CN219737645U - 一种电容检测电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电容检测电路，包括充电单元、储能电容C_L、第一开关S₁、第二开关S₂和被测电容C_S，所述充电单元的一端连接于所述储能电容C_L的第一端和所述第二开关S₂的第一端，所述第二开关S₂的第二端连接所述被测电容C_S的第一端和所述第一开关S₁的第一端，所述储能电容C_L的第二端、所述被测电容C_S的第二端和所述第一开关S₁的第二端接地。本实用新型提供的电容检测电路，在储能电容两端并联一个充电单元，通过充电单元利用与放电电流变化趋势相反的电流、利用恒定电流和用与放电电流变化趋势相同的电流给储能电容充电，来增大时间裕度，进而可以获得更强的电容检测信号。

Description

一种电容检测电路

技术领域

本实用新型涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种电容检测电路。

背景技术

在集成电路设计中时常会使用到电容检测电路。图1所示为传统的电容检测电路及其等效的RC电路，其中C_S为电容值较小的被检测电容，C_L为一个较大的储能电容(通常C_S<<C_L)，用频率为f_clk的反相非交叠时钟来分别控制S₁和S₂的开断。I_S2为C_L放电到C_S时的电流。V₀为V_CL的初始电压。因此有：

V_CL＝V₀*e^-t/τ

假设参考电压为V_ref(通常V_ref<V₀)，V_CL从V₀放电到V_ref的时间为t₁，对C_S施加某种作用使得C_S变化ΔC_S，此时放电时间为t₂，在t₁和t₂之间设定一个阈值时间t₀，则可以通过比较放电时间t和t₀的大小来判断是否对C_S施加了作用(实际中，可以用时钟数t*f_clk来进行操作)，时间裕度为Δt＝∣t₁-t₂∣，对应于被检测电容信号ΔC_S，其大小反应了检测信号的强度，当其它条件不变，ΔC_S/C_S较小时，Δt较小(或时钟数较少)，时间(或时钟数)裕度较小，电路容易受到噪声等因素的干扰，导致检测错误，因此，研究如何在ΔC_S/C_S较小的情况下获得更大的Δt很有必要。

基于此，需要一种新的解决方案。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于针对在现有的传统电路产生的电容检测信号较小且易受噪声干扰的问题，提供一种电容检测电路。

为实现上述目的，本实用新型提供一种电容检测电路，包括充电单元、储能电容C_L、第一开关S₁、第二开关S₂和被测电容C_S，所述充电单元的一端连接于所述储能电容C_L的第一端和所述第二开关S₂的第一端，所述第二开关S₂的第二端连接所述被测电容C_S的第一端和所述第一开关S₁的第一端，所述储能电容C_L的第二端、所述被测电容C_S的第二端和所述第一开关S₁的第二端接地。

在本实用新型提供的电容检测电路中，所述充电单元的电流变化趋势与放电电流变化趋势相反。

在本实用新型提供的电容检测电路中，所述充电单元为电阻R₁，所述电阻R₁的第一端连接于所述储能电容C_L的第一端和所述第二开关S₂的第一端，所述电阻R的第二端连接电压V₀。

在本实用新型提供的电容检测电路中，所述充电单元为恒流源I。

在本实用新型提供的电容检测电路中，所述充电单元的电流变化趋势与放电电流变化趋势相同。

在本实用新型提供的电容检测电路中，所述充电单元包括电阻R₂、第一MOS管M₁、第二MOS管M₂和比较器OP，所述比较器OP的正相输入端连接所述电阻R₂的第一端、所述第二MOS管M₂的源极，所述比较器OP的反相输入端连接所述储能电容C_L的第一端、所述第二开关S₂的第一端和所述第一MOS管M₁的源极，所述比较器OP的输出端连接所述第一MOS管M₁的栅极和所述第二MOS管M₂的栅极，所述电阻R₂的第二端接地，所述第一MOS管M₁的漏极和所述第二MOS管M₂的漏极连接电压VDD。

本实用新型提供的电容检测电路具有以下有益效果：本实用新型提供的电容检测电路，在储能电容两端并联一个充电单元，通过充电单元利用与放电电流变化趋势相反的电流、利用恒定电流和用与放电电流变化趋势相同的电流给储能电容充电，来增大时间裕度，进而可以获得更强的电容检测信号。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图：

图1所示为传统的电容检测电路及其等效的RC电路；

图2所示为本实用新型实施例一提供的电容检测电路的电路示意图；

图3所示为本实用新型实施例一提供的电容检测电路和传统的电容检测电路的V_CL-t曲线图；

图4所示为本实用新型实施例二提供的电容检测电路的电路示意图；

图5所示为本实用新型实施例一提供的电容检测电路和传统的电容检测电路的V_CL-t曲线图；

图6所示为本实用新型实施例三提供的电容检测电路的电路示意图；

图7所示为本实用新型实施例一提供的电容检测电路和传统的电容检测电路的V_CL-t曲线图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的典型实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。

本实用新型总的思路是：为了解决传统电路在ΔC_S/C_S较小时，时间裕度较小(或时钟数较少)的问题，本实用新型提供一种电容检测电路，通过充电单元利用与放电电流变化趋势相反的电流、利用恒定电流和用与放电电流变化趋势相同的电流给储能电容充电，来增大时间裕度，进而可以获得更强的电容检测信号。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明，应当理解本实用新型实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本实用新型实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

实施例一

图2所示为本实用新型实施例一提供的电容检测电路的电路示意图。如图2所示，本实用新型提供的包括用作充电单元的电阻R₁、储能电容C_L、第一开关S₁、第二开关S₂和被测电容C_S，所述电阻R₁的一端连接于所述储能电容C_L的第一端和所述第二开关S₂的第一端，所述第二开关S₂的第二端连接所述被测电容C_S的第一端和所述第一开关S₁的第一端，所述储能电容C_L的第二端、所述被测电容C_S的第二端和所述第一开关S₁的第二端接地。通过电阻R₁可以提供电流变化趋势与放电电流变化趋势相反的电流对储能电容C_L充电。

具体地，在本实施例中，如图2所示，仍将电路等效成一阶RC电路，电压V_CL为：

V_CL＝V₀*e^-t/τ

进一步地，如图3所示，其中，(b)为(a)虚线框内的局部放大，实线和虚线分别对应C_S施加作用(变化ΔC_S)前后的V_CL–t曲线。从V_CL的表达式和图3可以看出，并联电阻R虽然减小了时间常数τ，但增大了V_ref/(V₀-V_CL,min)的比例，因而最终使得Δt₂大于Δt₁。

实施例二

图4所示为本实用新型实施例二提供的电容检测电路的电路示意图。如图4所示，本实用新型提供的包括用作充电单元的恒流源I、储能电容C_L、第一开关S₁、第二开关S₂和被测电容C_S，所述恒流源I的一端连接于所述储能电容C_L的第一端和所述第二开关S₂的第一端，所述第二开关S₂的第二端连接所述被测电容C_S的第一端和所述第一开关S₁的第一端，所述储能电容C_L的第二端、所述被测电容C_S的第二端和所述第一开关S₁的第二端接地。通过恒流源I可以提供电流变化趋势与放电电流变化趋势相反的电流对储能电容C_L充电。

具体地，在本实施例中，如图4所示，理想源电流的电阻为无穷大，因此此时的电压V_CL为：

V_CL＝V₁*e^-t/τ

进一步地，如图5所示，其中，(b)为(a)虚线框内的局部放大，结合上面V_CL的表达式和图5可以知道这种结构在不改变时间常数τ的情况下仅通过增大V_ref/(V₀-V_CL,min)的比例来增大Δt。

实施例三

图6所示为本实用新型实施例三提供的电容检测电路的电路示意图。如图6所示，本实用新型提供的包括用作充电单元、储能电容C_L、第一开关S₁、第二开关S₂和被测电容C_S。其中，所述充电单元包括电阻R₂、第一MOS管M₁、第二MOS管M₂和比较器OP，所述比较器OP的正相输入端连接所述电阻R₂的第一端、所述第二MOS管M₂的源极，所述比较器OP的反相输入端连接所述储能电容C_L的第一端、所述第二开关S₂的第一端和所述第一MOS管M₁的源极，所述比较器OP的输出端连接所述第一MOS管M₁的栅极和所述第二MOS管M₂的栅极，所述电阻R₂的第二端接地，所述第一MOS管M₁的漏极和所述第二MOS管M₂的漏极连接电压VDD；所述第二开关S₂的第二端连接所述被测电容C_S的第一端和所述第一开关S₁的第一端，所述储能电容C_L的第二端、所述被测电容C_S的第二端和所述第一开关S₁的第二端接地。通过充电单元提供与放电电流变化趋势相同的电流对储能电容C_L充电。

具体地，在本实施例中，如图4所示，通过运放的反馈回路来使其同相端电压V₂等于反相端电压V_CL，进而有I_M2＝V_CL/R，I_M1为I_M2的镜像，通过I_M1对C_L充电。假设I_M1＝I_M2，将电路等效成一阶RC电路，电压V_CL为：

V_CL＝V₀*e^-t/τ

进一步地，如图7所示，其中，(b)为(a)虚线框内的局部放大，可以看出这种结构并未改变V_CL,min，仅通过增大时间常数τ增大了Δt。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本实用新型的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个实用新型方面中的一个或多个，在上面对本实用新型的示例性实施例的描述中，本实用新型的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本实用新型要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，实用新型方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本实用新型的单独实施例。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本实用新型的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

应该注意的是上述实施例对本实用新型进行说明而不是对本实用新型进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本实用新型可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

Claims (6)

1.一种电容检测电路，其特征在于，包括充电单元、储能电容C_L、第一开关S₁、第二开关S₂和被测电容C_S，所述充电单元的一端连接于所述储能电容C_L的第一端和所述第二开关S₂的第一端，所述第二开关S₂的第二端连接所述被测电容C_S的第一端和所述第一开关S₁的第一端，所述储能电容C_L的第二端、所述被测电容C_S的第二端和所述第一开关S₁的第二端接地。

2.如权利要求1所述的电容检测电路，其特征在于，所述充电单元的电流变化趋势与放电电流变化趋势相反。

3.如权利要求2所述的电容检测电路，其特征在于，所述充电单元为电阻R₁，所述电阻R₁的第一端连接于所述储能电容C_L的第一端和所述第二开关S₂的第一端，所述电阻R的第二端连接电压V₀。

4.如权利要求2所述的电容检测电路，其特征在于，所述充电单元为恒流源I。

5.如权利要求1所述的电容检测电路，其特征在于，所述充电单元的电流变化趋势与放电电流变化趋势相同。

6.如权利要求5所述的电容检测电路，其特征在于，所述充电单元包括电阻R₂、第一MOS管M₁、第二MOS管M₂和比较器OP，所述比较器OP的正相输入端连接所述电阻R₂的第一端、所述第二MOS管M₂的源极，所述比较器OP的反相输入端连接所述储能电容C_L的第一端、所述第二开关S₂的第一端和所述第一MOS管M₁的源极，所述比较器OP的输出端连接所述第一MOS管M₁的栅极和所述第二MOS管M₂的栅极，所述电阻R₂的第二端接地，所述第一MOS管M₁的漏极和所述第二MOS管M₂的漏极连接电压VDD。