CN1244800C - 用于电容传感器的电路装置 - Google Patents

Abstract

所述电路装置包括具有可变电容着测量用电容器(K_M1·)、基准电容器(K_Ref1)和缓冲放大器(OV₁)，所述测量用电容器(K_M1·)借助于待检测的物理被测量(p)来设定。缓冲放大器(OV₁)的输入至少暂时地与测量用电容器(K_M1)耦合以致所述缓冲放大器(OV₁)的输出提供基本上与在测量用电容器(KM1)上存在的测量电压成比例的信号电压。在每一测量周期开始时，测量用电容器(K_M1)被放电至预先决定的残余电荷，而所述基准电容器(K_Ref1)被充电到预先决定的基准电荷。然后，所述基准电荷被尽可能完全地从所述基准电容器(K_Ref1)传输到所述测量用电容器(K_M1)。为此目的，缓冲放大器(OV₁)的输入和输出在工作期间经由所述第一基准电容器(K_Ref1)被暂时地彼此耦合。所述电路装置从而供应取决于测量用电容器(K_M1)的电容的倒数的信号电压，此外，该电路装置具有差不多独立于所述测量用电容器(K_M1)的瞬间电容的电流消耗。

Description

用于电容传感器的电路装置

技术领域

本发明涉及用于电容传感器的电路装置，并且涉及用于设定信号电压的方法，所述信号电压即时表示可变的、物理被测量，特别是流体的静压。

背景技术

在EP922962A中公开了一种用于电容传感器的电路装置，其包括：

具有可变电容的测量用电容器，所述可变电容被借助于待检测的物理被测量来设定，所述测量用电容器携带与所述即时设定的电容成比例的电荷，

放电基准电容器，以及

倒相放大器；

所述倒相放大器的输入和输出经由所述基准电容器连接在一起，

其中所述放大器的输入与所述测量用电容器暂时耦合，以致尽可能完全地将所述测量用电容器的电荷传输到所述基准电容器上，以及

所述放大器的输出提供信号电压，该信号电压基本上与测量用电容器的电容成比例。

已经发现这样一种电路装置的弊端，包括，施加于所述测量用电容器的电荷取决于其瞬间电容，从而当在较宽范围上使用所述电路装置时，所述电路装置中的电流消耗可能波动。  所述电流消耗可能到达其中的非期望高值，尤其是对于在测量用电容器内短路这种并非难以想象的情况。

在所述电路装置在电容式压力传感器中的应用里，所述电路装置产生了另外的缺点，在这种应用中，所产生的信号电压与电容成比例，从而与待检测的被测量不成比例。

发明内容

因此，本发明的目的之一是提供一种特别适合于电容传感器的电路装置，其展现出几乎与测量用电容器的瞬间电容独立的电流消耗，并且依据测量用电容器的电容的倒数来产生信号电压。

为了解决所述目的，本发明为电容感测器提供了一种电路装置，其包括：

第一测量用电容器，被放电至可预先确定的残余电荷，并且借助于待检测的物理被测量设定可变电容，

第一基准电容器，用于携带基准电荷，以及

第一缓冲放大器；

所述第一缓冲放大器的一个输入至少暂时与所述第一测量用电容器耦合以致所述第一缓冲放大器的一个输出供应第一信号电压，所述第一信号电压基本上与所述第一测量用电容器上存在的测量电压成比例，

其中，所述第一缓冲放大器的输入和输出在工作期间、经由所述第一基准电容器暂时耦合在一起，以致尽可能完全地将所述第一基准电容器的基准电荷传输到所述第一测量用电容器上。

本发明另外在于一种用于设定信号电压的方法，所述信号电压即时表示可变的、物理被测量，特别是流体的静压，该方法包括以下步骤：

引起可调节测量用电容器的电容方面的改变，这种改变相应于被测量中的改变；

将所述测量用电容器放电到预先决定的残余电荷，

-在基准电容器上产生基准电荷，

-将所述基准电荷从所述基准电容器传输到测量用电容器上，用于产生即时表示它的电容的测量电压，以及

-使用大约为1的放大系数放大所述测量电压，用于产生所述信号电压。

根据本发明的第一优选设计，为了对所述第一测量用电容器放电，所述电路装置包括第一开关，它将所述第一测量用电容器的第一电极暂时放置到第一基准电位。

根据本发明的第二优选设计，所述第一测量用电容器的第二电极位于固定的、第二基准电位。

根据本发明的第三优选设计，对于所述第一测量用电容器来讲，所述两个基准电位是相等的，以致它的残余电荷基本上等于零。

根据本发明的第四优选设计，所述第一基准电容器通过第一电极耦接到所述第一缓冲放大器的输出，并且为了对具有基准电荷的所述第一基准电容器充电，提供了第二开关，其将所述第一基准电容器经由第二电极暂时耦接到提供充电电压的供电设备的输出。

根据本发明的第五优选设计，为了将所述基准电荷传输到所述第一测量用电容器上，所述电路装置包括第三开关，它将所述第一基准电容器的第二电极暂时耦接到第一缓冲放大器的输入。

根据本发明的第六优选设计，所述电路装置包括采样保持电路，用于对所述信号电压进行采样和保持。

根据本发明的第七优选设计，所述电路装置另外地包含第二测量用电容器，并且所述第一缓冲放大器的输入暂时与所述第二测量用电容器耦合，以致所述缓冲放大器的输出供应信号电压，所述信号电压基本上与所述第二测量用电容器上存在的测量电压成比例。

根据本发明的第八优选设计，所述电路装置进一步包括：

第二基准电容器，用于携带基准电荷，以及

第二缓冲放大器

所述第二缓冲放大器的一个输入至少暂时与所述第一测量用电容器耦合，以致

所述第二缓冲放大器的一个输出供应第二信号电压，所述第二信号电压基本上与所述第一测量用电容器上存在的测量电压成比例，

其中，所述第二缓冲放大器的输入和输出在工作期间、经由所述第二基准电容器暂时耦合在一起，以致尽可能完全将基准电荷从所述第二基准电容器传输到所述第一测量用电容器上。

根据本发明的第九优选设计，所述电路装置进一步包括具有电容的虚拟级(Blindstufe)，所述电容尽可能地接近于一个寄生电容，所述寄生电容与由所述第一基准电容器提供的基准电荷相当。

根据本发明的第十优选设计，所述电路装置包括将所述第一测量用电容器与所述第一缓冲放大器的输入相连接的导体，其中所述导体具有有源防护屏蔽。

根据本发明的方法的第一优选设计，所述信号电压被采样，并且被暂时保持，以便产生响应于被测量中的变化的一个测量信号。

根据本发明的方法的第二优选设计，对所述基准电容器施加充电电压，用于产生基准电荷，该施加被进行充分长的时间，以致在所述基准电容器两端产生预定的基准电压降。

根据本方法之本发明的方法的第三优选设计，测量用电容器被放电到残余电荷大约等于零。

附图说明

下文将根据通过所绘制的附图中提供的实施例的范例，对本发明及其有益效果进行说明；在这些附图中，使用同样的附图标记提供同样的部件。为了清晰起见，将在随后的附图中避免对已经给出的附图标记进行重述。

图1示意性地示出一种用于电容传感器的电路装置，

图2示意性地示出用于图1中的电路装置的、作为时间的函数的信号，

图3示意性地示出图1中的电路装置的进一步设计，以及

图4示意性地示出图1中的电路装置的另一设计。

具体实施方式

图1示意性地示出一种用于电容传感器的电路装置，具体来讲是一种绝对压力传感器，相对压力传感器，或者差压传感器。所述电路装置用作在第一缓冲放大器OV₁的输出处供应被计时的、并且被循环更新的信号电压ΔU_S1，所述信号电压表示可调节的和/或自动调节的第一测量用电容器K_M1的电容C_M1。所述缓冲放大器OV₁可以例如是阻抗变换器。

最好借助于在具有所述电路装置的传感器的评估电子设备AE，将由该电路装置产生的所述信号电压ΔU_S1改变为相应的、特别是数字的测量信号X_p。可以例如经由数据总线将信号X_p送至上行测点。如果需要，所述测量信号X_p还可以是模拟信号，例如在4mA至20mA范围内的回路电流。对从放大器电路输出的这种信号电压的评估基本上是为本技术领域中的技术人员所知的，因此不须进一步说明。举例来说，也可以从上述的EP-922962A中获得适合作为评估电子设备AE的电路的相应实施例。

在所述电路装置的工作中，所述测量用电容器K_M1的电容是借助于作用于所述传感器的、可变的物理被测量p、特别是静压而设定的，也就是说，在所述被测量p中的变化引起所述测量用电容器K_M1的瞬间电容中的相应变化。

对于所述已经指出的情况，也就是将要借助于所述传感器检测的物理被测量p是静压这一情况，所述测量用电容器KM₁可以例如是具有弹性应变膜片的电容性压力测量单元，其携带至少两个电容器极板中的一个，并且其响应于随着曲率方面的变化而引起的被测量的改变，对所述第一和第二电容器极板之间的相对间距进行调节。这种压敏测量用电容器的结构和使用对于本领域中的技术人员来讲，本质上是公知的，因此无需在这里对其更详细的考虑。对于此类测量用电容器的实施例，可参考US5001595A，US5005421A，US5050034A，US5079953A，US5194697A，US5400489A，US5539611A。当然，如果需要的话，测量用电容器K_M1也可以是这样一种电容器，它令它的电容方面的可测量变化响应于在其他物理被测量的变化，例如温度和/或介电常数的变化。

如图1中所示，所述测量用电容器具有第一电极，其特别处于固定的第一基准电位U_M11，例如地电位。此外，所述测量用电容器K_M1的第二电极与缓冲放大器OV₁的输入相耦合。通过这种方式，差不多直接地借助于所述缓冲放大器OV₁、在其输入侧对测量电压ΔU_M1进行采样，所述测量电压ΔU_M1受所述测量用电容器K_M1的瞬间电荷和瞬间电容C_M1的影响。

根据本发明1所述测量用电容器K_M1在测量周期的开始时被放电到定义的残余电荷Q_Res1。为了这一目的，第二基准电位U_M12在所述电路装置工作期间，被暂时置于测量用电容器K_M1的第二电极上。测量用电容器K_M1的相应的剩余电压ΔU_M1，0被如此给出：

$\mathrm{\Δ}{U}_{M\mathrm{1,0}}=\frac{Q_{\mathrm{Res}1}}{C_{M1}}---\left(1\right)$

最好是，为了对所述测量用电容器K_M1放电，电路装置具有与电容器K_M1并联的第一开关S₁₁，其由第一个二进制时钟信号clk₁控制，用于重复地、暂时地、并且以预定方式地将所述测量用电容器K_M1的第二电极放置在第二基准电位U_M12。

所述基准电位U_M12最好与基准电位U_M11相等，以致在该情况下，所述测量用电容器K_M1实际上在放电期间被短路。以这种方式，可以以简单的方式确保：即使已经在极短放电时间之后，所述测量用电容器K_M1也被降到预定的残余电荷Q_Res1，所述残余电荷Q_Res1在这里差不多等于零。然而如果需要的话，所述两个基准电位可以被选择为彼此不同。

除所述测量用电容器K_M1之外，所述电路装置另外还包括预先确定的至少一个第一基准电容器K_Ref1特别是可离散调节的电容C_Ref1，其中通过信号电压ΔU_s1将其第一电极保持在瞬间有界电位。为了这一目的，所述基准电容器K_Ref1与缓冲放大器OV₁的输出连接，特别是如图1中所示，经由其第一电极固定地连接。此外，在此应指出的是，所述信号电压ΔU_S1最好参考基准电势U_M12，所述基准电势U_M12实际上用作电路零点。

在工作中，所述基准电容器K_Ref1的第二电极有时与供电设备VE的充电电压ΔU_L连接，以致在基准电容器K_Ref1上设定参考电压ΔU_Ref1。这一参考电压基本上等于所述充电电压和信号电压之间的瞬间差值，ΔU_L-ΔU_S1。因此，所述基准电容器K_Ref1具有相应的基准电荷Q_Ref1，其电平基本上是通过乘积C_Ref1×ΔU_Ref1给出的。所述充电电压ΔU_L在此处最好参考第二基准电位U_M12，就像测量用电容器K_M1的剩余电压那样。

为了在基准电容器K_Ref1上暂时地施加所述充电电压ΔU_L，所述电路装置最好包括将基准电容器和供电设备VE耦合在一起的第二开关S₁₂。通过第二个二进制时钟信号clk₂、特别是与所述时钟信号clk₁同相的一个时钟信号来控制开关S₁₂。在此处如此形成时钟信号clk₁，clk₂，以致在电路装置工作时，两个开关S₁₁，S₁₂在第一阶段t₁-t₂的开始t₁以前被打开。

为了根据本发明的方法确定电容C_M1，测量用电容器K_M1在阶段t₁-t₂期间经由随后被至少关闭一段时间的开关S₁₁尽可能完全地放电，直至预定的剩余电压ΔU_M1，0。差不多与所述测量用电容器K_M1的放电的同时，借助于充电电压ΔU_L对所述基准电容器K_Ref1充电，所述充电电压ΔU_L是经由闭合的开关S₁₂提供的。然而如果需要的话，也可以在阶段t₁-t₂的时间中置换所述测量用电容器K_M1的放电以及所述基准电容器K_Ref1的充电。在阶段t₁-t₂的阶段末端t₂，开关S₁₁和开关S₁₂被再次开启。在此处选择阶段t₁-t₂的长度，以致最迟在阶段末端t₂将所述测量用电容器放电至定义的残余电荷，例如Q_Res1＝0。此外，也最迟在相位末端t₂，正如所提及的，所述基准电容器K_Ref1携带基准电荷，

Q_Ref1＝C_Ref1(ΔU_L-ΔU_S1)              (2)

在阶段t₁-t₂期满之后，基准电荷Q_Ref1在本发明的方法的第二阶段t₃-t₄期间被尽可能地从基准电容器K_Ref1中消除，并被尽可能地传输到测量用电容器K_M1上，以致，在阶段t₃-t₄的阶段末端t₄，为实用的目的，以下关系成立：

C_M1(ΔU_M1+ΔU_M1，0)＝Q_Ref1+Q_Res1      (3)

根据等式(1)和(2)，现在等式(3)导出以下用于测量电压ΔU_M1的表达式：

$\mathrm{\Δ}{U}_{M1}=\frac{C_{\mathrm{Ref}1}}{C_{M1}}\mathrm{\Δ}{U}_{\mathrm{Ref}1}---\left(4\right)$

可以从等式(4)看出，在本发明的电路装置中的测量电压ΔU_M1差不多与测量用电容器K_M1的电容C_M1的倒数成比例。  随后，这具有了这样的优点：本发明的电路装置在电容式压力传感器中的使用，意味着除相关的放大系数之外，压力增量同样成比例地引起测量电压ΔU_M1的增加，其中在所述电容式压力传感器中，已知电容C_M1取决于待测压力的倒数。

为了将基准电荷Q_Ref1传输到测量用电容器K_M1上，图1中的电路装置最好包括第三开关S₁₃，其通过从时钟信号clk₁，clk₂移相得到的第三时钟信号clk₃来接通，其将基准电容器K_Ref1的第二电极与缓冲放大器OV₁的输入相连接。

根据图2，先前、特别是在t₁-t₂阶段开启的开关S₁₃，在阶段t₃-t₄期间被闭合。从而差不多立即均衡了缓冲放大器OV₁的输入和输出之间的、在开关S₁₃闭合之后径直上升的瞬时信号电平差。通过用其他术语表示，在闭合开关S₁₃之后，基准电容器K_Ref1两端的参考电压ΔU_Ref1被设置为零，借此基准电容器K_Ref1同样不可避免地被放电。如此流动的放电电流将先前由基准电容器K_Ref1携带的基准电荷差不多完全地运输至测量用电容器K_M1。

所提及的开关S₁₃以及开关S₁₁，S₁₂都可以借助于晶体管、特别是场效应晶体管，以本领域技术人员公知的方式来实现。此外，就此应当指出的是，开关S₁₁，S₁₂，S₁₃是作为常规开启给出的，因而也就是作为当相关时钟信号clk₁，clk₂，clk₃分别转高的时候而闭合的开关。然而如果需要的话，开关S₁₁，S₁₂，S₁₃也可以被具体实施为常规闭合，也就是当关联的时钟信号是低的时候，闭合每一开关。自然地，对于这一情况，时钟信号被以适当的方式反相。

可以从图2中看出，在任何情况下，都是这样形成所述时钟信号clk₁，clk₂，clk₃的：开关S₁₃至多总是仅仅当两个开关S₁₁，S₁₂开启的时候闭合。如果需要的话，为了这一点，所述时钟信号实际上如图2中所示，具有互相不同的脉冲-间歇关系。为了压制对信号电压的干扰耦合，例如也在EP-922962A中所说明的那样，时钟信号在工作中，在维持上述边界条件的同时，另外还相对于它们的时钟频率或者它们的相位位置而变化。

所述时钟信号clk₁，clk₂，clk₃可以例如是通过具有所述电路装置的传感器中的适当电子控制设备SE产生的。

根据本发明的方法的进一步的优选设计，为了产生测量信号Xp，在阶段t₃-t₄之后，在第三阶段t₄-t₅期间通过由采样时钟信号clk_SH1控制的采样保持电路SH₁对信号电压ΔU_S1进行采样及保持。也如图2中示意性地示出的那样，采样时钟信号clk_SH1被如此形成，以致仅仅在闭合所述开关S₁₃之后、并且在更新所述信号电压ΔU_S1之后激活所述采样保持电路SH₁，随后所述采样保持电路SH₁与执行这一步的缓冲放大器OV₁的输出耦合。此外，采样时钟信号clk_SH1的脉冲宽度被如此确定大小：最迟在阶段t₄-t₅的末端t₅，将所述采样保持电路SH₁再次与缓冲放大器OV₁分离。

在所述采样保持电路SH₁之后，可以以本领域技术人员公知的方式跟随有一个模拟-数字转换器，用于产生表示所述信号电压ΔU_S1的数字信号。为了校正充电电压ΔU_L的任何可能漂移，所述模拟-数字转换器(这里没有示出)被有益地与基准输入耦合，例如连接到与所述充电电压ΔU_L直接成比例的参考电压。

此外，调查已经显示，在本发明的所述电路装置的具体实现中，可能出现这样的情况：为了实际情况，可能不可避免的形成并连接所述电路装置的寄生电容，以致大约从1％到10％的、基准电荷Q_Ref1的有用部份没有被传输到所述测量用电容器K_M1上。随后，这一点在信号电压ΔU_S1中引起显著误差。此外，这种寄生电容，例如通常可能由所采用的过电压保护电路、通过导体电容或者缓冲放大器OV₁的输入电容而形成的寄生电容，几乎总是变化的，因此它们的对信号电压ΔU_S1的影响几乎无法被提前准确地预测。

因此，为了根据本发明的优选的、进一步的设计改善信号电压ΔU_S1的精确度，提供了具有电容C_BS1的虚拟级BS₁，所述电容C_BS1在一方面，与部分相当于基准电荷Q_Ref1的寄生电容C_PS1尽可能地相等，而在另一方面，也在工作中以至少类似的方式变化。为了获得对这一寄生电容C_PS1的尽可能精确的模仿，虚拟级BS₁被设计为基本与形成所述寄生电容C_PS1的电路装置PS₁相同。

为了均衡基准电荷Q_Ref1中的、被传输到电路装置PS₁上的部份，根据本发明的方法的优选的、进一步的设计，借助于信号电压ΔU_S1在第四阶段t₅-t₆期间对所述虚拟级BS₁的电容C_BS1进行充电，为了这一目的，在本发明的这种进一步的设计的情况下，在所述电路装置中提供了第四开关S₁₄°如图3中所示，通过第四时钟信号clk₄控制开关S₁₄，并且所述开关S₁₄将虚拟级BS₁的第一电极与缓冲放大器OV₁的、携带信号电压ΔU_S1的输出相连接。

借助于由第五时钟信号clk₅控制的第五开关S₁₅，最终在第五阶段t₇-t₈期间，在虚拟级BS₁中以这种方式产生的电荷被至少部分地释放到被如上所述放电的测量用电容器K_M1上、以及被以同样的方式放电的电路装置PS₁上。可以从图2中明显地看出，在阶段t₇-t₈中对虚拟级BS₁充电之后，差不多在测量周期的两个阶段t₁-t₂，t₃-t₄之间发生所述阶段t₇-t₈。

在本发明的方法的这种进一步的设计中，假如如同上述、寄生电容C_ps1处于测量电容C_M1的大约从1％至10％的范围中，并且假定寄生电容C_ps1和测量电容C_M1两个都在与测量周期相比更长的时期内大致不变化，则可以为测量电压ΔU_m1保持以下的近似值：

$\mathrm{\Δ}{U}_{M1}=\frac{C_{\mathrm{Ref}1}}{C_{M1}+C_{\mathrm{PS}1}-C_{\mathrm{BS}1}}\mathrm{\Δ}{U}_{\mathrm{Ref}1}---\left(5\right)$

可以很容易地根据等式5理解得出，这一近似值对应于C_PS1等于C_BS1、等式4的情况。在此，对于电容C_PS1、C_M1在两个邻接测量周期期间变化相对比较缓慢这一假定，可以通过测量周期的相对高的重复率、从而通过为时钟信号选择适当地高频率来容易地满足。在此也应注意的是，该近似值越精确，所述寄生电容C_ps1与测量电容相比就越小。

也已经被发现的是，除所提及的寄生电容之外，干扰电压也可能是对于信号电压ΔU_S1的可能干扰的进一步的致因，所述干扰电压沿着在测量用电容器K_M1和缓冲放大器OV₁之间扩展的信号传输路径发生。

为了压制对信号电压ΔU_S1的这种干扰，本发明的优选的、进一步的设计在所述测量用电容器K_M1的第一电极和缓冲放大器OV₁的输入之间提供一导体VL，该导体VL至少被部份性地屏蔽。为了防止由于通常不恒定的导体电容而被该导体VL另外地引入信号传输路径的、信号电压ΔU_S1的失真，这种进一步的设计另外包括在所述导体VL的屏蔽GD、特别是同轴屏蔽与缓冲放大器OV₁的输出之间的电流连接。这种已知方法、亦称为有源防护或者“伴随屏蔽″，被用于对在所述测量用电容器K_M1的第一电极与所述屏蔽GD之间形成的导体电容尽可能地放电，或者至少在其中尽可能地维持恒定电荷。

对于这种情况，也就是例如在压差测量中常见的那样地、与对测量用电容器K_M1的电容C_M1的测量并行地记录第二测量用电容器K_M2的电容C_M2，则能够使用一个至少第二测定值采集级，所述第二测定值采集级和上述的第一测定值采集级基本上一致。因此，在第一级至少包含测量用电容器K_M1，基准电容器K_Ref1，缓冲放大器OV₁和开关S₁₁，S₁₂，S₁₃，而第二级至少包含第二测量用电容器K_M2，第二基准电容器K_Ref2，第二缓冲放大器OV₂，以及第六，第七与第八开关S₂₁，S₂₂，S₂₃。在缓冲放大器OV₂的输出处，可以对第二信号电压ΔU_S2进行采样，所述第二信号电压ΔU_S2表示测量用电容器K_M2两端的测量电压降ΔU_M2。相应的时钟信号clk₁，，clk₂，clk₃例如可以用于控制图4中示出的开关S₂₁，S₂₂，S₂₃。

最好是，本发明的这种进一步的设计中的评估电子设备AE也包括第二采样保持电路SH₂，用于由第二测定值采集级提供的信号电压ΔU_S2。

此外，对于本发明的这种进一步的设计，已经发现：特别是对于两个测定值采集级具有互相不同的传输行为的情况，例如由独立部件中的少量容许变化所引起的那样，对所述测定值采集级的独立的、相同动作的部件中进行的周期交换、从而例如对两个缓冲放大器OV₁，、OV₂和/或两个基准电容器K_Ref1、K_Ref2和/或在某些情况下的两个采样保持电路SH₁、SH₂进行的周期交换，从平均意义上来讲，提供了最精确测定的结果。所述独立部件的交换例如可以借助于由第一、第二、第三以及第四转换开关W₁₁，W₁₂，W₂₁和W₂₂组成的简单开关机构来进行，其中所述开关(在将上述测量周期重复几次例如10至100次之后，其中所述测量周期至少包含阶段t₁-t₂，t₃-t₄)被尽可能同步地从示出的开关位置移动到相应的另一位置，反之亦然。

如果提供的话，最好是以一个整体的结构形态实现所建议电路装置中的所述第一测定值采集级，还有所述第二测定值采集级和/或虚拟级BS₁，例如集成到单一的ASIC部件中。除对于电路装置的极小空间要求之外，这种装置例如还具有这样的优点：也可以非常简单的、作为所述第一测定值采集级完全相同的复制地制造所述第二测定值采集级。同样地，也可以这种方式，将所述虚拟级BS₁与形成寄生电容的开关结构PS₁非常容易地匹配。

Claims (17)

1.一种电路装置，用于电容传感器，所述装置包括：

可变电容的第一测量用电容器(K_M1)，其被放电至可预先确定的残余电荷并且具有可变电容，其中借助于待检测的物理被测量(p)设定所述可变电容，

第一基准电容器(K_Ref1)，用于携带基准电荷，以及

第一缓冲放大器(OV₁)，

所述第一缓冲放大器(OV₁)一个输入至少暂时地与所述第一测量用电容器(K_M1)耦合，以致

所述第一缓冲放大器(OV₁)的一个输出提供第一信号电压，所述第一信号电压基本上与所述第一测量用电容器(K_M1)上存在的测量电压成比例，

其中，所述第一缓冲放大器(OV₁)的输入和输出在工作期间、经由所述第一基准电容器(K_Ref1)暂时耦合在一起，以致将所述第一基准电容器(K_Ref1)的基准电荷尽可能完全地传输到所述第一测量用电容器(K_M1)上。

2.如权利要求1所述的电路装置，其中，第一测量用电容器(K_M1)的第一电极位于第一基准电位，并且其中所述电路装置进一步包括用于对所述第一测量用电容器(K_M1)放电的第一开关(S₁₁)，所述第一开关(S₁₁)将所述第一测量用电容器(K_M1)的第二电极暂时地放置在第二基准电位。

3.如权利要求2所述的电路装置，其中，所述第一测量用电容器(K_M1)的该第二电极位于固定的、第二基准电位。

4.如权利要求3所述的电路装置，其中，对于所述第一测量用电容器(K_M1)来讲，所述两个基准电位是相等的，以致它的残余电荷基本上等于零。

5.如在权利要求1至4之一中所述的电路装置，

其中所述第一基准电容器(K_Ref1)利用第一电极与所述第一缓冲放大器(OV₁)的输出耦接，以及

其中，为了对具有所述基准电荷的所述第一基准电容器(K_Ref1)充电，提供了第二开关(S₁₂)，所述第二开关(S₁₂)经由第二电极将所述第一基准电容器(K_Ref1)暂时地耦合至供应充电电压的供电设备(VE)的输出。

6.如在权利要求1至5之一中所述的电路装置，进一步包括，用于将所述基准电荷传输到所述第一测量用电容器(K_M1)上的第三开关(S₁₃)，所述第三开关(S₁₃)将所述第一基准电容器(K_Ref1)的第二电极暂时耦合至所述第一缓冲放大器(OV₁)的输入。

7.如在权利要求1至6之一中所述的电路装置，进一步包括，用于对所述信号电压进行采样及保持的采样保持电路(SH₁)。

8.如在权利要求1至7之一中所述的电路装置，

其中提供了第二测量用电容器(K_M2)，以及

其中所述第一缓冲放大器(OV₁)的输入暂时地与所述第二测量用电容器(K_M2)耦合，以致所述缓冲放大器(OV₁)的输出提供信号电压，所述信号电压基本上与所述第二测量用电容器(K_M2)上存在的测量电压成比例。

9.如权利要求8所述的电路装置，进一步包括：

携带有基准电荷的第二基准电容器(K_Ref2)，以及

第二缓冲放大器(OV₂)

所述第二缓冲放大器(OV₂)的一个输入至少暂时与所述第一测量用电容器(K_M1耦合，以致

所述第二缓冲放大器(OV₂)的一个输出提供第二信号电压，所述第二信号电压基本上与所述第一测量用电容器(K_M1)上存在的测量电压成比例，

其中，所述第二缓冲放大器(OV₂)的输入和输出在工作期间、经由所述第二基准电容器(K_Ref2)暂时地耦合在一起，以致尽可能将所述基准电荷完全地从所述第二基准电容器(K_Ref2)传输到所述第一测量用电容器(K_M1)上。

10.如在权利要求1至9之一中所述的电路装置，进一步包括，具有电容的虚拟级(BS₁)，所述电容尽可能接近于一个寄生电容，所述寄生电容与由所述第一基准电容器(K_Ref1)提供的基准电荷部分相当。

11.如在权利要求1至9之一中所述的电路装置，其中，将所述第一测量用电容器(K_M1)与所述第一缓冲放大器(OV₁)的输入相连接的导体(VL)具有有源防护屏蔽(GD)。

12.具有如权利要求1至11之一中所述的电路装置的传感器。

13.用于设定信号电压的方法，所述信号电压即时表示可变的、物理被测量(p)，该方法包括以下步骤：

在可调节的测量用电容器(K_M1)的电容中引起变化，这种变化相应于被测量(p)中的变化；

将所述测量用电容器(K_M1)放电到预先决定的残余电荷，

在基准电容器(K_Ref1)上产生基准电荷，

-将所述基准电荷从所述基准电容器(K_Ref1)传输到测量用电容器(K_M1)上，用于产生即时表示它的电容的测量电压，以及

-使用大约为1的放大系数放大所述测量电压，用于产生所述信号电压。

14.如权利要求13所述的方法，其中，所述信号电压被采样并被暂时地保持，用于产生响应于被测量(p)中的变化的测量信号(X_p)。

15.如权利要求13所述的方法，其中，对所述基准电容器(K_Ref1)施加充电电压，用于产生基准电荷，该施加被进行充分长的时间，以致产生在所述基准电容器两端的预定基准电压降。

16.如权利要求13所述的方法，其中，测量用电容器(K_M1)被放电至所述残余电荷大约等于零。

17.如权利要求13所述的方法，其中，可变的、物理被测量(p)是流体的静压。

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