JP2002277495A - 容量を測定するための方法 - Google Patents
容量を測定するための方法Info
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
- G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
- G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
- G01R27/2605—Measuring capacitance
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 容量を測定するための装置および方法を提供
する。 【解決手段】 最終電圧が判定されるまで既知の値の電
荷パケットを未知の値のキャパシタへ運び、既知の全電
荷量および測定された電圧に基づいて容量を計算する。
する。 【解決手段】 最終電圧が判定されるまで既知の値の電
荷パケットを未知の値のキャパシタへ運び、既知の全電
荷量および測定された電圧に基づいて容量を計算する。
Description
【０００１】
【発明の背景】この発明は、一般的に容量の測定に関
し、特に、最終電圧が判定されるまで未知の値のキャパ
シタに既知の値の電荷パケットを運び、次に既知の全電
荷量および測定された電圧に基づいて容量を計算するこ
とによって容量を測定することに関する。
し、特に、最終電圧が判定されるまで未知の値のキャパ
シタに既知の値の電荷パケットを運び、次に既知の全電
荷量および測定された電圧に基づいて容量を計算するこ
とによって容量を測定することに関する。
【０００２】容量測定は、デジタルマルチメータなどの
計測器の重要な特徴である。いずれもフルーク・コーポ
レイション（Fluke Corporation）に譲渡される米国特
許第５，０７３，７５７号および米国特許第５，１３
６，２５１号は、未知のキャパシタがそのＲＣレートに
おいて基準電圧まで完全に充電されると同時に、充電電
流に比例する電流がデュアルスロープ積分アナログ−デ
ジタルコンバータ（ＡＤＣ）のストレージキャパシタに
蓄積される、小容量および大容量を測定するための方法
を開示する。小容量はＡＤＣの１積分周期において完全
に充電され得るが、大容量は完全に充電されるのにいく
つかの積分周期を必要とした。いずれの場合において
も、積分ＡＤＣのストレージキャパシタ上にストアされ
る比例電荷は、ストアされた電荷の量によって決められ
る期間にわたる「非積分」周期の間に除去され、その時
間を測定して容量値の指標をもたらすようにした。
計測器の重要な特徴である。いずれもフルーク・コーポ
レイション（Fluke Corporation）に譲渡される米国特
許第５，０７３，７５７号および米国特許第５，１３
６，２５１号は、未知のキャパシタがそのＲＣレートに
おいて基準電圧まで完全に充電されると同時に、充電電
流に比例する電流がデュアルスロープ積分アナログ−デ
ジタルコンバータ（ＡＤＣ）のストレージキャパシタに
蓄積される、小容量および大容量を測定するための方法
を開示する。小容量はＡＤＣの１積分周期において完全
に充電され得るが、大容量は完全に充電されるのにいく
つかの積分周期を必要とした。いずれの場合において
も、積分ＡＤＣのストレージキャパシタ上にストアされ
る比例電荷は、ストアされた電荷の量によって決められ
る期間にわたる「非積分」周期の間に除去され、その時
間を測定して容量値の指標をもたらすようにした。
【０００３】これらの先行技術の容量測定手法は、未知
のキャパシタが完全に充電されるのを待つことによる過
度に長い測定時間のため満足のいくものではなかったた
め、測定されるキャパシタにかかる線形ランプ電圧を生
成するために定電流源が用いられるという、１９９９年
３月１２日出願の係属中の米国特許出願連続番号第０９
／２６７，５０４号に開示される容量測定システムの開
発につながった。これにより、差動電圧（ΔＶ）および
差分時間（ΔＴ）を測定し、これらの比から容量を計算
することが可能となった。幅広い範囲のキャパシタに対
して測定速度および精度がともに向上したが、これは、
必要とされるパラメータを集めるために複雑なマルチプ
ルスロープのアナログ−デジタルコンバータを用いる比
較的遅いプロセスであった。
のキャパシタが完全に充電されるのを待つことによる過
度に長い測定時間のため満足のいくものではなかったた
め、測定されるキャパシタにかかる線形ランプ電圧を生
成するために定電流源が用いられるという、１９９９年
３月１２日出願の係属中の米国特許出願連続番号第０９
／２６７，５０４号に開示される容量測定システムの開
発につながった。これにより、差動電圧（ΔＶ）および
差分時間（ΔＴ）を測定し、これらの比から容量を計算
することが可能となった。幅広い範囲のキャパシタに対
して測定速度および精度がともに向上したが、これは、
必要とされるパラメータを集めるために複雑なマルチプ
ルスロープのアナログ−デジタルコンバータを用いる比
較的遅いプロセスであった。
【０００４】これらすべての先行技術の方法の問題は、
キャパシタの値が未知であるため、測定を行なうことの
できる正しい範囲を探すためにかなりの労力が費やされ
ることである。また、特に所与の範囲の下端近くにおい
て、容量値は分解能圧縮のため歪むことがある。
キャパシタの値が未知であるため、測定を行なうことの
できる正しい範囲を探すためにかなりの労力が費やされ
ることである。また、特に所与の範囲の下端近くにおい
て、容量値は分解能圧縮のため歪むことがある。
【０００５】
【発明の概要】この発明によれば、最終電圧が判定され
るまで未知の値のキャパシタに既知の値の電荷パケット
を運び、既知の全電荷量および測定された電圧に基づい
て容量が計算される、容量を測定するための装置および
方法が提供される。
るまで未知の値のキャパシタに既知の値の電荷パケット
を運び、既知の全電荷量および測定された電圧に基づい
て容量が計算される、容量を測定するための装置および
方法が提供される。
【０００６】この発明の他の目的、特徴および利点は、
添付の図面に関連して以下の説明を読む際に当業者には
明らかになるであろう。
添付の図面に関連して以下の説明を読む際に当業者には
明らかになるであろう。
【０００７】
【詳細な説明】図１は、この発明の原理の理解を助ける
ためにもたらされ、あるキャパシタに関連づけられる基
本的な電流および電圧の関係を示す。容量の教科書どお
りの定義としては、電圧−電流の関係ｉ＝Ｃ ｄｅ／ｄ
ｔであり、これからキャパシタ電圧は以下のように定義
づけられる。
ためにもたらされ、あるキャパシタに関連づけられる基
本的な電流および電圧の関係を示す。容量の教科書どお
りの定義としては、電圧−電流の関係ｉ＝Ｃ ｄｅ／ｄ
ｔであり、これからキャパシタ電圧は以下のように定義
づけられる。
【０００８】
【数１】
【０００９】これにより、キャパシタに運ばれる電流が
一定であれば、キャパシタが経時的に定電流を積分する
につれて電圧が線形に変化するという周知の概念の理解
がもたらされる。これは図１にも見られ、時間間隔ΔＴ
にわたって運ばれる定電流ｉはランプ電圧ΔＶを生じ
る。また、どの時間間隔にわたる電流の積分も、キャパ
シタにおいて蓄積される電荷Ｑであり、以下のとおりで
ある。
一定であれば、キャパシタが経時的に定電流を積分する
につれて電圧が線形に変化するという周知の概念の理解
がもたらされる。これは図１にも見られ、時間間隔ΔＴ
にわたって運ばれる定電流ｉはランプ電圧ΔＶを生じ
る。また、どの時間間隔にわたる電流の積分も、キャパ
シタにおいて蓄積される電荷Ｑであり、以下のとおりで
ある。
【００１０】
【数２】
【００１１】このように、図１において電流波形によっ
て囲まれる区域は電荷Ｑに等しいということができる。
最後に、Ｑ＝ＣＶであるため、キャパシタにわたっての
蓄積された電荷Ｑおよび電圧ΔＶが既知であれば、容量
値Ｃを計算できるのがわかるであろう。
て囲まれる区域は電荷Ｑに等しいということができる。
最後に、Ｑ＝ＣＶであるため、キャパシタにわたっての
蓄積された電荷Ｑおよび電圧ΔＶが既知であれば、容量
値Ｃを計算できるのがわかるであろう。
【００１２】図２は、入力端子１２に接続されるキャパ
シタ１０の容量値を測定するためのこの発明による容量
測定システムの概略図である。同様に入力端子１２に接
続されるのは、プログラム可能な定電流源１４、放電ス
イッチ１６、比較器１８およびアナログ−デジタルコン
バータ（ＡＤＣ）２０である。これらのデバイスのすべ
てに動作可能に結合されるのはマイクロプロセッサ（μ
Ｐ）２４であり、これは関連のメモリ２６および表示装
置２８を含む。
シタ１０の容量値を測定するためのこの発明による容量
測定システムの概略図である。同様に入力端子１２に接
続されるのは、プログラム可能な定電流源１４、放電ス
イッチ１６、比較器１８およびアナログ−デジタルコン
バータ（ＡＤＣ）２０である。これらのデバイスのすべ
てに動作可能に結合されるのはマイクロプロセッサ（μ
Ｐ）２４であり、これは関連のメモリ２６および表示装
置２８を含む。
【００１３】図２のすべての回路要素は当業者にとり周
知であるが、プログラム可能な定電流源１４について
は、その目的を完全に理解するために幾分か詳細に説明
するのが望ましいであろう。プログラム可能な定電流源
１４の見方の１つとしては、これが特定された時間間隔
（ｄｔ）の間、ある量の定電流（ｉ）をキャパシタ１０
に運ぶことから、実際には電荷パケット発生器であると
いうことである。適当なプログラム可能な定電流源の詳
細は図３に示す。示されているのは、複数の定電流発生
器３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、…、３０ｎであり、その各
々は異なる既知のまたは予め定められた値の定電流を発
生する。これらの値は、利用することができる適当な時
間間隔の利用可能性および特定のシステムに応じて、ど
んな所望のシーケンスにおいて増加してもよく、たとえ
ば１マイクロアンペア（μＡ）、２μＡ、４μＡ、８μ
Ａなど、たとえばバイナリシーケンスにおいて、また
は、たとえば１μＡ、２μＡ、５μＡ、１０μＡなど何
らかの他のシーケンスにおいて増加してもよい。定電流
発生器３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、…、３０ｎの各々に結
合されるのは、それぞれ対応のＡＮＤゲート３２Ａ、３
２Ｂ、３２Ｃ、…、３２ｎである。ＡＮＤゲート３２Ａ
−３２ｎの各々の一方入力は１／ｎ・セレクタ３４から
であり、これは適当にはアドレスカウンタであってもよ
く、定電流発生器３０Ａ−３０ｎの１つを選択する。Ａ
ＮＤゲート３２Ａ−３２ｎの各々の他方入力は選択可能
なパルス幅発生器３６からであり、これは活性化時に、
選択されたまたは予め定められた幅のパルスをもたら
し、選択された定電流発生器を正確な既知の時間間隔の
間ゲートオンする。１／ｎ・セレクタ３４の入力および
パルス幅発生器３６の入力はマイクロプロセッサ２４に
与えられる。このため、電荷パケットｑ0をキャパシタ
１０に送るためには、マイクロプロセッサ２４はどの電
流発生器がゲートオンされることとなりかつどの時間間
隔においてそれがなされるかを選択し、プログラム可能
な定電流源１４の出力として所望の値
知であるが、プログラム可能な定電流源１４について
は、その目的を完全に理解するために幾分か詳細に説明
するのが望ましいであろう。プログラム可能な定電流源
１４の見方の１つとしては、これが特定された時間間隔
（ｄｔ）の間、ある量の定電流（ｉ）をキャパシタ１０
に運ぶことから、実際には電荷パケット発生器であると
いうことである。適当なプログラム可能な定電流源の詳
細は図３に示す。示されているのは、複数の定電流発生
器３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、…、３０ｎであり、その各
々は異なる既知のまたは予め定められた値の定電流を発
生する。これらの値は、利用することができる適当な時
間間隔の利用可能性および特定のシステムに応じて、ど
んな所望のシーケンスにおいて増加してもよく、たとえ
ば１マイクロアンペア（μＡ）、２μＡ、４μＡ、８μ
Ａなど、たとえばバイナリシーケンスにおいて、また
は、たとえば１μＡ、２μＡ、５μＡ、１０μＡなど何
らかの他のシーケンスにおいて増加してもよい。定電流
発生器３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、…、３０ｎの各々に結
合されるのは、それぞれ対応のＡＮＤゲート３２Ａ、３
２Ｂ、３２Ｃ、…、３２ｎである。ＡＮＤゲート３２Ａ
−３２ｎの各々の一方入力は１／ｎ・セレクタ３４から
であり、これは適当にはアドレスカウンタであってもよ
く、定電流発生器３０Ａ−３０ｎの１つを選択する。Ａ
ＮＤゲート３２Ａ−３２ｎの各々の他方入力は選択可能
なパルス幅発生器３６からであり、これは活性化時に、
選択されたまたは予め定められた幅のパルスをもたら
し、選択された定電流発生器を正確な既知の時間間隔の
間ゲートオンする。１／ｎ・セレクタ３４の入力および
パルス幅発生器３６の入力はマイクロプロセッサ２４に
与えられる。このため、電荷パケットｑ0をキャパシタ
１０に送るためには、マイクロプロセッサ２４はどの電
流発生器がゲートオンされることとなりかつどの時間間
隔においてそれがなされるかを選択し、プログラム可能
な定電流源１４の出力として所望の値
【００１４】
【数３】
【００１５】をもたらす。キャパシタ１０の容量の値を
定めるための図２のシステムの動作を図４に示されるプ
ログラムに関連して説明する。
定めるための図２のシステムの動作を図４に示されるプ
ログラムに関連して説明する。
【００１６】ステップ４０において、マイクロプロセッ
サ２４はシステムを初期化する。比較器１８の（＋）入
力は、ＶREF（０）の印加により僅かにゼロボルトより
上に設定され、放電スイッチ１６が閉じられる。キャパ
シタ１０上のどんな電圧もスイッチ１６を介して放電さ
れる。
サ２４はシステムを初期化する。比較器１８の（＋）入
力は、ＶREF（０）の印加により僅かにゼロボルトより
上に設定され、放電スイッチ１６が閉じられる。キャパ
シタ１０上のどんな電圧もスイッチ１６を介して放電さ
れる。
【００１７】ステップ４２において、マイクロプロセッ
サ２４は比較器１８の出力を監視することによってキャ
パシタ１０が放電されたかどうかを調べる。キャパシタ
電圧がステップ４０において設定されたしきい値より低
い場合、比較器１８の出力は高くなり、キャパシタ電圧
がＶREF（０）より小さいことをマイクロプロセッサ２
４に知らせる。そこで、放電スイッチ１６が開かれる。
サ２４は比較器１８の出力を監視することによってキャ
パシタ１０が放電されたかどうかを調べる。キャパシタ
電圧がステップ４０において設定されたしきい値より低
い場合、比較器１８の出力は高くなり、キャパシタ電圧
がＶREF（０）より小さいことをマイクロプロセッサ２
４に知らせる。そこで、放電スイッチ１６が開かれる。
【００１８】比較器１８がここで、しきい値電圧と比較
してキャパシタ電圧を監視するための電圧監視装置とし
て用いられていることを指摘すべきであろう。当業者に
は認識されるであろうように、この比較器は高速ＡＤＣ
で置換することができ、電圧しきい値レベルはマイクロ
プロセッサ２４に関連づけられるファームウェアまたは
ソフトウェアにおいてセットアップすることができる。
してキャパシタ電圧を監視するための電圧監視装置とし
て用いられていることを指摘すべきであろう。当業者に
は認識されるであろうように、この比較器は高速ＡＤＣ
で置換することができ、電圧しきい値レベルはマイクロ
プロセッサ２４に関連づけられるファームウェアまたは
ソフトウェアにおいてセットアップすることができる。
【００１９】ステップ４４において、キャパシタ１０に
かかる電圧ＶC(0)は、ＡＤＣ２０によって測定されメモ
リ２６に記憶される。実際の読取り時間を調整して、誘
電吸収の影響を見越すようにしてもよく、これにより、
少量の電荷がキャパシタの物理的構成において再分配さ
れることからキャパシタ電圧が僅かに増加することにつ
ながる。このような場合、スイッチ１６は短期間にわた
って再び閉じられ、残留電荷を除去し、それから再び開
かれ、新しいＶC(0)読取りを行なうことができるように
する。
かかる電圧ＶC(0)は、ＡＤＣ２０によって測定されメモ
リ２６に記憶される。実際の読取り時間を調整して、誘
電吸収の影響を見越すようにしてもよく、これにより、
少量の電荷がキャパシタの物理的構成において再分配さ
れることからキャパシタ電圧が僅かに増加することにつ
ながる。このような場合、スイッチ１６は短期間にわた
って再び閉じられ、残留電荷を除去し、それから再び開
かれ、新しいＶC(0)読取りを行なうことができるように
する。
【００２０】再び、比較器１８が高速ＡＤＣで置換され
た場合、そのＡＤＣは、比較器１８およびＡＤＣ２０の
双方が単一の高速ＡＤＣによって置換され得るという点
において二重の役割を果たし得る。プログラムはしきい
値が満たされたことを示してもよく、ＡＤＣ読取りが記
憶されてもよい。
た場合、そのＡＤＣは、比較器１８およびＡＤＣ２０の
双方が単一の高速ＡＤＣによって置換され得るという点
において二重の役割を果たし得る。プログラムはしきい
値が満たされたことを示してもよく、ＡＤＣ読取りが記
憶されてもよい。
【００２１】ステップ４６において、マイクロプロセッ
サ２４は、プログラム可能な定電流源１４の適当な電流
レベルおよび間隔の組合せを選択することによって利用
可能な最も低い電荷パケット値ｑ0を選択し、ＡＤＣ２
０のフルスケールの入力仕様に対し２分の１より僅かに
下である電圧ＶREFにおいてトリップするように比較器
１８を設定する。
サ２４は、プログラム可能な定電流源１４の適当な電流
レベルおよび間隔の組合せを選択することによって利用
可能な最も低い電荷パケット値ｑ0を選択し、ＡＤＣ２
０のフルスケールの入力仕様に対し２分の１より僅かに
下である電圧ＶREFにおいてトリップするように比較器
１８を設定する。
【００２２】ステップ４８において、マイクロプロセッ
サ２４は既知の時間間隔にわたってプログラム可能な電
流源１４からキャパシタ１０へ電流を導き、電圧比較器
１８の出力を監視しながらキャパシタ上に電荷パケット
ｑ0を与える。
サ２４は既知の時間間隔にわたってプログラム可能な電
流源１４からキャパシタ１０へ電流を導き、電圧比較器
１８の出力を監視しながらキャパシタ上に電荷パケット
ｑ0を与える。
【００２３】ステップ５０において、電圧比較器１８が
トリップするのに失敗した場合、これは、キャパシタ１
０に運ばれた電荷パケットがステップ４６において設定
されたトリップレベルに達する電圧を生成するには不十
分であったことを意味する。電圧比較器１８がトリップ
した場合、キャパシタ１０に与えられた電荷がステップ
４６において設定したトリップレベル以上の電圧を生成
したことを意味する。
トリップするのに失敗した場合、これは、キャパシタ１
０に運ばれた電荷パケットがステップ４６において設定
されたトリップレベルに達する電圧を生成するには不十
分であったことを意味する。電圧比較器１８がトリップ
した場合、キャパシタ１０に与えられた電荷がステップ
４６において設定したトリップレベル以上の電圧を生成
したことを意味する。
【００２４】ステップ５２において、電荷ｑ0が与えら
れた後に電圧比較器１８がトリップしない場合、ステッ
プ４８を繰返し、これによってキャパシタに電荷Ｑ＝ｑ
0＋ｑ0が与えられるようにする。キャパシタ１０に運ば
れた新しい電荷パケットが依然としてトリップレベルに
達する電圧を生成するのに不十分である場合、マイクロ
プロセッサ２４は新しい電荷パケットｑ1＝２ｑ0を与え
るための電流レベル／時間間隔組合せを選択し、この電
荷パケットをキャパシタ１０へ導く。キャパシタ１０上
の全電荷量Ｑが比較器１８をトリップする電圧を生成す
るまでステップ４８、５０および５２が繰返され、この
ことは、キャパシタ１０によって生成される電圧がＡＤ
Ｃ２０の特定された動作ウィンドウの２分の１スケール
とフルスケールとの間のどこかの点にあることを示す。
マイクロプロセッサ２４はキャパシタ１０に運ばれた電
荷パケットの経過を追い、全電荷量Ｑがメモリ２６に記
憶される。
れた後に電圧比較器１８がトリップしない場合、ステッ
プ４８を繰返し、これによってキャパシタに電荷Ｑ＝ｑ
0＋ｑ0が与えられるようにする。キャパシタ１０に運ば
れた新しい電荷パケットが依然としてトリップレベルに
達する電圧を生成するのに不十分である場合、マイクロ
プロセッサ２４は新しい電荷パケットｑ1＝２ｑ0を与え
るための電流レベル／時間間隔組合せを選択し、この電
荷パケットをキャパシタ１０へ導く。キャパシタ１０上
の全電荷量Ｑが比較器１８をトリップする電圧を生成す
るまでステップ４８、５０および５２が繰返され、この
ことは、キャパシタ１０によって生成される電圧がＡＤ
Ｃ２０の特定された動作ウィンドウの２分の１スケール
とフルスケールとの間のどこかの点にあることを示す。
マイクロプロセッサ２４はキャパシタ１０に運ばれた電
荷パケットの経過を追い、全電荷量Ｑがメモリ２６に記
憶される。
【００２５】比較器１８をトリップするのに十分な電圧
を生成する電流レベル／時間間隔の組合せを見出すため
の数回の試みを可能にする予め定められた時間が経過し
てもなお比較器１８がトリップするのに失敗した場合、
これはキャパシタが何らかの理由で電荷をとらないこと
を意味するためテストが終了される。
を生成する電流レベル／時間間隔の組合せを見出すため
の数回の試みを可能にする予め定められた時間が経過し
てもなお比較器１８がトリップするのに失敗した場合、
これはキャパシタが何らかの理由で電荷をとらないこと
を意味するためテストが終了される。
【００２６】ステップ５４において、比較器１８がトリ
ップした後、マイクロプロセッサ２４は次にＡＤＣ２０
がキャパシタ１０上の最終電圧ＶC(F)を測定することを
可能にする。短い時間が経過した後に２回目の読取りを
行なって最終電圧ＶC(F)が１回目の読取りと同じである
ことを確かめてもよい。なぜならば、これが僅かでも低
かった場合は、キャパシタが漏れており少量の電荷が流
れ出したことを示しているためである。
ップした後、マイクロプロセッサ２４は次にＡＤＣ２０
がキャパシタ１０上の最終電圧ＶC(F)を測定することを
可能にする。短い時間が経過した後に２回目の読取りを
行なって最終電圧ＶC(F)が１回目の読取りと同じである
ことを確かめてもよい。なぜならば、これが僅かでも低
かった場合は、キャパシタが漏れており少量の電荷が流
れ出したことを示しているためである。
【００２７】ステップ５６において、容量は以下の等式
に従ってマイクロプロセッサ２４によって計算される。
に従ってマイクロプロセッサ２４によって計算される。
【００２８】
【数４】
【００２９】これはｑn＝ｑ0＋ｑ1＋ｑ2＋…＋ｑn-1の
場合である。さらに、以下に説明するようにバイナリシ
ーケンスに対し、ＱT＝ｑO２(N-1)であることを示すこ
とができ、ここでｑ0は最小電荷パケットであり、Ｎ
は、ステップ４６において設定されたトリップレベルが
超過されたことを示す比較器１８に対する充電周期の数
である。
場合である。さらに、以下に説明するようにバイナリシ
ーケンスに対し、ＱT＝ｑO２(N-1)であることを示すこ
とができ、ここでｑ0は最小電荷パケットであり、Ｎ
は、ステップ４６において設定されたトリップレベルが
超過されたことを示す比較器１８に対する充電周期の数
である。
【００３０】以下の表から、キャパシタ１０上の全電荷
量Ｑがバイナリシーケンスにおいて増加することが分か
る。
量Ｑがバイナリシーケンスにおいて増加することが分か
る。
【００３１】
【表１】
【００３２】この充電シーケンスにより、たとえば８桁
ある値などの広範囲の容量値を有するキャパシタを適当
な容量範囲を探すことなく非常に迅速に判定することが
可能となる。また、キャパシタはほぼゼロからフルスケ
ールの２分の１からフルスケールまでの間であるＡＤＣ
動作ウィンドウの上半分における電圧まで一連の段階に
おいて充電されるため、測定分解能は測定範囲にわたっ
て一定である。測定範囲のいずれの端においても分解能
圧縮は見られない。ここに説明する手法のダイナミック
レンジは電荷パケットを生成するのに用いられる電流レ
ベルおよび時間間隔によってのみ制限され、よって、プ
ログラム可能な電流発生器１４の能力に依存する。たと
えば、ＡＤＣ２０による初期および最終電圧測定値から
ΔＶ＝１．００ボルトが計算されたと仮定する。Ｑmin
＝ｑ0＝０．５μＡ×２００μｓｅｃ＝１００ｐCoulomb
sに対し、１００ｐＦの容量が測定され得る。一方、１
０，０００μＦキャパシタは１ｍＡの電流源で約５秒で
測定できる。このことは、８桁ある容量値範囲（１００
ｐＦから１０，０００μＦまで）を表わし、または、３
桁の分解能が必要である場合、６桁の範囲が含まれる。
ある値などの広範囲の容量値を有するキャパシタを適当
な容量範囲を探すことなく非常に迅速に判定することが
可能となる。また、キャパシタはほぼゼロからフルスケ
ールの２分の１からフルスケールまでの間であるＡＤＣ
動作ウィンドウの上半分における電圧まで一連の段階に
おいて充電されるため、測定分解能は測定範囲にわたっ
て一定である。測定範囲のいずれの端においても分解能
圧縮は見られない。ここに説明する手法のダイナミック
レンジは電荷パケットを生成するのに用いられる電流レ
ベルおよび時間間隔によってのみ制限され、よって、プ
ログラム可能な電流発生器１４の能力に依存する。たと
えば、ＡＤＣ２０による初期および最終電圧測定値から
ΔＶ＝１．００ボルトが計算されたと仮定する。Ｑmin
＝ｑ0＝０．５μＡ×２００μｓｅｃ＝１００ｐCoulomb
sに対し、１００ｐＦの容量が測定され得る。一方、１
０，０００μＦキャパシタは１ｍＡの電流源で約５秒で
測定できる。このことは、８桁ある容量値範囲（１００
ｐＦから１０，０００μＦまで）を表わし、または、３
桁の分解能が必要である場合、６桁の範囲が含まれる。
【００３３】このことから、容量測定に対する自動範囲
決定が自動的にここに説明する方法の一部をなし、範囲
探索プログラムおよび手法の必要がなくなることが理解
されるであろう。キャパシタは初期電圧値から最終電圧
値まで充電され、容量値はキャパシタ上の全電荷量から
定められるため、容量範囲の下端において見られる値の
分解能圧縮が回避され、このことは先行技術に対して著
しい改善を示す。同様に、ＲＣ時定数曲線の上端におい
て見られる値の圧縮も回避される。さらに、誘電吸収の
問題を有する不良キャパシタまたは漏れのあるキャパシ
タを検出することができる。
決定が自動的にここに説明する方法の一部をなし、範囲
探索プログラムおよび手法の必要がなくなることが理解
されるであろう。キャパシタは初期電圧値から最終電圧
値まで充電され、容量値はキャパシタ上の全電荷量から
定められるため、容量範囲の下端において見られる値の
分解能圧縮が回避され、このことは先行技術に対して著
しい改善を示す。同様に、ＲＣ時定数曲線の上端におい
て見られる値の圧縮も回避される。さらに、誘電吸収の
問題を有する不良キャパシタまたは漏れのあるキャパシ
タを検出することができる。
【００３４】この発明の好ましい実施例を示し説明した
が、当業者には、この発明のより広い局面においてこの
発明から逸脱することなく数多くの変更および修正を加
えてもよいことが明らかになるであろう。たとえば、電
圧比較器１８を高速ＡＤＣで置換して開始および最終電
圧決断を行なってもよい。したがって、添付の特許請求
の範囲はこの発明の真の範囲内に含まれるすべてのその
ような変更および修正を含むことが意図される。
が、当業者には、この発明のより広い局面においてこの
発明から逸脱することなく数多くの変更および修正を加
えてもよいことが明らかになるであろう。たとえば、電
圧比較器１８を高速ＡＤＣで置換して開始および最終電
圧決断を行なってもよい。したがって、添付の特許請求
の範囲はこの発明の真の範囲内に含まれるすべてのその
ような変更および修正を含むことが意図される。
【図１】 この発明の理解を助けるための、キャパシタ
に関連づけられる基本的な電流および電圧の関係を示す
図である。
に関連づけられる基本的な電流および電圧の関係を示す
図である。
【図２】 この発明に従った容量測定システムの概略図
である。
である。
【図３】 図２のシステムにおいて用いるのに適したプ
ログラム可能な定電流源の概略図である。
ログラム可能な定電流源の概略図である。
【図４】 図２のシステムの動作を示すプログラムリス
トの図である。
トの図である。
１０ キャパシタ、１２ 入力端子、１４ プログラム
可能な定電流源、１６放電スイッチ、１８ 比較器、２
０ アナログ−デジタルコンバータ（ＡＤＣ）、２４
マイクロプロセッサ、２６ メモリ、２８ 表示装置、
３０Ａ−３０ｎ 定電流発生器、３２Ａ−３２ｎ ＡＮ
Ｄゲート、３４ １／ｎ・セレクタ、３６ パルス幅発
生器。
可能な定電流源、１６放電スイッチ、１８ 比較器、２
０ アナログ−デジタルコンバータ（ＡＤＣ）、２４
マイクロプロセッサ、２６ メモリ、２８ 表示装置、
３０Ａ−３０ｎ 定電流発生器、３２Ａ−３２ｎ ＡＮ
Ｄゲート、３４ １／ｎ・セレクタ、３６ パルス幅発
生器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ベンジャミン・エング・ジュニア アメリカ合衆国、98278 ワシントン州、 エベレット、ハイウェイ・99・サウス、 13215 Ｆターム(参考） 2G028 AA01 BB06 CG07 DH06 DH13 EJ06 FK01 GL07 LR00
Claims (2)
- 【請求項１】 容量を測定するための方法であって、 キャパシタを少なくとも部分的に放電して、前記キャパ
シタにかかる電圧を測定し、初期電圧を得るステップ
と、 １つ以上の予め定められた電荷パケットを運び前記キャ
パシタ上に全電荷量を蓄積し、これによって前記キャパ
シタにかかる、予め定められた最小電圧を超える最終電
圧を生成するステップと、 前記初期電圧を前記最終電圧から減算して差動電圧を得
て、前記キャパシタ上の全蓄積電荷を前記差動電圧によ
って除算することによって前記容量を計算するステップ
とを含む、方法。 - 【請求項２】 電流レベルおよび時間間隔を選択して、
予め定められた最小電荷パケットを与えるステップをさ
らに含む、請求項１に記載の容量を測定するための方
法。
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