CN118150908B - 一种电容检测电路及装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种电容检测电路，包括：信号发生器、至少三组比较电路、比较器、微处理器；所述信号发生器用于输出激励电压；所述比较器用于当任一所述比较电路连通包括所述信号发生器和所述比较器的电路时根据所述激励电压输出至少三组比较电压；所述微处理器用于根据至少三组所述比较电压获取至少三组采样电压，并根据至少三组所述采样电压计算待测电容的容值。本申请的方案，采用比较法进行测试计算，通过比较法抵消掉电路固有偏差，以提高电容的检测精度。

Description

一种电容检测电路及装置

技术领域

本申请涉及电子器件技术领域，具体涉及一种电容检测电路及装置。

背景技术

现有的电容检测方案中，由于检测电路自身存在阻抗，对电容检测结果有一定影响，因此电容检测的精度较低。

针对以上问题，本领域技术人员一直在寻求解决方法。

发明内容

本申请要解决的技术问题在于，针对上述现有技术的缺陷，提供一种电容检测电路及装置。

为了实现上述目的，本申请是通过如下的技术方案来实现：

本申请提供一种电容检测电路，包括：信号发生器、至少三组比较电路、比较器、微处理器；

所述比较电路的一端与所述信号发生器连接，所述比较电路的另一端与所述比较器的输入端连接，所述比较器的输出端与所述微处理器连接；

所述信号发生器用于输出激励电压；

所述比较器用于当任一所述比较电路连通包括所述信号发生器和所述比较器的电路时根据所述激励电压输出至少三组比较电压；

所述微处理器用于根据至少三组所述比较电压获取至少三组采样电压，并根据至少三组所述采样电压计算待测电容的容值。

可选地，至少三组比较电路包括：第一电阻比较电路、第二电阻比较电路、电容比较电路；

所述第一电阻比较电路包括第一开关和第一电阻，所述第一开关的第一端与所述信号发生器连接，所述第一开关的第二端通过所述第一电阻与所述比较器的负输入端连接；

所述第二电阻比较电路包括第二开关和第二电阻，所述第二开关的第一端与所述信号发生器连接，所述第二开关的第二端通过所述第二电阻与所述比较器的负输入端连接；

所述电容比较电路包括第三开关和待测电容，所述第三开关的第一端与所述信号发生器连接，所述第三开关的第二端通过所述待测电容与所述比较器的负输入端连接。

可选地，所述电容检测电路还包括第三电阻；所述第三电阻的第一端与所述比较器的负输入端连接，所述第三电阻的第二端与所述比较器的输出端连接。

可选地，所述微处理器包括AD采集模块和计算模块；所述AD采集模块用于当任一开关闭合时采集所述比较器输出的所述比较电压，所述计算模块用于根据所述比较电压获取所述采样电压。

可选地，所述微处理器还用于：当所述第一开关闭合时，根据获取第一采样电压；

或，当所述第二开关闭合时，根据获取第二采样电压；

或，当所述第三开关闭合时，根据获取第三采样电压；

其中，Vi为所述信号发生器输出激励电压，k、b分别为电路固有的线性参数，Zcx为所述待测电容的容抗，Rz1、Rz2、Rf分别为所述第一电阻、所述第二电阻、所述第三电阻的阻值。

可选地，所述微处理器还用于：

根据获取所述待测电容的容值；

其中，f为所述激励电压的频率，Cx为所述待测电容的容值。

可选地，电容检测电路还包括滤波器；滤波器连接于信号发生器与比较电路之间，用于对信号发生器输出的激励电压进行滤波处理。

可选地，所述电容检测电路还包括转换器；所述转换器与所述比较器的输出端连接，用于对所述比较电压进行RMS-DC转换。

可选地，所述电容检测电路还包括放大器；所述放大器连接于所述转换器与所述微处理器之间，用于对所述转换器转换之后的比较电压进行电压放大处理。

本申请还提供一种电容检测装置，包括如上述的电容检测电路。

本申请提供了一种电容检测电路及装置，采用比较法进行测试计算，通过比较法抵消掉电路固有偏差，以提高电容的检测精度。

为让本申请的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本申请。

图1是本申请一实施例提供的电容检测电路的结构示意图。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

图1是本申请一实施例提供的电容检测电路的结构示意图，请参阅图1，本申请提供一种电容检测电路，包括：信号发生器、滤波器、至少三组比较电路、比较器、转换器、放大器、微处理器。

信号发生器与滤波器连接，比较电路的一端与滤波器连接，比较电路的另一端与比较器的负输入端连接，比较器的输出端与转换器连接，转换器通过放大器与微处理器连接。

在本实施例中，信号发生器DDS，型号为AD9833，用于输出激励电压。

滤波器Filter，用于对信号发生器输出的激励电压进行滤波处理。

比较器，其负输入端通过比较电路连接至滤波器，用于接收滤波后的激励电压；其正输入端接一固定电压输出端，固定电压输出端可以为接地端，也可以为低压电输出端；其输出端连接至转换器，用于输出比较电压。

具体地，比较器用于当任一比较电路连通包括信号发生器和比较器的电路时根据激励电压输出至少三组比较电压。

微处理器用于根据至少三组比较电压获取至少三组采样电压，并根据至少三组采样电压计算待测电容Cx的容值。

在本实施例中，电路包括三组比较电路，具体包括：第一电阻比较电路、第二电阻比较电路、电容比较电路，这三组比较电路并联设置于滤波器与比较器负输出端之间。

其中第一电阻比较电路包括第一开关K1和第一电阻Rz1，第一开关K1的第一端与信号发生器连接，第一开关K1的第二端通过第一电阻Rz1与比较器的负输入端连接。

第二电阻比较电路包括第二开关K2和第二电阻Rz2，第二开关K2的第一端与信号发生器连接，第二开关K2的第二端通过第二电阻Rz2与比较器的负输入端连接。

电容比较电路包括第三开关K3和待测电容Cx，第三开关K3的第一端与信号发生器连接，第三开关K3的第二端通过待测电容Cx与比较器的负输入端连接。

可选地，电容检测电路还包括第三电阻Rf；第三电阻Rf的第一端与比较器的负输入端连接，第三电阻Rf的第二端与比较器的输出端连接。

可选地，电容检测电路还包括转换器；转换器与比较器的输出端连接，用于对比较电压进行RMS-DC转换。转换器RMS，型号为LTC1968，是一款RMS 至DC转换器，具有一个轨至轨输出和一个单独的输出基准引脚，可提供灵活的电平移位，采用4.5V-5.5V的单电源工作。

可选地，电容检测电路还包括放大器Amplifier。放大器连接于转换器与微处理器之间，用于对转换器转换之后的比较电压进行电压放大处理。

可选地，微处理器包括AD采集模块和计算模块；AD采集模块用于当任一开关闭合时采集比较器输出的比较电压，计算模块用于根据比较电压获取采样电压。具体地，AD采集模块采集比较器输出的经过RMS-DC转换，并经过放大器放大的比较电压；计算模块根据比较电压和电路的固有参数计算采样电压。

在本实施例中，微处理器的执行情况具体如下：

当第一开关K1闭合且第二开关K2、第三开关K3均断开时，根据

获取第一采样电压Vo1。

当第二开关K2闭合且第一开关K1、第三开关K3均断开时，根据

获取第二采样电压Vo2。

当第三开关K3闭合且第一开关K1、第二开关K2均断开时，根据

获取第三采样电压Vo3。

其中，Vi为信号发生器输出的激励电压，k、b分别为电路固有的线性参数，Zcx为待测电容Cx的容抗，Rz1、Rz2、Rf分别为第一电阻Rz1、第二电阻Rz2、第三电阻Rf的阻值。

然后，微处理器将第一采样电压与第二采样电压之差值和第一采样电压与第三采样电压之差值求商，以消除线性参数k、b，求商公式如下：

则可以得到待测电容的容抗Zcx：

将待测电容Cx的容抗计算公式代入求商公式，则可以得到待测电容Cx的容值计算公式：

其中，f为激励电压的频率，Cx为待测电容Cx的容值。

利用如上述的容值计算公式，可以消除检测电路自身带有的线性参数的影响，并且可以对各类单体电容进行容值检测，检测精度高。

本申请还提供一种电容检测装置，包括如上述的电容检测电路。本实施例的电容检测装置可以为PCBA线路板，装置简单，操作便捷。

在其他实施例中，还可以利用信号输出器输出不同频率的激励电压，来消除除电路固有参数之外的其他影响参数，进而提高电容检测的精度。

本申请的电容检测电路，切换不同的比较电阻通路，通过比较法计算消除电路固有的线性参数影响，可以提高电容检测的精度，适用于各类单体电容检测。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素，此外，本申请不同实施例中具有同样命名的部件、特征、要素可能具有相同含义，也可能具有不同含义，其具体含义需以其在该具体实施例中的解释或者进一步结合该具体实施例中上下文进行确定。

应当理解，尽管在本文可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种元件，但这些元件不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本文范围的情况下，第一元件也可以被称为第二元件，类似地，第二元件也可以被称为第一元件。取决于语境，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种电容检测电路，其特征在于，包括：信号发生器、至少三组比较电路、比较器、微处理器；

所述比较电路的一端与所述信号发生器连接，所述比较电路的另一端与所述比较器的负输入端连接，所述比较器的正输入端接一固定电压输出端，所述比较器的输出端与所述微处理器连接；

所述信号发生器用于输出激励电压；

所述比较器用于当所述比较电路连通包括所述信号发生器和所述比较器的电路时根据所述激励电压输出至少三组比较电压；

所述微处理器用于根据至少三组所述比较电压获取至少三组采样电压，并根据至少三组所述采样电压计算待测电容的容值；

至少三组比较电路包括：第一电阻比较电路、第二电阻比较电路、电容比较电路；所述比较电路并联设置于所述信号发生器与所述比较器的负输出端之间；

所述第一电阻比较电路包括第一开关和第一电阻，所述第一开关的第一端与所述信号发生器连接，所述第一开关的第二端通过所述第一电阻与所述比较器的负输入端连接；

所述第二电阻比较电路包括第二开关和第二电阻，所述第二开关的第一端与所述信号发生器连接，所述第二开关的第二端通过所述第二电阻与所述比较器的负输入端连接；

所述电容比较电路包括第三开关和待测电容，所述第三开关的第一端与所述信号发生器连接，所述第三开关的第二端通过所述待测电容与所述比较器的负输入端连接；

所述电容检测电路还包括第三电阻；所述第三电阻的第一端与所述比较器的负输入端连接，所述第三电阻的第二端与所述比较器的输出端连接；

所述微处理器还用于：当所述第一开关闭合时，根据获取第一采样电压；

当所述第二开关闭合时，根据获取第二采样电压；

当所述第三开关闭合时，根据获取第三采样电压；

其中，Vi为所述信号发生器输出的激励电压，k、b分别为电路固有的线性参数，Zcx为所述待测电容的容抗，Rz1、Rz2、Rf分别为所述第一电阻、所述第二电阻、所述第三电阻的阻值；

所述微处理器还用于：

根据获取所述待测电容的容值；

其中，f为所述激励电压的频率，Cx为所述待测电容的容值。

2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述微处理器包括AD采集模块和计算模块；所述AD采集模块用于当开关闭合时采集所述比较器输出的所述比较电压，所述计算模块用于根据所述比较电压获取所述采样电压。

3.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电容检测电路还包括滤波器；所述滤波器连接于所述信号发生器与所述比较电路之间，用于对所述信号发生器输出的所述激励电压进行滤波处理。

4.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电容检测电路还包括转换器和放大器；

所述转换器的一端与所述比较器的输出端连接，所述放大器连接于所述转换器的另一端与所述微处理器之间；

所述转换器用于对所述比较电压进行RMS-DC转换；

所述放大器用于对所述转换器转换之后的比较电压进行电压放大处理。

5.一种电容检测装置，其特征在于，包括如权利要求1-4中任一项所述的电容检测电路。