DE4135991C1 - Capacitance-frequency converter producing rectangular pulse train signal - has two changeover switches connected to respective plates of capacitor for connection to different potentials - Google Patents
Capacitance-frequency converter producing rectangular pulse train signal - has two changeover switches connected to respective plates of capacitor for connection to different potentialsInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Zusatzerfindung betrifft eine Weiterbildung eines Kapazitäts-Frequenz-Wandlers zum Erzeugen eines im we sentlichen rechteckförmigen Wandlerausgangssignales mit einer von der Kapazität eines zu messenden Kondensators ab hängigen Pulswiederholfrequenz, gemäß dem Patent 40 39 006.The present additional invention relates to further training a capacitance-frequency converter for generating an im we substantial rectangular converter output signals with one depends on the capacitance of a capacitor to be measured dependent pulse repetition frequency, according to the patent 40 39 006.
Aus dem Standardfachbuch Tietze-Schenk, Halbleiter-Schal tungstechnik, 9. Auflage, 1989, Seite 925 ist bereits ein Kapazitäts-Spannungs-Wandler bekannt. Um diesen Kapazitäts- Spannungs-Wandler zu einem Kapazitäts-Frequenz-Wandler zu erweitern, bedarf es eines zusätzlichen Spannungs-Frequenz- Wandlers. Die Ausgangsspannung des bekannten Kapazitäts- Spannungs-Wandlers ist von der Eingangsbezugsspannung abhän gig, so daß Schwankungen der Eingangsbezugsspannung zu ent sprechenden Meßfehlern führen. Streukapazitäten, die am Ein gang des bekannten Kapazitäts-Spannungs-Wandlers parallel zu der zu messenden Kapazität nach Masse liegen, gehen in die Ausgangsspannung direkt ein. Das führt dazu, daß der bekann te Kapazitäts-Spannungs-Wandler nur für solche Anwendungs fälle bei hinnehmbar niedrigen Meßfehlern einsetzbar ist, bei denen auf Grund von kurzen Zuleitungen zu der zu messen den Kapazität nur niedrige Streukapazitäten auftreten oder bei denen die zu messende Kapazität einen hohen Wert hat.From the standard textbook Tietze-Schenk, semiconductor scarf tungstechnik, 9th edition, 1989, page 925 is already a Capacitance-voltage converter known. To this capacity Voltage converter to a capacitance-frequency converter too expand, an additional voltage-frequency Converter. The output voltage of the known capacitance Voltage converter depends on the input reference voltage gig, so that fluctuations in the input reference voltage ent speaking measurement errors. Stray capacities at the on gear of the known capacitance-voltage converter in parallel of the capacitance to be measured are in the Output voltage directly on. This leads to the fact that the te capacitance-voltage converter only for such applications can be used with acceptably low measurement errors, in which to measure due to short leads to the only low stray capacities occur or where the capacity to be measured has a high value.
Aus dem Datenbuch für Halbleiterschaltungen: Linear Databook 1990 der Firma Linear Technology Corporation, Seite 11 bis 23, rechte Abbildung oben ist ein Spannungs-Frequenz-Wandler bekannt, der eine geschaltete Kapazität zwischen dem Ausgang und dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers aufweist, wobei der nicht-invertierende Eingang einerseits über einen Widerstand mit Masse und andererseits über eine weitere Kapazität mit dem Ausgang verbunden ist und wobei ferner der invertierende Eingang über den Emitter eines Transistors mit einer negativen Bezugsspannung verbunden ist, dessen Basis an dem gemeinsamen Knoten einer Reihen schaltung eines weiteren Widerstandes und eines weiteren Kondensators anliegt, wobei diese Reihenschaltung zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers und Masse liegt. Es ist zwar denkbar, bei einem derartigen Spannungs-Frequenz- Wandler die geschaltete Kapazität durch eine Kapazität zu ersetzen, deren Kapazitätswert zu bestimmen ist und somit bei fester Eingangsspannung diese Schaltung als Kapazitäts- Frequenz-Wandler einzusetzen. Jedoch wäre auch bei einer derartigen Abwandlung der bekannten Schaltung eine Streuka pazität gegen Masse in Parallelschaltung zu der zu messenden Kapazität. Ferner wären zwei Bezugsspannungen erforderlich, deren eventuelle Variationen direkt in die Ausgangsfrequenz und somit in die erzielbare Meßgenauigkeit eingehen würden.From the data book for semiconductor circuits: Linear Databook 1990 by Linear Technology Corporation, page 11 to 23, right figure above is a voltage-frequency converter known of a switched capacitance between the output and the inverting input of an operational amplifier has, the non-inverting input on the one hand via a resistor with ground and on the other hand via a further capacity is connected to the output and where furthermore the inverting input via the emitter of a Transistor connected to a negative reference voltage is the base of which is the common node of a row circuit of another resistor and another Capacitor is present, this series connection between the output of the operational amplifier and ground. It is conceivable with such a voltage-frequency Converters the switched capacity by a capacity replace, whose capacity value is to be determined and thus with a fixed input voltage this circuit as capacitance Frequency converter. However, one would also such a modification of the known circuit a Streuka capacitance to ground in parallel with the one to be measured Capacity. Furthermore, two reference voltages would be required their possible variations directly in the output frequency and would therefore go into the achievable measurement accuracy.
Bei der Kapazitäts-Frequenz-Wandlerschaltung nach dem Haupt patent wird der bezüglich seiner Kapazität zu messende Kon densator mit einer Meßspannung beaufschlagt, die einen ge wissen Gleichanteil aufweist. In einigen Anwendungsfällen ist dies unerwünscht.In the capacitance-frequency converter circuit after the main The con applied to the capacitor with a measuring voltage that a ge know has equal share. In some use cases this is undesirable.
Im Falle von kapazitiven Feuchtsensoren darf die Meßspannung keinen Gleichanteil über längere Zeit aufweisen, da dieser zur Zerstörung des Sensors führen würde.In the case of capacitive humidity sensors, the measuring voltage is allowed have no DC component over a long period of time, as this would destroy the sensor.
Daher liegt der Zusatzerfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kapazitäts-Frequenz-Wandler der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem einerseits Streukapazitäten insbesondere im Bereich der Zuleitungen der zu messenden Kapazität nur einen geringen Einfluß haben und bei dem andererseits eine von Gleichspannungsanteilen zumindest weitgehend befreite Messung erreicht wird.Therefore, the additional invention is based on the task, one Capacity-frequency converter of the type mentioned create, on the one hand, stray capacities in particular in the area of the supply lines of the capacity to be measured only have little influence and on the other hand a at least largely freed from DC voltage components Measurement is reached.
Diese Aufgabe wird durch einen Kapazitäts-Frequenz-Wandler gemäß Patentanspruch 1 gelöst. This task is accomplished by a capacitance-to-frequency converter solved according to claim 1.
Bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kapazitäts- Frequenz-Wandlers sind in den Unteransprüchen angegeben.Preferred further developments of the capacity Frequency converters are specified in the subclaims.
Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen bevorzugte Ausführungsbeispiele des erfindungs gemäßen Kapazitäts-Frequenz-Wandlers näher erläutert. Es zeigtBelow, with reference to the Drawings preferred embodiments of the Invention according to capacity-frequency converter explained. It shows
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des Kapazitäts-Fre quenz-Wandlers nach dem Hauptpatent; Fig. 1 shows a first embodiment of the capacity-Fre frequency converter according to the main patent;
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel des Kapazitäts- Frequenz-Wandlers nach dem Hauptpatent; Fig. 2 shows a second embodiment of the capacitance-to-frequency converter according to the main patent;
Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel des Kapazitäts- Frequenz-Wandlers nach dem Hauptpatent; Fig. 3 shows a third embodiment of the capacitance-to-frequency converter according to the main patent;
Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel des Kapazitäts-Frequenz- Wandlers nach der Zusatzerfindung; Fig. 4 shows an embodiment of the capacitance-to-frequency converter according to the additional invention;
Fig. 5 eine zeitliche Darstellung der Signalverläufe in nerhalb des erfindungsgemäßen Kapazitäts-Frequenz- Wandlers; und Fig. 5 is a timing chart of signal waveforms in nerhalb of the capacitance-to-frequency converter of the invention; and
Fig. 6 eine alternative Ausgestaltung des Kapazitäts-Fre quenz-Wandlers nach der Zusatzerfindung. Fig. 6 shows an alternative embodiment of the capacity-Fre frequency converter according to the additional invention.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, umfaßt der Kapazitäts-Frequenz- Wandler, der in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet ist, einen ersten Umschalter S1, der mit einem ersten Pol eines bezüglich seiner Kapazität zu messenden Kondensators CX verbunden ist und diesen in einem ersten Schaltzustand mit Masse verbindet oder in einem zweiten Schaltzustand, der in der Figur dargestellt ist, mit einer Betriebsspannung UB verbindet. Der zweite Pol des bezüglich seiner Kapazität zu messenden Kondensators CX ist mit einem zweiten Umschalter S2 verbunden, der diesen in einem ersten Schaltzustand mit einem Knoten KN des Kapazitäts-Frequenz- Wandlers 1 oder in einem zweiten (hier dargestellten) Zu stand mit Masse verbindet. Beide Pole bzw. Anschlüsse des bezüglich seiner Kapazität zu messenden Kondensators CX wei sen Streukapazitäten CS1, CS2 gegen Masse auf. Bei den Streu kapazitäten kann es sich beispielsweise um die Kapazitäten von Anschlußleitungen handeln, die insbesondere dann einen hohen Wert aufweisen können, wenn der Kondensator mit der zu messenden Kapazität CX über eine weite Strecke von dem Kapazitäts-Frequenz-Wandler beabstandet ist und an diesen über Koaxialleitungen angeschlossen ist. Ein weiterer Kondensator CI liegt zwischen dem Knoten KN und Masse. Der Knoten KN ist an eine spannungsgesteuerte Stromquelle R1, R2, K2, R3, T angeschlossen, die den Knoten mit einem kon stanten Strom beaufschlagt, wie dies nachfolgend noch erläu tert werden wird.As shown in FIG. 1, the capacitance-to-frequency converter, which is designated in its entirety by reference numeral 1 , comprises a first changeover switch S1, which is connected to a first pole of a capacitor C X to be measured with regard to its capacitance, and this connects to ground in a first switching state or connects to an operating voltage U B in a second switching state, which is shown in the figure. The second pole of the capacitor C X to be measured with respect to its capacitance is connected to a second changeover switch S2, which connects it in a first switching state to a node KN of the capacitance-frequency converter 1 or in a second state (shown here) to ground . Both poles or connections of the capacitor C X to be measured with regard to its capacitance have stray capacitances C S1 , C S2 to ground. The stray capacitances can be, for example, the capacitances of connecting lines, which can have a high value in particular if the capacitor with the capacitance C X to be measured is spaced a long distance from the capacitance-frequency converter and to it is connected via coaxial lines. Another capacitor C I lies between the node KN and ground. The node KN is connected to a voltage-controlled current source R1, R2, K2, R3, T, which acts on the node with a constant current, as will be explained below.
Der Kapazitäts-Frequenz-Wandler 1 umfaßt ferner einen Kompa rator K1, dessen nicht-invertierender Eingang mit dem Knoten KN und dessen invertierender Eingang mit Masse verbunden ist. Der Ausgang dieses Komparators K1 bildet den Ausgang des Kapazitäts-Frequenz-Wandlers, welcher ein im wesentli chen rechteckförmiges Wandlerausgangssignal hat, dessen Fre quenz fout proportional zu der Kapazität des zu messenden Kondensators ist.The capacitance-to-frequency converter 1 further comprises a comparator K1, the non-inverting input of which is connected to the node KN and the inverting input of which is connected to ground. The output of this comparator K1 forms the output of the capacitance-to-frequency converter, which has an essentially rectangular converter output signal whose frequency f out is proportional to the capacitance of the capacitor to be measured.
Der Wandlerausgang A ist mit dem Eingang einer Pulserzeu gungsschaltung P verbunden, die zum Erzeugen je eines Im pulses von vorgegebener Dauer T bei Auftreten je einer fal lenden oder steigenden Flanke des im wesentlichen rechteck förmigen Wandlerausgangssignales dient.The converter output A is connected to the input of a pulse generator supply circuit P connected to generate one Im each pulses of predetermined duration T when one fal occurs loin or rising edge of the essentially rectangular shaped converter output signal is used.
Bei der Pulserzeugungsschaltung P, die an sich im Stand der Technik bekannt ist, kann es sich entweder um eine analog aufgebaute oder digital aufgebaute Schaltung handeln. Bei vielen Anwendungsfällen des Kapazitäts-Frequenz-Wandlers wird es möglich sein, sich eines Taktsignales zu bedienen, dessen Taktfrequenz zur Ansteuerung einer digital aufgebau ten Pulserzeugungsschaltung verwendet werden kann.In the pulse generation circuit P, which is in the state of the Known technology, it can either be an analog built or digital circuit. At many applications of the capacity-frequency converter it will be possible to use a clock signal whose clock frequency to control a digital structure th pulse generation circuit can be used.
Der Ausgang der Pulserzeugungsschaltung dient dazu, den er sten Umschalter S1 sowie den zweiten Umschalter S2 in den ersten bzw. zweiten Schaltzustand zu bringen.The output of the pulse generation circuit is used by the Most changeover switch S1 and the second changeover switch S2 in the bring first or second switching state.
Die spannungsgesteuerte Stromquelle, die mit dem Knoten KN verbunden ist, umfaßt einen n-Kanal-Feldeffekttransistor T, dessen Sourceelektrode mit dem Knoten KN verbunden ist und dessen Drainelektrode über einen dritten Widerstand R3 mit der Betriebsspannung UB verbunden ist. Die Drainelektrode des Feldeffekttransistors T ist mit dem invertierenden Ein gang eines Operationsverstärkers K2 verbunden, dessen nicht- invertierender Eingang mit dem gemeinsamen Knoten eines durch zwei Widerstände R1, R2 gebildeten Spannungsteilers verbunden ist. Der Spannungsteiler ist einerseits gegen Mas se und andererseits gegen die Betriebsspannung UB geschal tet.The voltage-controlled current source, which is connected to the node KN, comprises an n-channel field effect transistor T, the source electrode of which is connected to the node KN and the drain electrode of which is connected to the operating voltage U B via a third resistor R3. The drain electrode of the field effect transistor T is connected to the inverting input of an operational amplifier K2, the non-inverting input of which is connected to the common node of a voltage divider formed by two resistors R1, R2. The voltage divider is switched on the one hand against Mas se and on the other hand against the operating voltage U B.
Der von der spannungsgesteuerten Stromquelle R1, R2, R3, T, K2 abgegebene Strom Is kann folgendermaßen in Abhängigkeit von der Betriebsspannung UB und von den Widerstandswerten des ersten bis dritten Widerstandes R1, R2, R3 ausgedrückt werden:The current I s emitted by the voltage-controlled current source R1, R2, R3, T, K2 can be expressed as a function of the operating voltage U B and the resistance values of the first to third resistors R1, R2, R3:
Nachfolgend wird die Betriebsweise der oben beschriebenen Schaltung näher erläutert. Es sei angenommen, daß das Poten tial an dem weiteren Kondensator CI ansteigt und soeben das Bezugspotential des Komparators K1 in Richtung auf die Betriebsspannung UB ansteigend durchläuft. Der Komparator K1 schaltet, woraufhin die Pulserzeugungsschaltung P während einer vorgegebenen Zeitdauer T die beiden Umschalter S1, S2 in den zweiten Schaltzustand, welcher in Fig. 1 dargestellt ist, setzt. In diesem Schaltzustand wird der bezüglich sei ner Kapazität zu messende Kondensator CX auf die Betriebs spannung UB aufgeladen. Nach Ablauf dieser Zeit nehmen die beiden Umschalter S1, S2 den ersten Schaltzustand ein, wel cher entgegengesetzt zu dem in Fig. 1 gezeigten Schaltzu stand ist. In diesem Schaltzustand gibt der zu messende Kon densator CX seine Ladung Q an den weiteren Kondensator CI ab, so daß dessen Potential in die der Betriebsspannung ent gegengesetzten Spannungsrichtung springt, wodurch der Kompa rator K1 wieder in seine Ausgangsstellung zurückfällt, wo raufhin der weitere Kondensator CI und der bezüglich seiner Kapazität zu messende Kondensator CX über die Stromquellen einrichtung T, R1 bis R3, K2 in Richtung auf die Betriebs spannung UB hin entladen werden. Sobald das Potential am Knoten KN das Bezugspotential des Komparators K1 in Richtung auf die Betriebsspannung UB hin durchläuft, wiederholt sich der oben beschriebene Vorgang.The mode of operation of the circuit described above is explained in more detail below. It is assumed that the potential rises on the further capacitor C I and just passes through the reference potential of the comparator K1 in the direction of the operating voltage U B rising. The comparator K1 switches, whereupon the pulse generation circuit P sets the two changeover switches S1, S2 to the second switching state, which is shown in FIG. 1, for a predetermined time period T. In this switching state, the capacitor C X to be measured with respect to its capacitance is charged to the operating voltage U B. After this time, the two changeover switches S1, S2 assume the first switching state, which is opposite to the switching state shown in FIG. 1. In this switching state, the capacitor C X to be measured outputs its charge Q to the further capacitor C I , so that its potential jumps into the voltage direction opposite the operating voltage, whereby the comparator K1 falls back into its initial position, whereupon the further one Capacitor C I and the capacitor C X to be measured with regard to its capacitance are discharged via the current source device T, R1 to R3, K2 in the direction of the operating voltage U B. As soon as the potential at the node KN passes through the reference potential of the comparator K1 in the direction of the operating voltage U B , the process described above is repeated.
Die Ausgangsfrequenz der Schaltung ergibt sich aus der Schwingungsbedingung für die Schaltung, die wiederum erfor dert, daß die der Stromquelleneinrichtung T, R1, R2, R3, K2 zugeführte Ladung derjenigen Ladung gleicht, die dem Knoten punkt KN über den bezüglich seiner Kapazität zu messenden Kondensator CX zugeführt wird. Hieraus ergibt sich folgende Gleichung:The output frequency of the circuit results from the vibration condition for the circuit, which in turn requires that the charge supplied to the current source device T, R1, R2, R3, K2 is equal to the charge that the node KN has over the capacitor to be measured with regard to its capacitance C X is supplied. This results in the following equation:
Wie man erkennt, fällt bei diesem Zusammenhang die Abhän gigkeit von der Betriebsspannung UB heraus, so daß folgende Gleichung für die Ausgangsfrequenz gilt:As can be seen, the dependency on the operating voltage U B falls out in this context, so that the following equation applies to the output frequency:
Die nachfolgende Betrachtung wird zeigen, daß auch die Ein flüsse von Streukapazitäten zumindest weitgehend herausfal len.The following consideration will show that the one flows from stray capacities at least largely fall out len.
Soweit die erste Streukapazität CS1 ist, wird die se über den ersten Umschalter S1 entweder auf die Betriebs spannung UB geladen oder auf das Bezugspotential entladen. Unter den üblicherweise erfüllten Voraussetzung, daß der Durchgangswiderstand des ersten Umschalters S1 entsprechend niedrig ist, wird der bezüglich seiner Kapazität CX zu mes sende Kondensator innerhalb der Impulsbreite T, die von der Pulserzeugungsschaltung P festgelegt wird, trotz der ersten Streukapazität CS1 auf die Betriebsspannung UB aufgeladen. Damit hat die erste Streukapazität keinen Einfluß auf die Messung des bezüglich seiner Kapazität zu messenden Konden sators CX.As far as the first stray capacitance is C S1 , it is either charged to the operating voltage U B or discharged to the reference potential via the first changeover switch S1. Under the usually fulfilled condition that the volume resistance of the first switch S1 is correspondingly low, the capacitor C X to be measured with respect to its capacitance is within the pulse width T, which is determined by the pulse generating circuit P, despite the first stray capacitance C S1 to the operating voltage U B charged. The first stray capacitance thus has no influence on the measurement of the capacitor C X to be measured with regard to its capacitance.
Soweit die zweite Streukapazität CS2 betroffen ist, so wird diese mit dem weiteren Kondensator CI von dem bezüglich sei ner Kapazität CX zu messenden Kondensator einerseits geladen und andererseits über den wirksamen Widerstand R* der Strom quelleneinrichtung entladen. Solange sichergestellt ist, daß der Komparator K1 schaltet, sobald die Spannung an dem Knoten KN das Bezugspotential durchläuft, ist die zweite Streukapazität CS2 zum Schaltzeitpunkt vollständig entladen, so daß sie gleichfalls keinen Einfluß mehr auf die Bestim mung des Kapazitätswertes des zu messenden Kondensators CX hat.As far as the second stray capacitance C S2 is concerned, it is charged with the further capacitor C I from the capacitor to be measured with respect to its capacitance C X on the one hand and on the other hand discharged via the effective resistance R * of the current source device. As long as it is ensured that the comparator K1 switches as soon as the voltage at the node KN passes through the reference potential, the second stray capacitance C S2 is completely discharged at the switching time, so that it likewise no longer has any influence on the determination of the capacitance value of the capacitor C to be measured X has.
Aus diesem Grunde kann bei dem Kapazitäts-Frequenz-Wandler 1 der bezüglich seines Kapazitätswertes zu messende Kondensa tor CX weit vom Meßort entfernt angeordnet sein. Insbeson dere ist es möglich, den Anschluß dieses Kondensators über Koaxialkabel vorzunehmen, deren Abschirmung auf Bezugspoten tial liegt und deren Innenleiter den bezüglich seiner Kapa zität zu messenden Kondensator CX und den zweiten Umschalter S2 verbindet. For this reason, in the capacitance-frequency converter 1, the capacitor C X to be measured with respect to its capacitance value can be arranged far from the measurement location. In particular, it is possible to make the connection of this capacitor via coaxial cable, the shielding of which lies on reference potential and whose inner conductor connects the capacitor C X to be measured with regard to its capacitance and the second changeover switch S2.
Fig. 2 zeigt eine vereinfachte Ausführungsform der in Fig. 1 gezeigten Schaltung, derer man sich bedienen kann, wenn man lediglich die Kapazitätswerte von kleinen Kondensatoren CX bestimmen will. In diesem Fall wird die Stromquelleneinrich tung gemäß Fig. 1 durch einen Widerstand R* ersetzt. Voraus setzung hierfür ist, daß die Kapazität des weiteren Konden sators CI sehr viel größer ist als diejenige des zu messen den Kondensators CX. FIG. 2 shows a simplified embodiment of the circuit shown in FIG. 1, which can be used if one only wants to determine the capacitance values of small capacitors C X. In this case, the current source device according to FIG. 1 is replaced by a resistor R *. Prerequisite for this is that the capacitance of the further capacitor C I is very much larger than that of the capacitor C X to be measured.
Falls die letztgenannte Bedingung erfüllt ist, ist die ma ximale Spannung UCI max nach Parallelschaltung des zu messenden Kondensators CX und des weiteren Kondensators CI sehr viel kleiner als die Betriebsspannung UB. Die an dem weiteren Kondensator CI maximal auftretende Spannung läßt sich daher folgendermaßen ausdrücken:If the latter condition is met, the maximum voltage U CI max after connecting the capacitor C X to be measured and the further capacitor C I in parallel is very much lower than the operating voltage U B. The maximum voltage occurring at the further capacitor C I can therefore be expressed as follows:
Die mittlere Entladespannung UCI mittel an dem weiteren Kon densator CI kann folgendermaßen ausgedrückt werden:The average discharge voltage U CI medium at the further capacitor C I can be expressed as follows:
Der über eine Periode gemittelte Strom IR mittel durch den Widerstand R* kann folgendermaßen ausgedrückt werden:The current I R averaged over a period through the resistor R * can be expressed as follows:
Aus der siebten Gleichung ist es ersichtlich, daß für Kapa zitätswerte des weiteren Kondensators CI, die viel größer als der Kapazitätswert des zu messenden Kondensators sind, folgende Gleichung gilt:From the seventh equation it can be seen that the following equation applies to capacitance values of the further capacitor C I , which are much larger than the capacitance value of the capacitor to be measured:
Obwohl die obige Gleichung für besonders hohe Werte der Ka pazität des weiteren Kondensators CI besonders gut erfüllt wird, ist es dennoch nicht möglich, beliebig hohe Kapazi tätswerte des weiteren Kondensators CI zu wählen. Die Dimen sionierung des weiteren Kondensators CI muß unter Berück sichtigung der Eigenschaften des Komparators K1 erfolgen, der als reale Schaltung für abnehmende Eingangsspannungs änderungen zunehmende Schaltzeiten für das Umschalten des Ausgangssignales zeigt.Although the above equation is met particularly well for particularly high values of the capacitance of the further capacitor C I , it is nevertheless not possible to select capacitance values of the further capacitor C I of any desired magnitude. The dimen sioning of the further capacitor C I must take into account the properties of the comparator K1, which shows as a real circuit for decreasing input voltage changes increasing switching times for switching the output signal.
Unter Berücksichtigung dieser Eigenschaften des Komparators K1 wird man jedoch bemüht sein, den Kapazitätswert des weiteren Kondensators CI so groß als möglich zu wählen, um auch eventuelle parasitäre Ströme, die zum Bezugspotential hin abfließen, zu verringern. In erster Näherung können diese folgendermaßen ausgedrückt werden:Taking these properties of the comparator K1 into account, however, efforts will be made to choose the capacitance value of the further capacitor C I as large as possible, in order to also reduce any parasitic currents which flow off to the reference potential. In a first approximation, these can be expressed as follows:
Hieraus ergibt sich, daß die Einflüsse parasitärer Wider stände mit ansteigendem Kapazitätswert des weiteren Konden sators CI abnehmen.It follows from this that the influences of parasitic resistances decrease as the capacitance value of the further capacitor C I increases .
Bei geeignet hoher Wahl des Kapazitätswertes des weiteren Kondensators CI ermöglicht somit der erfidnungsgemäße Kapa zitäts-Frequenz-Wandler 1 die Messung von Kapazitäten CX mit schlechter Güte, wie diese z. B. bei kapazitiven Feuchtesen soren der Fall ist.With a suitably high choice of the capacitance value of the further capacitor C I , the capacitance-to-frequency converter 1 according to the invention thus enables the capacitance C X to be measured with poor quality, such as this. B. sensors with capacitive moisture sensors is the case.
Das Ersatzschaltbild eines Kondensators schlechter Güte ent spricht einem idealen Kondensator mit parallel geschaltetem Widerstand. Dieser Widerstand Rparasitär ist zum Bezugspoten tial hin wirksam, solange während der Entladephase der er findungsgemäßen Kapazitäts-Frequenz-Wandlerschaltung der bezüglich seiner Kapazität zu messende Kondensator CX pa rallel zu dem weiteren Kondensator CI geschaltet ist.The equivalent circuit diagram of a capacitor of poor quality corresponds to an ideal capacitor with a parallel resistor. This resistance R parasitic is effective towards the reference potential as long as the capacitor C X pa to be measured with regard to its capacitance is connected in parallel to the further capacitor C I during the discharge phase of the inventive capacitance-frequency converter circuit.
Die Schaltung gemäß Fig. 2 ist verglichen mit der Schaltung nach Fig. 1 dahingehend vorteilhafter, daß sie einfacher, billiger und temperaturstabiler ist, bezüglich der Alterung stabiler ist und breitbandiger arbeitet.The circuit according to FIG. 2 is more advantageous compared to the circuit according to FIG. 1 in that it is simpler, cheaper and more temperature-stable, is more stable with regard to aging and works in a broadband manner.
Die in Fig. 2 gezeigte Schaltung ist andererseits gegenüber der in Fig. 1 gezeigten Schaltung dahingehend nachteilig, daß die Ausgangsfrequenz eine geringe Abhängigkeit von der Betriebsspannung UB aufweist, da der Kapazitätswert des wei teren Kondensators CI nicht unendlich groß gewählt werden kann. Bei Verwendung eines einfachen Spannungsreglers für die Betriebsspannungs UB kann jedoch die Ausgangsfrequenz als allein von dem zu messenden Kapazitätswert CX abhängig ange sehen werden.The circuit shown in FIG. 2, on the other hand, is disadvantageous compared to the circuit shown in FIG. 1 in that the output frequency has a slight dependence on the operating voltage U B , since the capacitance value of the further capacitor C I cannot be chosen to be infinitely large. When using a simple voltage regulator for the operating voltage U B , however, the output frequency can be seen as being dependent solely on the capacitance value C X to be measured.
Ferner hat die Schaltung gemäß Fig. 2 eine gewisse Nicht-Li nearität der Ausgangsfrequenz in Abhängigkeit vom Kapazi tätswert des zu messenden Kondensators CX sowie dem Kapa zitätswert des weiteren Kondensators CI, wie dies bereits beschrieben wurde. Falls das durch die Schaltung erzielte Ausmaß an Linearität unzureichend ist, kann die Schaltung durch eine Eichung gemäß der obigen Berechnung von Lineari tätsfehlern befreit werden.Furthermore, the circuit according to FIG. 2 has a certain non-linearity of the output frequency as a function of the capacitance value of the capacitor C X to be measured and the capacitance value of the further capacitor C I , as has already been described. If the degree of linearity achieved by the circuit is insufficient, the circuit can be freed from linearity errors by calibration according to the above calculation.
Die in Fig. 3 gezeigte Schaltung stimmt mit Ausnahme der nachfolgend erläuterten Abweichungen mit der Schaltung gemäß Fig. 2 überein. Jedoch dient diese zur Messung der Kapazität von einer Mehrzahl N von zu messenden Kondensatoren CX1, CX2, . . ., CS2. Eine entsprechende Mehrzahl N von ersten Schaltern S1₁, . . ., S1N ist je einem der zu messenden Kondensatoren CX1, . . ., CXN zugeordnet. Zwischen dem zweiten Umschalter und dem anderen Pol eines jeden der zu messenden Kondensatoren CX1, . . ., CXN liegt jeweils ein Schalter aus einer entsprechenden Mehrzahl N von dritten Schaltern S3₁, . . ., S3N.The circuit shown in FIG. 3 corresponds to the circuit according to FIG. 2 with the exception of the deviations explained below. However, this is used to measure the capacitance of a plurality N of capacitors C X1 , C X2,. . ., C S2 . A corresponding plurality N of first switches S1₁,. . ., S1 N is one of the capacitors C X1,. . ., C XN assigned. Between the second switch and the other pole of each of the capacitors C X1,. . ., C XN is a switch from a corresponding plurality N of third switches S3₁,. . ., S3 N.
Eine Schaltersteuerung SS1, SS2, welche von einem Schaltein gang SE zur Auswahl des zu messenden Kondensators CX1, . . ., CXN angesteuert wird, aktiviert einen der ersten Umschalter S1₁, . . ., S1N in Abhängigkeit vom Ausgangssignal der Pulser zeugungsschaltung P und schaltet die übrigen ersten Umschal ter in ihren ersten Schaltzustand. Ferner schließt die Schaltersteuerung den entsprechenden dritten Schalter S3₁, . . ., S3N und öffnet alle übrigen der dritten Schalter S3₁, . . ., S3N.A switch control SS1, SS2, which from a switching input SE to select the capacitor to be measured C X1,. . ., C XN is activated, activates one of the first changeover switches S1 1,. . ., S1 N as a function of the output signal of the pulser generating circuit P and switches the remaining first switch ter in their first switching state. Furthermore, the switch control closes the corresponding third switch S3₁,. . ., S3 N and opens all other of the third switch S3₁,. . ., S3 N.
Soweit nur Kapazitäten CX1 . . ., CXN mit hoher Güte gemessen werden, können die dritten Schalter S3₁, . . ., S3N entfallen, da die nicht interessierenden Kapazitäten bezüglich der zu messenden Kapazität lediglich als Streukapazitäten wirken, die nicht in die Ausgangsspannung eingehen.So far only capacities C X1 . . ., C XN can be measured with high quality, the third switch S3₁,. . ., S3 N are omitted since the capacities of no interest with regard to the capacitance to be measured only act as stray capacitances which are not included in the output voltage.
Soweit nicht nur Kondensatoren mit hoher Güte, sondern auch solche mit schlechter Güte gemessen werden sollen, ist es vorteilhaft, von den dritten Schaltern S3₁, . . ., S3N Ge brauch zu machen, da sie das Fließen parasitärer Ströme über die nicht zu messenden Kapazitäten CX1, . . ., CXN verhindern.As far as not only capacitors with high quality, but also those with poor quality are to be measured, it is advantageous to use the third switches S3 1,. . ., S3 N Ge to make use, since they prevent the flow of parasitic currents over the capacitances C X1,. . ., Prevent C XN .
Fig. 4 zeigt eine Abwandlung des in Fig. 2 gezeigten Kapa zitäts-Frequenz-Wandlers, wobei die Ausgestaltung nach Fig. 4 zur gleichspannungs-freien Messung geeignet ist. Diejeni gen Schaltungsteile, die mit gleichen Bezugszeichen bezeich net sind, stimmen mit der Schaltung gemäß Fig. 2 überein, so daß auf deren erneute Erläuterung verzichtet werden kann. Fig. 4 shows a modification of the capacitance-frequency converter shown in Fig. 2, the embodiment of Fig. 4 is suitable for DC-free measurement. Diejeni gene circuit parts, which are designated by the same reference numerals, agree with the circuit shown in FIG. 2, so that it is not necessary to explain them again.
Wie in Fig. 4 gezeigt ist, ist der erste Umschalter S1 in seinem in der Fig. 4 gezeigten zweiten Schaltzustand nicht direkt mit der Betriebsspannung verbunden, wie dies bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 der Fall ist, sondern mit einer Schalteinheit SB gekoppelt. Gleichfalls ist der von dem wei teren Kondensator CI abgewandte Anschluß des Widerstandes R*, der die Stromquelleneinrichtung bildet, ebenfalls nicht mit der Betriebsspannung UB verbunden, sondern ebenfalls an die Schalteinheit SB angeschlossen. Wie gezeigt ist, verbindet die Schalteinheit SB somit einen Kontakt des ersten Um schalters S₁ sowie den dem weiteren Kondensator CI abge wandten Anschluß des Widerstandes R* in ihrem ersten Schalt zustand mit einem zweiten Potential, das die Betriebsspan nung sein kann, und in ihrem zweiten Schaltzustand mit einem zu dem zweiten Potential inversen Potential, das die inverse Betriebsspannung sein kann. Die inverse Betriebsspannung kann aus der Betriebsspannung durch Verwendung eines Inver ters gewonnen werden. Der Ausgang des Kapazitäts-Frequenz- Wandlers wird im Gegensatz zu der Ausführungsform gemäß Fig. 2 nicht durch den Komparatorausgang gebildet, sondern durch einen weiteren Steuerausgang der Pulserzeugungsschaltung P, deren Funktion später unter Bezugnahme auf Fig. 5 näher er läutert wird. Die Funktionsweise der in Fig. 4 gezeigten Schaltung sowie die Funktionsweise der Pulserzeugungsschal tung P gemäß Fig. 4 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 5a bis 5e näher erläutert. Zum Zeitpunkt t₁ wech selt das Ausgangsignal des Komparators K1 sein Potential, wie dies in Fig. 5b gezeigt ist. Dies löst folgende Vorgänge aus:As shown in FIG. 4, the first switch S1 in its second switching state shown in FIG. 4 is not directly connected to the operating voltage, as is the case in the embodiment according to FIG. 2, but is coupled to a switching unit S B . Likewise, the connection of the resistor R * which forms the current source device, which is turned away from the further capacitor C I , is likewise not connected to the operating voltage U B , but is also connected to the switching unit S B. As shown, the switching unit S B thus connects a contact of the first switch S₁ and the further capacitor C I abge facing connection of the resistor R * in its first switching state with a second potential, which can be the operating voltage, and in their second switching state with a potential inverse to the second potential, which can be the inverse operating voltage. The inverse operating voltage can be obtained from the operating voltage by using an inverter. In contrast to the embodiment according to FIG. 2, the output of the capacitance-frequency converter is not formed by the comparator output, but by a further control output of the pulse generating circuit P, the function of which will be explained in more detail later with reference to FIG. 5. The mode of operation of the circuit shown in FIG. 4 and the mode of operation of the pulse generation circuit P according to FIG. 4 will be explained in more detail below with reference to FIGS. 5a to 5e. At the time t 1, the output signal of the comparator K1 changes its potential, as shown in FIG. 5b. This triggers the following actions:
- - Die Einflußnahme des Komparatorausgangssignales auf die Impulserzeugungsschaltung P wird für die Zeitspanne t₂₁-t gesperrt. Es beginnt die Integrationszeitdauer Delta t₁. Die Schalteinheit SB schaltet die dem ersten Schalter sowie dem Widerstand R* zugeführte Betriebsspannung auf +UB um.- The influence of the comparator output signal on the pulse generating circuit P is blocked for the period t₂₁-t. The integration period Delta t 1 begins. The switching unit S B switches the operating voltage supplied to the first switch and the resistor R * to + U B.
- - Der erste und zweite Umschalter S1, S2 werden in ihre in Fig. 4 gezeigte Stellung umgeschaltet, welche dem zweiten Schaltzustand dieser Umschalter entspricht. Hierdurch wird ein Laden des Kondensators CX an der Betriebsspannung UB bewirkt.The first and second changeover switches S1, S2 are switched to their position shown in FIG. 4, which corresponds to the second switching state of these changeover switches. As a result, the capacitor C X is charged at the operating voltage U B.
Innerhalb der Zeitspanne Delta t₁ wird der Kondensator CX in der in Fig. 4 gezeigten Schalterstellung auf +UB geladen. Ebenfalls wird der weitere Kondensator CI über den Widerstand R* geladen, wie dies in Fig. 5a gezeigt ist.Within the period of time delta t 1, the capacitor C X is charged to + U B in the switch position shown in FIG. 4. The further capacitor C I is also charged via the resistor R *, as shown in FIG. 5a.
Wenn die innerhalb der Pulserzeugungsschaltung P festgelegte Zeitdauer Delta t₁ abgelaufen ist, werden die Umschalter S1, S2 in ihren ersten Schaltzustand umgeschaltet, wodurch die Kapazität CX zu dem weiteren Kondensator CI parallel geschaltet wird. Dadurch springt die Spannung an dem weiteren Kondensator CI in das Negative, wie dies in Fig. 5a gezeigt ist.When the time period delta t 1 defined within the pulse generation circuit P has elapsed, the changeover switches S1, S2 are switched to their first switching state, as a result of which the capacitance C X is connected in parallel to the further capacitor C I. As a result, the voltage across the further capacitor C I jumps into the negative, as is shown in FIG. 5a.
Innerhalb der Zeitdauer Delta t₂ werden die Kapazitäten CI und CX bis zu dem Bezugspotential Masse über den Widerstand R* geladen.Within the period of time delta t₂, the capacitances C I and C X are loaded up to the reference potential ground via the resistor R *.
Innerhalb der in der Pulserzeugungsschaltung P festgelegten Zeitspanne t₂₁-t₁ hat das Komparatorausgangssignal keinen Einfluß auf die Abläufe innerhalb der Schaltung. Die Zeitspanne ist so bemessen, daß nach dem Zeitpunkt t₂ der Komparatorausgang (siehe Fig. 5b) genügend Zeit hat, um sicher auf dem niedrigen Potential zu sein.Within the period t₂₁-t₁ defined in the pulse generation circuit P, the comparator output signal has no influence on the processes within the circuit. The period of time is such that after the time t₂ the comparator output (see Fig. 5b) has enough time to be safely at the low potential.
Nach dem Zeitpunkt t₂₁ wird die Komparatorausgangsspannung zur Steuerung der Pulserzeugungsschaltung P wieder freige geben.After the time t₂₁ the comparator output voltage to control the pulse generation circuit P again give.
Zum Zeitpunkt t₃ schaltet der Komparatorausgang. Hierdurch werden folgende Vorgänge ausgelöst:At time t₃ the comparator output switches. Hereby the following processes are triggered:
- - Die Einflußnahme des Komparatorausgangssignales wird wäh rend der Zeitspanne (t₄₁-t₃) gesperrt. (Siehe Schraffur in Fig. 5c).- The influence of the comparator output signal is blocked during the period (t₄₁-t₃). (See hatching in Fig. 5c).
- - Die Schalteinheit SB schaltet in ihrem zweiten Schaltzu stand um, d. h. sie schaltet auf die negative Betriebsspan nung UB.- The switching unit S B switches in its second switching state, ie it switches to the negative operating voltage U B.
- - Die Umschalter S1, S2 werden in ihren anderen Schaltzu stand geschaltet, um den Kondensator CX auf den Wert -UB zu laden. Der Spannungsverlauf zum Ansteuern der Um schalter S1, S2 ist in Fig. 5d dargestellt.- The changeover switches S1, S2 are switched to their other switching state in order to charge the capacitor C X to the value -U B. The voltage curve for driving the order switches S1, S2 is shown in Fig. 5d.
Hierbei beginnt die Zeitspanne Delta t₃.Here begins the period delta t₃.
Während der Zeitspanne Delta t₃ wird der Kondensator CX an -UB geladen. Während dieser Zeitspanne wird der weitere Kondensator CI über den Widerstand R* in Richtung auf die negative Betriebsspannung -UB entladen.During the period delta t₃, the capacitor C X is charged to -U B. During this period, the further capacitor C I is discharged via the resistor R * in the direction of the negative operating voltage -U B.
Die Zeitdauer Delta t₃ gleicht der Zeitdauer Delta t₁, damit die an dem Kondensator CX anliegende Meßspannung im zeitlichen Mittel zu Null wird, falls die Bedingung erfüllt ist, daß die an die Schalteinheit anliegende positive bzw. invertierte Betriebsspannung UB den gleichen Absolutwert haben.The period of time delta t₃ is equal to the period of time delta t₁, so that the measuring voltage applied to the capacitor C X becomes zero on average over time if the condition is fulfilled that the positive or inverted operating voltage U B applied to the switching unit have the same absolute value.
Zum Zeitpunkt t₄ wird die Kapazität CX über die beiden Um schalter S1, S2 parallel zu der weiteren Kapazität CI ge schaltet. Dadurch springt die Spannung an dem weiteren Kondensator CI in das Positive.At the time t₄, the capacitance C X is switched in parallel with the further capacitance C I via the two switches S1, S2. As a result, the voltage across the further capacitor C I jumps into the positive.
Während der Zeitdauer Delta t₄ werden die beiden Kapazitäten CI und CX über dem Widerstand R* an die negative Betriebs spannung -UB entladen.During the period delta t₄, the two capacitances C I and C X are discharged via the resistor R * to the negative operating voltage -U B.
Zum Zeitpunkt t₄₁ wird die Komparatorausgangsspannung zur Steuerung der Pulserzeugungsschaltung P nach Ablauf der Zeitspanne (t₄₁-t₃) wieder freigegeben. At time t₄₁, the comparator output voltage Control of the pulse generation circuit P after the Time (t₄₁-t₃) released again.
Der Zeitpunkt t₅ entspricht dem Zeitpunkt t₁. Hier durch läuft das Potential an dem weiteren Kondensator CI das Bezugspotential, so daß der Komparator K1 erneut schaltet und die zu dem Zeitpunkt t₁ beschriebenen Vorgänge auslöst.The time t₅ corresponds to the time t₁. Here, the potential at the further capacitor C I runs through the reference potential, so that the comparator K1 switches again and triggers the processes described at the time t 1.
Nachfolgend wird die Ausgangsfrequenz (siehe Fig. 5e) der beschriebenen Schaltung abgeleitet.The output frequency (see FIG. 5e) of the circuit described is derived below.
Es wird davon ausgegangen, daß die zu messende Kapazität CX viel kleiner als die Kapazität des weiteren Kondensators CI ist, womit in Näherung davon ausgegangen werden kann, daß der weitere Kondensator CI über R* mit einem konstanten Strom entladen und geladen wird.It is assumed that the capacitance C X to be measured is much smaller than the capacitance of the further capacitor C I , with which it can be assumed that the further capacitor C I is discharged and charged with a constant current via R *.
Für die Zeitdauer t₁ + Delta t₂=T₁ gilt somit fol gender Zusammenhang:For the period t₁ + delta t₂ = T₁, fol gender context:
Es gilt:The following applies:
Hieraus folgt:From this it follows:
Für die Zeitdauer Delta t₃ + Delta t₄ = T₂ gilt:For the period delta t₃ + delta t₄ = T₂:
MitWith
folgt:follows:
T₂ = CX · R* (14)T₂ = C X · R * (14)
damit errechnet sich die Ausgangsfrequenz zuthis calculates the output frequency
Fig. 6 zeigt eine der Fig. 3 entsprechende Kapazitäts-Fre quenz-Wandlerschaltung mit einer Vielzahl von zu messenden Kondensatoren. Wie ersichtlich ist, kann auch bei dieser Schaltung eine gleichspannungs-freie Messung nach dem in Fig. 4 gezeigten Prinzip herbeigeführt werden, indem jeweils ein Pol der ersten Umschalter S1₁, . . ., S1N mit der Schalt einheit SB verbunden ist, an die auch der die Stromquellen einrichtung bildende Widerstand R* angeschlossen ist, wobei auch hier die Schaltungseinheit sowohl mit der positiven als auch mit der negativen Betriebsspannung UB, -UB beaufschlagt ist und von der Pulserzeugungsschaltung alternierend umge schaltet wird. Fig. 6 shows one of Fig. 3 corresponding capacitance-Fre frequency converter circuit with a plurality of capacitors to be measured. As can be seen, a DC-free measurement can also be brought about in this circuit according to the principle shown in FIG. 4, by in each case one pole of the first changeover switch S1 1,. . ., S1 N is connected to the switching unit S B , to which the resistor R * forming the current source device is connected, the circuit unit here also being acted upon with both the positive and the negative operating voltage U B , -U B and is alternately switched by the pulse generation circuit.
Claims (5)
- - einem ersten Umschalter (S1), mit dem ein Pol des Kondensators (CX) in einem ersten Schaltzustand gegen ein erstes Potential schaltbar ist,
- - einem zweiten Umschalter (S2), mit dem der andere Pol des Kondensators (CX) entweder in einem ersten Schaltzustand mit einem Knoten (KN) verbindbar oder in einem zweiten Schaltzustand gegen ein drittes Potential schaltbar ist,
- - einem weiteren Kondensator (CI), der einerseits mit dem Knoten (KN) und andererseits mit einem vierten Potential verbunden ist,
- - einer mit dem Knoten (KN) verbundenen Stromquellen einrichtung (R*, R1, R2, R3, K2, T),
- - einem Komparator (K1), dessen erster Eingang mit dem Knoten (KN) und dessen zweiter Eingang mit einem fünften Potential verbunden sind, und
- - einer an den Ausgang des Komparators (K1) ange schlossenen Pulserzeugungsschaltung (P) zum Erzeugen je eines Pulses von vorgegebener Dauer (T) bei Auf treten einer Flanke des Komparatorausgangssignals, deren Ausgang mit den den Schaltzustand steuernden Eingängen des ersten und zweiten Umschalters (S1, S2) verbunden ist, nach Patent Nr. 40 39 006,
- a first changeover switch (S1) with which a pole of the capacitor (C X ) can be switched against a first potential in a first switching state,
- a second changeover switch (S2) with which the other pole of the capacitor (C X ) can either be connected to a node (KN) in a first switching state or can be switched to a third potential in a second switching state,
- a further capacitor (C I ) which is connected on the one hand to the node (KN) and on the other hand to a fourth potential,
- - a current source device connected to the node (KN) (R *, R1, R2, R3, K2, T),
- - a comparator (K1), the first input of which is connected to the node (KN) and the second input of which is connected to a fifth potential, and
- - A connected to the output of the comparator (K1) pulse generation circuit (P) for generating a pulse of a predetermined duration (T) when an edge of the comparator output signal occurs, the output of which controls the switching state of the inputs of the first and second switches (S1 , S2) is connected, according to Patent No. 40 39 006,
- - daß der Ausgang der Pulserzeugungsschaltung (P) das Wandlerausgangssignal liefert,
- - daß eine Schalteinheit (SB) vorgesehen ist, die mit dem ersten Umschalter (S1) verbunden ist und in dem zweiten Schaltzustand des ersten Umschalters (S1) den ihr zugewandten Pol des Kondensators (CX) in ihrem ersten Schaltzustand mit einem zweiten Potential und in ihrem zweiten Schaltzustand mit einem zu dem zweiten Potential inversen Potential beaufschlagt, und
- - daß die Schalteinheit (SB) den von der Stromquellen einrichtung (R*; R1, R2, R3, K2, T) erzeugten Strom dem Knoten (KN) in ihrem ersten Schaltzustand in po sitiver Richtung und in ihrem zweiten Schaltzustand in negativer Richtung zuführt.
- that the output of the pulse generation circuit (P) delivers the converter output signal,
- - That a switching unit (S B ) is provided which is connected to the first switch (S1) and in the second switching state of the first switch (S1) the pole of the capacitor (C X ) facing it in its first switching state with a second potential and applied in its second switching state with a potential inverse to the second potential, and
- - That the switching unit (S B ) from the current source device (R *; R1, R2, R3, K2, T) current generated the node (KN) in its first switching state in positive direction and in its second switching state in the negative direction feeds.
daß eine Mehrzahl (N) von bezüglich ihrer Kapazität zu messenden Kondensatoren (CX1, . . ., CXN) vorgesehen sind,
daß eine entsprechende Mehrzahl (N) von ersten Umschal tern (S1₁, . . ., S1N) mit den Kondensatoren (CX1, . . ., CXN) verbunden sind,
daß eine entsprechende Mehrzahl (N) von dritten Schal tern (S3₁, . . ., S3N) zwischen den Kondensatoren (CX1, . . ., CXN) und dem zweiten Umschalter (S2) geschaltet sind,
daß eine Schaltersteuerung (SS1, SS2) einen der ersten Umschalter (S1₁, . . ., S1N) in Abhängigkeit von dem Aus gangssignal der Pulserzeugungsschaltung (P) aktiviert und die übrigen der ersten Umschalter in den ersten Schaltzustand schaltet und den entsprechenden dritten Schalter (S3₁, . . ., S3N) schließt sowie die übrigen dritten Schalter öffnet, und
daß die Schalteinheit ausgangsseitig mit je einem der Kontakte eines jeden ersten Umschalters (S1₁, . . ., S1N) verbunden ist.4. capacitance-frequency converter according to one of claims 1 to 3, characterized in
that a plurality (N) of capacitors to be measured with regard to their capacitance (C X1 , ... , C XN ) are provided,
that a corresponding plurality (N) of first Umschal tern (S1₁,.., S1 N ) are connected to the capacitors (C X1 ,..., C XN ),
that a corresponding plurality (N) of third scarf stars (S3₁,..., S3 N ) are connected between the capacitors (C X1 ,..., C XN ) and the second changeover switch (S2),
that a switch control (SS1, SS2) activates one of the first changeover switches (S1₁,..., S1 N ) as a function of the output signal of the pulse generating circuit (P) and switches the rest of the first changeover switch to the first switching state and the corresponding third switch (S3₁,..., S3 N ) closes and the other third switches open, and
that the switching unit is connected on the output side to one of the contacts of each first change-over switch (S1 1,..., S1 N ).
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---|---|
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Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE29613141U1 (en) * | 1996-07-29 | 1996-09-19 | Gattringer, Michael, 85640 Putzbrunn | Level sensor |
DE19744152A1 (en) * | 1997-10-07 | 1999-04-29 | Ifm Electronic Gmbh | Circuit arrangement for detecting the capacitance or a change in capacitance of a capacitive circuit or component |
WO1999042848A2 (en) * | 1998-02-19 | 1999-08-26 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Capacitance detection system and method |
US6194888B1 (en) | 1998-02-05 | 2001-02-27 | Sumitomo Metal Industries Limited | Impedance-to-voltage converter and converting method |
WO2002075331A1 (en) * | 2001-03-16 | 2002-09-26 | Nils Aage Juul Eilersen | Capacitance measuring circuit |
US6828806B1 (en) | 1999-07-22 | 2004-12-07 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Electrostatic capacitance sensor, electrostatic capacitance sensor component, object mounting body and object mounting apparatus |
US6906548B1 (en) | 2000-11-02 | 2005-06-14 | Tokyo Electron Limited | Capacitance measurement method of micro structures of integrated circuits |
-
1991
- 1991-10-31 DE DE19914135991 patent/DE4135991C1/en not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
DE-B.: TIETZE, SCHENK: "Halbleiter-Schaltungs- technik", Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 1989, 9. Aufl. S.925 * |
US-Firmenkatalog der Linear Technology Corp.: "Linear Databook, 1990, S.11-23 * |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE29613141U1 (en) * | 1996-07-29 | 1996-09-19 | Gattringer, Michael, 85640 Putzbrunn | Level sensor |
DE19744152A1 (en) * | 1997-10-07 | 1999-04-29 | Ifm Electronic Gmbh | Circuit arrangement for detecting the capacitance or a change in capacitance of a capacitive circuit or component |
US6194888B1 (en) | 1998-02-05 | 2001-02-27 | Sumitomo Metal Industries Limited | Impedance-to-voltage converter and converting method |
WO1999042848A2 (en) * | 1998-02-19 | 1999-08-26 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Capacitance detection system and method |
WO1999042848A3 (en) * | 1998-02-19 | 1999-11-25 | Sumitomo Metal Ind | Capacitance detection system and method |
US6326795B1 (en) | 1998-02-19 | 2001-12-04 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Capacitance detection system and method |
US6828806B1 (en) | 1999-07-22 | 2004-12-07 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Electrostatic capacitance sensor, electrostatic capacitance sensor component, object mounting body and object mounting apparatus |
US7161360B2 (en) | 1999-07-22 | 2007-01-09 | Tokyo Electron Ltd. | Electrostatic capacitance sensor, electrostatic capacitance sensor component, object mounting body and object mounting apparatus |
US6906548B1 (en) | 2000-11-02 | 2005-06-14 | Tokyo Electron Limited | Capacitance measurement method of micro structures of integrated circuits |
US7176706B2 (en) | 2000-11-02 | 2007-02-13 | Tokyo Electron Limited | Capacitance measurement method of micro structures of integrated circuits |
WO2002075331A1 (en) * | 2001-03-16 | 2002-09-26 | Nils Aage Juul Eilersen | Capacitance measuring circuit |
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