CN1842712A - 阻抗检测电路、其方法以及电容检测电路 - Google Patents

Abstract

一种电容检测电路(10)，其中，包括直流电压发生器(11)、同相输入端子连接在给定电位上的运算放大器(14)、阻抗变换器(16)、连接在直流电压发生器(11)与运算放大器(14)的同相输入端子之间的电阻(R1)(12)、连接在运算放大器(14)的反相输入端子与阻抗变换器(16)的输出端子之间的电阻(R2)(13)、以及连接在运算放大器(14)的输出端子与阻抗变换器(16)的输入端子之间的电容器(15)，其中，被测电容器(17)连接在阻抗变换器(16)的输入端子与给定电位之间。

Description

阻抗检测电路、其方法以及电容检测电路

技术领域

本发明涉及检测阻抗及电容的电路及方法，特别是，涉及以高精度检测微小阻抗及电容的电路及方法。

背景技术

作为电容检测电路的现有实例，可例举日本专利特开平9-280806号公报所述的内容。图1是所述电容检测电路的电路图。在所述检测电路中，由电极90、91形成的电容传感器92通过信号线93连接在运算放大器95的反相输入端子上。而且，在所述运算放大器95的输出端子与所述反相输入端子之间连接电容器96，并向同相输入端子施加交流电压Vac。此外，使用屏蔽线94来包覆信号线93，从而电气屏蔽干扰噪声。并且所述屏蔽线94连接在运算放大器95的同相输入端子上。输出电压Vd从运算放大器95的输出端子经变压器97输出。

在所述检测电路中，运算放大器95的反相输入端子与同相输入端子处于虚短路状态，连接在反相输入端子上的信号线93与连接在同相输入端子上的屏蔽线94几乎为同电位。由此，信号线93受屏蔽线94的保护，即，可消除93、94二者之间的寄生电容，从而可获得不易受寄生电容的影响的输出电压Vd。

但是，根据所述现有技术，在电容传感器92的电容大到某种程度时，虽然可获得信号线93与屏蔽线94之间的寄生电容较难影响的正确的输出电压Vd，但是在检测几pF或者fF(飞母托法拉)级以下的微小电容时，会导致很大的误差。

此外，根据所施加的交流电压Vac频率的不同，导致在运算放大器95内部产生循迹误差等，由此在处于虚短路状态的反相输入端子与同相输入端子的电压之间最终也产生微小的相位或幅值的偏移，从而导致检测误差变大。

另一方面，在以便携式电话机等为代表的轻便、小型的语音通信设备中，需要一种集成的放大电路，从而将使用电容式麦克风等电容传感器检测的声音高灵敏度且如实地转换成电信号。如果可以正确地检测出几pF或fF级以下的微小电容或者其变化，则可实现能够以极高的灵敏度且如实地检测出声音的高性能麦克风，从而可使便携式电话机等语音通信设备的拾声性能得到飞越性提高。

发明内容

因此，本发明是鉴于所述状况进行的，其目的在于，提供一种阻抗检测电路及电容检测电路等，所述阻抗检测电路及电容检测电路可以准确地检测微小电容，并适用于以轻便、小型的语音通信设备中所使用的电容式麦克风等电容传感器为主的阻抗检测中。

为来实现上述目的，本发明的阻抗检测电路及电容检测电路，是一种输出与被测阻抗的阻抗相对应的检测信号的阻抗检测电路，其特征在于，包括：阻抗变换器，其输入阻抗高而输出阻抗低；电容性第一阻抗元件；第一运算放大器；直流电压发生器，用于向所述第一运算放大器施加直流电压；信号输出端子，与所述第一运算放大器的输出相连；其中，在所述阻抗变换器的输入端子上连接着所述被测阻抗的一端与所述第一阻抗元件的一端，在所述第一运算放大器的负反馈环中包含所述第一阻抗元件以及所述阻抗变换器，所述被测阻抗与所述阻抗检测电路相邻设置。

此外，本发明的阻抗检测电路及电容检测电路，是一种输出与被测阻抗的阻抗相对应的检测信号的阻抗检测电路，其特征在于，包括：阻抗变换器，其输入阻抗高而输出阻抗低；电容性第一阻抗元件；第一运算放大器；直流电压发生器，用于向所述第一运算放大器施加直流电压；信号输出端子，与所述第一运算放大器的输出相连；其中，在所述阻抗变换器的输入端子上连接有所述被测阻抗的一端与所述第一阻抗元件的一端，在所述第一运算放大器的负反馈环中包含所述第一阻抗元件以及所述阻抗变换器，所述被测阻抗与所述第一阻抗元件以及所述阻抗变换器接近设置。

这里，在本申请说明书中，“接近”是指，信号线的寄生电容与被测电容器的电容值或电容性第一阻抗元件的电容值中较大电容值相比处于不超过10倍的状态。这是因为，当信号线的寄生电容是不超过所连接元件的电容值的上一数量级数值的电容值时，本发明的电容检测电路可以防止检测灵敏度的大幅恶化，这是从经验得出的。所述信号线的寄生电容，可以在被测电容器、第一阻抗元件与阻抗变换器不连接在信号线上的状态下，通过检测电容来测出。另外，在本申请说明书中，将在上述接近的条件下相邻连接的状态称为“相邻”。

此外，本发明的阻抗检测方法及电容检测方法，是一种输出与被测阻抗的阻抗变化(电容的变化等)相对应的检测信号的阻抗检测方法，其特征在于，在运算放大器的输出端子与阻抗变换器的输入端子之间连接电容性第一阻抗元件，在所述阻抗变换器的输入端子与给定电位之间连接被测阻抗，经电阻向所述运算放大器的反相输入端子施加直流电压，将另一输入端子设为给定电位，将在所述运算放大器的输出端子上显现的电压作为检测信号输出，将所述被测阻抗与所述阻抗变换器以及所述第一阻抗元件接近连接。

作为具体的一个例子构成下述的电容检测电路，即，所述电路包括：直流电压发生器；运算放大器，其同相输入端子连接在给定电位上；阻抗变换器；电阻(R2)，连接在运算放大器的反相输入端子与阻抗变换器的输出端子之间；电容性阻抗元件，连接在运算放大器的输出端子与阻抗变换器的输入端子之间；其中，被测电容器连接在阻抗变换器的输入端子与给定电位之间，并将被测电容器设置在与电容检测电路相邻、或者使信号线的寄生电容不超过所接元件最大电容值的10倍的较短距离的接近的位置上。这里，给定电位是指某个基准电位、给定的直流电位、接地电位或者悬浮状态中的任一种，可以根据实施例来选择最佳的一种。另外，还可以加入连接在直流电压发生器与运算放大器的反相输入端子之间的电阻(R₁)。

根据上述结构，在向被测阻抗施加恒定电压的同时，流经所述被测阻抗的电流几乎全部流向阻抗元件，从而，从信号输出端子输出与被测阻抗的阻抗相对应的信号。

另外，还可以将电阻与阻抗元件并联连接。

此外，还可以通过用屏蔽部件包覆的信号线来连接被测阻抗的一端与阻抗变换器的输入端子，并添加保护电压施加部件，用于向屏蔽部件施加给定电压。这里，给定电位是任一恒定电位，最好是接地，但也可以与所述信号线的电压同电位。通过向屏蔽部件施加给定电压来使电路运行稳定。

保护电压施加部件例如是将屏蔽部件连接到地面上的部件，是将直流电压发生器的输出电压或阻抗变换器的输出电压作为输入从而产生给定电压的部件。

此外，阻抗变换器可以由电压跟随器构成，也可以由电压增益比1小或比1大的电压放大电路构成。另外，如果将这些阻抗变换器的输入级做成由MOSFET构成的电路，则可以进一步提高输入阻抗。

此外，作为本发明的应用，可以将被测阻抗设为根据电容的变化来检测物理量的电容式传感器，作为阻抗检测电路的电容检测电路形成在印刷线路板或硅基片上，并将这些电容式传感器与基片固定起来，最好是形成为一体。更加具体地说，采用电容式麦克风作为被测阻抗，用IC来实现电容检测电路，并将所述电容式麦克风与IC一体化，而且也可以作为用于便携式电话机等中的麦克风置于一个外壳(屏蔽盒)内。此时，电容式麦克风与IC固定在相邻的位置上，并使用导电板、布线图形、焊线等来连接。

附图说明

图1是现有电容检测电路的电路图。

图2是本发明第一实施例中的电容检测电路的电路图。

图3是图2所示的电容检测电路中的阻抗变换器的具体电路示例。

图4是本发明第二实施例中的电容检测电路的电路图。

图5是图4所示的电容检测电路的变形例的电路图。

图6是图4及图5所示的保护电压施加电路的具体电路示例。

图7是将本发明的电容检测电路应用于电子设备上的示意图(麦克风的截面图)。

图8是图7所示麦克风的简要外观图，其中，图8A为平面图，图8B为主视图，图8C为仰视图。

图9是麦克风另一示例的截面图。

图10是图9所示麦克风的简要外观图，其中，图10A为平面图，图10B为主视图。

图11是本发明另一实施例中的电容检测电路的电路图。

具体实施方式

下面，利用附图详细说明本发明的实施例。

(第一实施例)

图2是本发明第一实施例中的电容检测电路的电路图。另外，在本图中，在作为阻抗检测电路的所述电容检测电路中连接有作为被测对象-被测阻抗的被测电容器17(这里，是指电容式麦克风等、利用电容Cs的变化来检测各种物理量的电容式传感器)。

所述电容检测电路10由产生直流电压的直流电压发生器11、电阻(R1)12、电阻(R2)13、运算放大器14、阻抗元件(在这里是电容为Cf的电容器)15以及阻抗变换器16构成，并从信号输出端子20输出与被测电容器17的电容的时间性变化相对应的检测信号(电压Vout)。这里，“时间性变化”包括按频率发生变化、按脉冲发生变化、渐渐地变化等，以及按时间随机地发生变化等含义，因此不一定都要有周期性。

直流电压发生器11，其一端连接在给定电位(在本实施例中，接地)上，并从另一端(输出端子)产生恒定的直流电压。在直流电压发生器11的输出端子与运算放大器14的反相输入端子之间连接有电阻(R1)12。运算放大器14是输入阻抗以及开环增益极高的电压放大器，这里，同相输入端子连接在给定电位(在本实施例中，接地)上，同相输入端子和反相输入端子处于虚短路状态。在所述运算放大器14的负反馈环上，即，从运算放大器14的输出端子到反相输入端子之间，依次串联连接有电容器15、阻抗变换器16以及电阻(R2)13。

阻抗变换器16是输入阻抗极高而输出阻抗极低、且电压增益为A倍的电压放大器。在所述阻抗变换器16的输入端子21上连接有被测电容器17的一端，同时，被测电容器17的另一端连接在给定电位(在本实施例中，接地)上。在运算放大器14的输出端子上连接有信号输出端子20，用于输出所述电容检测电路10的输出信号，即，与被测电容器17的电容值的变化相对应的检测信号。另外，在本申请中，以A倍等方式出现的变量A表示零(0)以外的任意实数。

如上构成的电容检测电路10的动作过程如下。

对于由电阻(R1)12、电阻(R2)13以及运算放大器14等构成的反相放大电路来说，运算放大器14的两个输入端子构成虚短路状态从而处于同电位(例如为0V)，并且，由于其输入阻抗极高，没有电流流过，因而流经电阻(R1)12的电流为Vin/R1，而且，所述电流全部流经电阻(R2)13，所以，当将阻抗变换器16的输出电压设为V2，有下式成立：

Vin/R1＝-V2/R2

通过对其进行整理，可知阻抗变换器16的输出电压V2为：

V2＝-(R2/R1)·Vin                   (公式1)

并且，由于阻抗变换器16的电压增益为A，根据输入电压(输入端子21的电压)V1以及输出电压(输出端子22上的电压)V2的关系，其输入电压V1为：

V1＝-(1/A)·V2                      (公式2)

但是，当被测电容器17为电容式麦克风等的时候，其电容Cs根据所输入的声音的频率而变化。这里，将从运算放大器14流向电容器15、即从电容器15流向被测电容器17的、与所述变化相应的电荷设为ΔQ(即，被测电容器17的电容变化分量)时，由于阻抗变换器16的输入阻抗极高，所述电荷Q全部流向被测电容器17，从而V1＝ΔQ/ΔCs，从信号输出端子20输出的检测信号的电压Vout的变化分量ΔVout为：

Δvout＝(ΔCs/Cf)·V1               (公式3)

从上述公式1与公式2消去V2，得到：

V1＝-(R2/R1)·(Vin/A)               (公式4)

将V1代入上述公式4中，则：

Δvout＝-(1/Cf)·(R2/R1)·(Vin/A)·ΔCs

      ＝k·ΔCs                             (公式5)

其中，

k＝-(1/Cf)·(R2/R1)·(Vin/A)                (公式6)

即，检测信号的输出电压Vout的变化分量ΔVout为与被测电容器17的电容Cs的变化分量ΔCs成比例的值。因此，通过只抽出从所述电容检测电路10输出的检测信号的交流成分ΔVout，可获得与输入到电容式麦克风中的声音相对应的信号。这样，可有效放大与声音相对应的有效信号(与ΔCs相对应的电压)，从而可实现高灵敏度的麦克风。

另外，上述公式6所示的比例系数k是不含与频率(声音的频率)相关的项的一个定值。因此，所电容检测电路10不依赖于声音的频率，以恒定的增益输出与声音的强弱相对应的如实的电压信号。这里，是从电压的角度讨论被测电容器17的动作的。另一方面，为了有助于理解，下面从电流的角度进行分析。

现在，设定被测电容器17的电容在时间上如下变化。

Cs＝Cd+ΔCsinωct                       (公式7)

此时，Cd为被测电容器17最初原有的基准电容，ΔC为变化的峰值，ωc为被测电容器17的正被检测的电容的变化频率。此时，流经被测电容器17的电流为：

$\mathrm{iC}=\stackrel{\·}{Q}s=\frac{d}{\mathrm{dt}}(\mathrm{Cd}+\mathrm{\ΔC}\·\sin \mathrm{\ωct})\·V_1$

$=\mathrm{\ωc}\·\mathrm{\ΔC}\·\cos \mathrm{\ωct}\·V_1$ (公式8)

由于上述电流全部流经电容器15，所以，

$\mathrm{iC}=\stackrel{\·}{Q}s=\frac{d}{\mathrm{dt}}\left(\mathrm{Cf}\right)(\mathrm{Vout}-V_1)$

$=\mathrm{Cf}\·\frac{d}{\mathrm{dt}}\mathrm{Vout}$ (公式9)

这里，由于公式8、公式9各自的电流相等，因而

Δvout＝-(ΔC·sinωct/Cf)·V1          (公式10)

根据公式1、公式2，可将公式10表示为：

Δvout＝-(ΔC·sinωct/Cf)·(Vin/A)

      ·(R2/R1)                         (公式11)

同样，输出的是被测电容器17的变化分量。

此外，由于该电容检测电路10是根据DC驱动(直流电压发生器11)来动作的，因而与AC驱动相比，可抑制噪声干扰等，从而能够稳定地运行。另外，由于还不需要交流发射器等部件，因此可缩小电路规模。

图3表示图2所示电容检测电路10中的阻抗变换器16的具体电路实例。图3A表示使用运算放大器30的电压跟随器16a。运算放大器30的反相输入端子与输出端子短路连接。并通过将所述运算放大器30的同相输入端子作为阻抗变换器16的输入，将运算放大器30的输出端子作为阻抗变换器16的输出，可获得输入阻抗非常高且电压增益A为1的阻抗变换器16。

图3B表示使用运算放大器31的同相放大电路16b。在运算放大器31的反相输入端子与给定电位之间连接电阻(R3)32，在运算放大器31的反相输入端子与输出端子之间连接反馈电阻(电阻(R4)33)。并通过将所述运算放大器31的同相输入端子作为阻抗变换器16的输入，将运算放大器31的输出端子作为阻抗变换器16的输出，可获得输入阻抗极高且电压增益A为(R3+R4)/R3的阻抗变换器16。

图3C表示电路16c，其中，在图3A或图3B所示的运算放大器的输入级增加了CMOS结构的缓冲器。如图所示，在正负电源之间经电阻串联连接有N型MOSFET34与P型MOSFET35，缓冲器的输出连接在运算放大器30(或者31)的输入上。通过将所述缓冲器的输入作为阻抗变换器16的输入，将运算放大器的输出端子作为阻抗变换器16的输出，可获得输入阻抗极高的阻抗变换器16。

图3D表示如图3C的输入级的缓冲器那样的电路16d。如图所示，在正负电源之间串联连接着N型MOSFET34与P型MOSFET35，并从两个MOSFET的连接部分进行输出。

在图3E中，将运算放大器32的同相输入作为阻抗变换器的输入，在运算放大器32的输出与反相输入之间通过电阻进行连接。如图3D以及图3E所示，通过上述结构，可获得输入阻抗极高的阻抗变换器16。

根据本发明的实验，在图2的阻抗检测电路中，例如，当Cs的原电容为20pF时，如果信号线的寄生电容超过200pF，则检测灵敏度会明显恶化。此外，对于所述Cs，当利用几个其他的电容值来进行确认时，也得到了相同趋势的结果。

此外，作为第一阻抗元件的电容Cf与被测电容器Cs在所述电路中均为连接在信号线上的电容元件，不管对于哪一个元件来说，在计算上都会得到与上述相同的结果。

从这些实验结果及经验可知，如果将被测电容器与第一阻抗元件以及阻抗变换器接近连接，使得信号线的寄生电容不超过所述Cs或Cf的电容值的一个数量级以上的数值的话，则可以获得良好的检测灵敏度。

(第二实施例)

下面，对本发明的第二实施例中的阻抗检测电路进行说明。

图4是第二实施例中的作为阻抗检测电路的电容检测电路40的电路图。所述电容检测电路40与在第一实施例中的电容检测电路10上增加了保护功能的电路相当。即，作为连接被测电容器17与电容检测电路40的电缆，使用被屏蔽线42包覆的信号线41(同轴电缆)，而且还增加了保护电压施加电路43a，用于向所述同轴电缆的屏蔽线42施加与信号线41同电位的保护电压。

保护电压施加电路43a连接在直流电压发生器11的输出端子与屏蔽线42之间，将直流电压发生器11的输出电压Vin作为输入，并以预先调节好的恒定的电压增益进行放大(或者进行分压)，从而产生与信号线41的电压同电位的保护电压，并输出到屏蔽线42上。另外，所述保护电压施加电路43a的电压增益具体为V1/Vin，即从上述公式4可知，已被调节为(-R2/R1)·(1/A)。

通过上述结构，可使信号线41与屏蔽线42始终保持同电位，从而消除了它们之间的电容(寄生电容)，由此可避免在被测电容器17的电容中加入寄生电容等而导致测量误差，同时可利用屏蔽线42屏蔽对信号线41的噪声的干扰，从而能够以更高精度且更稳定地进行电容检测。

另外，向屏蔽线42施加保护电压的保护电压施加电路43a的连接位置并不局限于图4所示的直流电压发生器11与屏蔽线42之间，例如，如图5所示的电容检测电路45，也可以设置在阻抗变换器16的输出端子与屏蔽线42之间。此时，将保护电压施加电路43b(或者43c)调节成如下即可：将阻抗变换器16的输出电压V2作为输入，通过以恒定的电压增益(1/A)进行放大来产生保护电压V1，并将其施加到屏蔽线42上。

但是，若将保护电压施加电路限定在DC施加，则寄生电容的消除达不到预期的效果，因此，在这种情况下，最有效的是结构简单且干扰难以进入的地面连接。

图6表示图4或图5所示的保护电压施加电路43a～c的具体电路的例子。图6A所示的保护电压施加电路43a是将可变电阻作为反馈电阻的反相放大电路。通过调节反馈电阻的电阻值，可获得上述的电压增益，从而可产生与信号线41同电位的保护电压。图6B所示的保护电压施加电路43b是由两个电阻与一个运算放大器构成的同相放大电路。图6C所示的保护电压施加电路43c是由两个电阻与一个运算放大器构成的电压跟随器。在这些图6B及图6C中，也可以通过调节电阻值等来产生与图5中的信号线41同电位的保护电压。

另外，当产生运算误差、循迹误差等时，使增益A为1时有可能降低所述误差，因此，最好使A＝1。

作为上述本发明的电容检测电路在电子设备中的应用，可将根据阻抗的变化来检测物理量的传感器作为被测阻抗，在印刷线路板或硅基片上形成阻抗检测电路，并可以采用固定这些传感器与基片的一体结构。更具体地说，采用电容式麦克风作为被测阻抗，以IC来实现电容检测电路，并将所述电容式麦克风与IC一体化，同时置于一个外壳(屏蔽盒)内，以作为用于便携式电话机等中的麦克风。

图7表示上述第一实施例中的电容检测电路在电子设备中的应用示例。这里，示出了将电容式麦克风与电容检测电路一体化的麦克风50的截面图，所述麦克风50用于便携式电话机等中。所述麦克风50由如下部分构成：盖体51，具有声孔52；振动膜53，可根据声音而振动；环54，用于固定振动膜53；隔板55a；固定电极56，通过隔板55a与振动膜53相对设置；绝缘板55b，用于支承固定电极56；IC芯片58，形成有上述实施例中的电容检测电路，并固定于绝缘板55b的背面；IC封装件59，浇铸有IC芯片58；外部电极61a、61b，通过焊线、接触孔等与IC芯片58连接。

形成电容器的一个电极、即振动膜53连接在给定电位(在本实施例中，接地)上，另一个电极、即固定电极56通过铝板或焊线、接触孔等导电体与IC芯片58的电路连接。由振动膜53与固定电极56组成的电容器的电容或者其变化，可利用通过绝缘板55b而相邻的IC芯片58内的电容检测电路来检测，并将其转换为电信号，从外部电极61a、61b等输出。另外，盖体51由铝等金属制成，所述盖体51与形成于绝缘基片60上表面的导电膜(没有图示)起屏蔽盒的作用，用于屏蔽噪声干扰内部的电容器53、56或IC芯片58。此外，在本实施例中，固定电极56与电路相连，振动膜53连接在给定电位上，但是，也可以将振动膜与电路连接起来，将固定电极56连接在给定电位上。其中根据经验来看，前者更好。

图8是图7所示的麦克风50的简要外观图。图8A是平面图，图8B是正视图，图8C是仰视图。图8A、图8B所示的盖体51的大小例如大约为φ5mm×高2mm。图8C所示的四个外部电极61a～61d例如是电容检测电路的用于电源的两个端子，和用于输出信号的两个端子。

在所述应用实例中，被测电容器(在这里为电容式麦克风)与电容检测电路(在这里为IC芯片)在所述接近的条件下相邻设置，并通过长度非常短的导电体相连。并且，这些元件被金属制的盖体等屏蔽部件所包覆。因此，在所述应用实例中，可忽略掺进用于连接被测电容器与电容检测电路的信号线(导电体)中的干扰噪声等的不良影响。

在本应用实例中，对于被测电容器与电容检测电路，最好通过非屏蔽(没有被屏蔽)的导电板、布线图形、焊线、导线等以最短线路进行连接。即，由于本应用实例是信号线上没有屏蔽部件的小型麦克风，因此，通过极短的导电体来连接被测电容器与电容检测电路，不用设置用来向屏蔽线等施加保护电压的特殊电路，从而不会扩大电路规模，进而不会影响电路的集成化。

作为另一麦克风的例子，如图9以及图10所示，是将电路加载在基片上构成的。除了将图7中的电容检测电路加载在基片62上的之外，其他结构基本相同。

此外，当在本应用实例中采用第二实施例时，由于与信号线的屏蔽相关的部分，将导致电路规模少许变大，但从实现更高精度的检测的角度考虑时，所述方案更为有效，因此也可以使用所述结构。

以上，基于两个实施例以及产品的应用实例来说明了本发明的电容检测电路，但是本发明并不局限于这些实施例以及应用实例。

例如，在第二实施例中，作为连接被测电容器17与电容检测电路40的电缆，使用了单层电缆，但是，也可以代替它而使用双层电缆。此时，通过向包覆信号线的内侧屏蔽层施加保护电压，并将包覆内侧屏蔽层的外侧屏蔽层连接在给定电位或地上，可以提高对于干扰噪声的屏蔽效果。

此外，如图11所示，也可以添加一个电阻18，使其与上述实施例中的电容检测电路10及30中的电容器15并联连接。由此，电容器15与被测电容器17之间的连接点通过电阻18与第一运算放大器14的输出端子相连，从而消除了直流形式的悬浮状态，固定了电位。

此外，可连接的被测阻抗并不局限于电容式麦克风，可以包括用于检测各种物理量的所有下述的设备：即，加速度传感器、地震计、压力传感器、位移传感器、近程传感器、接触式传感器、离子传感器、湿度传感器、雨滴传感器、雪传感器、雷传感器、布置传感器(placementsensor)、接触不良传感器、形状传感器、终点检测传感器、振动传感器、超声波传感器、角速度传感器、液量传感器、气体传感器、红外线传感器、辐射传感器、水位计、冷冻传感器、水分计、振动计、充电传感器、印刷线路板检测仪等。

从以上说明可知，本发明的电容检测电路、电容检测装置以及这些方法，通过向运算放大器施加直流电压，并将被测阻抗连接在信号线上，从而检测被测阻抗的阻抗。即，在将同相输入端子连接在给定电位上的运算放大器的输出端子与阻抗变换器的输入端子之间连接电容器，同时在阻抗变换器的输入端子与给定电位之间连接被测阻抗。

由此，可以使流经被测阻的电流全部流向阻抗元件，在运算放大器的输出端子输出与被测阻抗的阻抗相对应的正确信号，从而可检测极其微小的阻抗。特别是，当各个阻抗为电容性元件时，可检测几pF或fF级以下的微小电容。

另外，由于运算放大器的同相输入端子被连接在给定电位上，同时经电阻向反相输入端子施加直流电压，所以，运算放大器可以稳定地运行，并可抑制检测信号中包含的噪声。另外，由于整个检测电路通过DC驱动运行，并不需要交流信号发射器等，因此可实现电路的简化、集成化。

此外，由于在运算放大器与阻抗变换器之间连接有电容器，所以，不会发生在运算放大器与阻抗变换器之间连接电阻时，来自该电阻的热噪声恶化S/N比的问题。

此外，通过接近设置信号线上所连接的电路元件，或者将所述阻抗检测电路与被测阻抗设置在相邻的位置上，可以不需要连接上述元件的屏蔽电缆、和用来消除在所述电缆上产生的寄生电容的特殊电路等。

另外，由于在运算放大器的输出端子上产生与被测阻抗的阻抗变化分量相对应的变化成分，因此，通过只抽出输出端子的变化成分，可获得适于电容式传感器的放大电路，所述电容式传感器是电容随物理量的变化而变化的传感器，例如麦克风等。这样，例如可实现以非常高的灵敏度检测声音的麦克风。

另外，也可以通过用屏蔽部件包覆的信号线来连接被测电容器的一端和阻抗变换器的输入端子，并且添加保护电压施加部件，用来向屏蔽部件施加与所述信号线的电压同电位的电压。由此，由于利用同电位的屏蔽层来保护信号线，并可消除在信号线与屏蔽层之间产生的寄生电容，所以，可对微小电容进行高精度的检测。

如上所述，根据本发明，可以准确地检测微小阻抗及电容，并且，可实现适于小型化的电容检测电路等，特别是，可提高便携式电话机等轻便、小型的语音通信设备的声音性能，因而其实用价值非常高。

工业实用性

本发明的电容检测电路可作为电容式传感器的检测电路使用，特别是可作为便携式电话机等小型、轻便的设备中所安装的麦克风装置使用。

Claims (15)

1.一种阻抗检测电路，输出与被测阻抗的阻抗相对应的检测信号，其特征在于，

所述电路包括：阻抗变换器，其输入阻抗高而输出阻抗低；电容性第一阻抗元件；第一运算放大器；直流电压发生器，用于向所述第一运算放大器施加直流电压；信号输出端子，连接在所述第一运算放大器的输出上；

其中，在所述阻抗变换器的输入端子上连接有所述被测阻抗的一端和所述第一阻抗元件的一端，

在所述第一运算放大器的负反馈环中包含所述第一阻抗元件以及所述阻抗变换器，

所述被测阻抗与所述阻抗检测电路相邻设置。

2.一种阻抗检测电路，输出与被测阻抗的阻抗相对应的检测信号，其特征在于，

所述电路包括：阻抗变换器，其输入阻抗高而输出阻抗低；电容性第一阻抗元件；第一运算放大器；直流电压发生器，用于向所述第一运算放大器施加直流电压；信号输出端子，连接在所述第一运算放大器的输出上；

其中，在所述阻抗变换器的输入端子上连接有所述被测阻抗的一端和所述第一阻抗元件的一端，

在所述第一运算放大器的负反馈环中包含所述第一阻抗元件以及所述阻抗变换器，

所述被测阻抗与所述第一阻抗元件以及所述阻抗变换器接近设置。

3.如权利要求1或2所述的电容检测电路，其特征在于，所述被测阻抗是电容性阻抗元件。

4.如权利要求1至3中任一项所述的电容检测电路，其特征在于，所述电容检测电路还包含与所述第一阻抗元件并联连接的电阻元件。

5.如权利要求1至4中任一项所述的阻抗检测电路，其特征在于，在所述交流电压发生器与所述第一运算放大器之间还包括第二阻抗元件。

6.如权利要求1至5中任一项所述的阻抗检测电路，其特征在于，

所述被测阻抗的一端与所述阻抗变换器的输入端子通过被屏蔽部件包覆的信号线连接，

所述阻抗检测电路还包括保护电压施加部件，用于向所述屏蔽部件施加给定电压。

7.如权利要求6所述的阻抗检测电路，其特征在于，所述保护电压施加部件将所述直流电压发生器的输出电压作为输入。

8.如权利要求6所述的阻抗检测电路，其特征在于，所述保护电压施加部件将所述阻抗变换器的输出电压作为输入。

9.如权利要求1至8中任一项所述的阻抗检测电路，其特征在于，所述阻抗变换器是电压跟随器。

10.如权利要求1至8中任一项所述的阻抗检测电路，其特征在于，所述阻抗变换器是包括第二运算放大器且电压增益比1大的电压放大电路。

11.如权利要求1至8中任一项所述的电容检测电路，其特征在于，所述阻抗变换器包含由MOSFET构成的输入电路和第二运算放大器。

12.如权利要求1至11中任一项所述的电容检测电路，其特征在于，所述被测阻抗是电容发生时间性变化的电容式传感器，所述第一阻抗元件是电容器。

13.如权利要求12所述的电容检测电路，其特征在于，所述被测阻抗是电容式麦克风。

14.一种阻抗检测方法，输出与被测阻抗的阻抗相对应的检测信号，其特征在于，

在运算放大器的输出端子与阻抗变换器的输入端子之间连接电容性第一阻抗元件，

在所述阻抗变换器的输入端子与给定电位之间连接被测阻抗，

经电阻向所述运算放大器的一个输入端子施加直流电压，并使另一个输入端子为给定电位，

将在所述运算放大器的输出端子上显现的电压作为检测信号来输出，

所述被测阻抗和所述阻抗变换器以及所述第一阻抗元件接近连接。

15.如权利要求11所述的阻抗检测方法，其特征在于，在所述阻抗检测方法中，

所述被测阻抗的一端与所述阻抗变换器的输入端子通过被屏蔽部件包覆的信号线连接，

向所述屏蔽部件施加给定电压。

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