

-与所述第一电容器(CL1)和第二电容器(CL2)并行地，根据所述公共电源电压(VL)对另外的电容器充电，

-通过分别使所述另外的电容器放电来确定另外的放电时间，以及

-根据所述第一放电时间、第二放电时间和另外的放电时间之比分别确定另外的电参数。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，要确定的至少一个电参数是电阻比。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，要确定的至少一个电参数是电容比。

8.一种用于确定电参数的测量装置，包括

-测量路径(1)，其被设置为分别连接到第一电容器(CL1)和第二电容器(CL2)，并且还被设置为提供公共电源电压(VL)，和

-数据分析路径(2)，其连接到所述测量路径(1)并且被配置成根据权利要求1至7中的一项来确定电参数。

9.根据权利要求8所述的测量装置，其中，所述测量路径(1)还包括：

-连接到所述公共电源电压(VL)的负载供应端子，

-分别连接所述第一电容器(CL1)和第二电容器(CL2)的第一可选端子(CIN1)和第二可选端子(CIN2)，

其中，所述数据分析路径(2)还包括串联连接的比较器(CP)、时间数字转换器(TDC)以及控制和处理单元(CPU)，并且其中：

-所述比较器(CP)被设置为当在连接到所述测量路径(1)的输入侧所施加的电压达到阈值电压(Vth)时提供触发信号(Sout)，

-时间数字转换器(TDC)设置为根据所述触发信号(Sout)提供定时信号(TS)，以及

-控制和处理单元(CPU)被设置为选择所述第一可选端子(CIN1)和第二可选端子(CIN2)，以由公共电源电压(VL)对所述第一电容器(CL1)和第二电容器(CL2)并行充电，并且还被设置为选择所述第一可选端子(CIN1)和第二可选择端子(CIN2)以分别使所述第一电容器(CL1)和/或第二电容器(CL2)放电。

10.根据权利要求8或9所述的测量装置，其中，包括至少一个电阻器(R1、R2)的应变计连接到至少一个另外的可选端子(RIN1、RIN2)。

11.根据权利要求8或9所述的测量装置，其中，电容式传感器连接到所述第一可选端子(CIN1)或第二可选端子(CIN2)中的至少一个，并且包括所述第一电容器(CL1)或第二电容器(CL2)中的至少一个。

12.根据权利要求10所述的测量装置，包括集成电路(IC)，其中所述第一电容器(CL1)、第二电容器(CL2)和/或所述至少一个电阻器(R1、R2)

-集成到同一集成电路(IC)，或

-分别作为外部部件连接到所述第一可选端子(CIN1)、第二可选端子(CIN2)和另外的可选端子(RIN1、RIN2)。