JP2015516079A - モジュールおよび容量検出方法 - Google Patents

Abstract

モジュール（５）は、容量検出回路（１０）を含む。容量検出回路（１０）は、電圧検出点（Ｐ）に定電流を供給する定電流源（２０）と、電圧検出点（Ｐ）の電圧が所定の電圧に達するまでの充電時間を計測する時間計測部（２８）と、記憶部（３０）と、演算部（３２）とを含む。記憶部（３０）は、既知の容量値を有する容量素子の充電時間として予め求められた第１のデータと、容量成分（Ｃｐ）の充電時間として予め求められた第２のデータとを記憶する。演算部（３２）は、電流経路が電圧検出点（Ｐ）に接続されたときの充電時間計測部（２８）の第１の計測値と第２のデータとの間の差により、検出対象（Ｃｓ）の充電時間を示す第３のデータを生成し、第３のデータと第１のデータとの間の比率、および既知の容量値に基づいて、検出対象の（Ｃｓ）の容量値を演算する。

Description

本発明は、検出対象の容量値を検出するモジュールおよび検出対象の容量値を検出する方法に関する。

コンデンサの静電容量を測定するための装置は、たとえば特開昭５６−１０７１７０号公報（特許文献１）および特開平２−２７１２６６号公報（特許文献２）に開示される。特開昭５６−１０７１７０号公報に開示された装置は、電源と、直流電流測定器とを有する。電源は、時間に対する既知の一定の比率で電圧を増大させる。電源と直流電流測定器とは、コンデンサの端子に直列に接続される。電流の計測値からコンデンサの静電容量が算出される。

特開平２−２７１２６６号公報に開示された装置は、直流電源と、直流電源とコンデンサとの間に接続された抵抗と、その抵抗を流れる電流を検出する電流検出回路と、その電流検出回路で検出された充電電流を積分する積分回路と、演算出力部とを備える。演算出力部は、積分回路により得られた積分値と、コンデンサの端子間電圧とに基づいて、コンデンサの静電容量を算出する。

特開昭５６−１０７１７０号公報 特開平２−２７１２６６号公報

多くの場合、検出端子から検出対象までの間の経路に、大きな容量値を有する容量成分が存在する。その容量成分の容量値は、装置ごとに異なり得る。容量成分の容量値のばらつきが検出対象の容量値の変化幅と同じ程度である場合には、検出対象の容量値の変化を検出することが難しくなる。

本発明の目的は、検出対象の容量値を精度よく検出するための技術を提供することである。

本発明の一局面に係るモジュールは、電流経路と、容量検出回路とを備える。電流経路は、検出対象に接続され、容量成分を含む。容量検出回路は、電流経路を介して検出対象に定電流を供給して、検出対象の容量値を検出する。容量検出回路は、電圧検出点に定電流を供給する定電流源と、電流経路を電圧検出点に接続して検出対象および容量成分を充電し、電流経路を電圧検出点から切り離して検出対象および容量成分を放電させる充放電回路と、電圧検出点の電圧が所定の電圧に達するまでの充電時間を計測する時間計測部と、既知の容量値を有する容量素子の充電時間として予め求められた第１のデータと、容量成分の充電時間として予め求められた第２のデータとを記憶する記憶部と、演算部とを含む。演算部は、電流経路が電圧検出点に接続されたときの時間計測部の第１の計測値と、第２のデータとの間の差により、検出対象の充電時間を示す第３のデータを生成し、第３のデータと第１のデータとの間の比率、および既知の容量値に基づいて、検出対象のの容量値を演算する。

好ましくは、時間計測部は、発振器と、カウンタとを含む。カウンタは、発振器の出力信号に応答して、充電時間を示すデータとして、カウント値を生成する。記憶部は、発振器の発振周波数の初期値と第１のデータの初期値とを予め記憶する。演算部は、第１のデータの初期値を、発振周波数の初期値と発振周波数の計測値との比率に従って補正して、第１のデータを更新する。

好ましくは、モジュールは、基準容量素子をさらに備える。充放電回路は、基準容量素子に電圧検出点を接続して基準容量素子を充電する。充放電回路は、基準容量素子を電圧検出点から切り離して、基準容量素子を放電させる。時間計測部は、基準容量素子の充電時間を計測して第２の計測値を出力する。記憶部は、基準容量素子の充電時間として予め求められた第４のデータを予め記憶する。演算部は、第２の計測値と第４のデータとの比率に基づいて、第１の計測値を補正する。

好ましくは、記憶部は、制御信号の種類を示す情報と検出対象の容量値との間の関係を記憶する。演算部は、算出された容量値と記憶部に記憶された関係とに基づいて、制御信号を発生させる。容量検出回路は、算出された容量値および制御信号を出力するためのインターフェイス回路をさらに備える。

本発明の他の局面に係る容量検出方法は、容量成分を含む電流経路に接続された検出対象の容量値を検出するための容量検出方法であって、電圧検出点に定電流を供給して検出対象および容量成分を充電するステップと、電圧検出点の電圧が所定の電圧に達するまでの充電時間を計測するステップと、既知の容量値を有する容量素子の充電時間として予め求められた第１のデータと、容量成分の充電時間として予め求められた第２のデータとを予め記憶するステップと、検出対象および容量成分の充電時間として計測された第１の計測値と、第２のデータとの間の差により、検出対象の充電時間を示す第３のデータを生成するステップと、第３のデータと第１のデータとの間の比率、および既知の容量値に基づいて、検出対象の容量値を演算するステップとを備える。

好ましくは、計測するステップは、発振器と、発振器の出力信号に応答してカウント値を生成するカウンタとにより、充電時間を計測する。容量検出方法は、発振器の発振周波数の初期値と第１のデータの初期値とを予め記憶するステップと、第１のデータの初期値を、発振周波数の初期値と発振周波数の計測値との比率に従って補正するステップとをさらに備える。

好ましくは、容量検出方法は、基準容量素子の充電時間として予め求められた第４のデータを予め記憶するステップと、電圧検出点に定電流を供給して基準容量素子を充電するステップと、基準容量素子の充電時間を計測して第２の計測値を生成するステップとをさらに備える。第３のデータを生成するステップは、第２の計測値と第４のデータとの比率に基づいて、第１の計測値を補正するステップを含む。

本発明によれば、検出対象の容量値を精度よく検出することができる。

本発明の第１の実施の形態に係るモジュールを実装した電子機器の概略的な構成を示したブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に係る容量検出回路の構成を示したブロック図である。 容量成分Ｃｐの具体例を示した図である。 モジュールの別の構成例を示した図である。 本発明の実施の形態に従う容量の検出の基本的な方法を示した図である。 容量検出回路の調整を説明するための回路図である。 容量検出回路の調整を説明するためのフローチャートである。 容量検出回路の記憶部に記憶されたデータを示した図である。 モジュールの調整を説明するための回路図である。 モジュールの調整を説明するためのフローチャートである。 モジュールの調整後に容量検出回路の記憶部に記憶されたデータを示した図である。 検出対象Ｃｓの容量値の検出を説明するためのフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態に係るモジュールを実装した電子機器の概略的な構成を示したブロック図である。 第２の実施の形態に係る容量検出回路が有する記憶部の構成を示した図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

［実施の形態１］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るモジュールを実装した電子機器の概略的な構成を示したブロック図である。図１を参照して、電子機器１は、高周波電源４と、モジュール５とを備える。

モジュール５は、容量検出回路１０と、基準容量素子Ｃｒｅｆと、信号ライン２と、整合回路１２とを備える。基準容量素子Ｃｒｅｆは容量検出回路１０に電気的に接続される。

信号ライン２は、高周波電源４と容量検出回路１０との間に形成される。信号ライン２は、容量成分ＣｐおよびインダクタＬｂを含む。容量成分ＣｐとインダクタＬｂとは直列に接続される。容量成分Ｃｐは、高周波信号を通す一方で直流を遮断する。インダクタＬｂは直流成分を通す一方で容量検出回路１０への高周波成分の流入を阻止する。

検出対象Ｃｓは、信号ライン２に接続される。したがって、検出対象Ｃｓと容量成分Ｃｐとは容量検出回路１０に電気的に並列に接続される。

容量検出回路１０は、信号ライン２を介して検出対象Ｃｓに定電流を供給して、検出対象Ｃｓの容量値を検出する。この実施の形態では、信号ライン２が検出対象Ｃｓに定電流を供給するための電流経路に対応する。検出対象Ｃｓは、その容量値を変化させる。ただし検出対象Ｃｓの容量値は固定値でもよい。

整合回路１２は、インダクタ、固定容量素子および可変容量素子の組み合わせによって構成される。本発明の実施の形態では、検知対象Ｃｓの容量値を検出するために、容量成分Ｃｐおよび検知対象Ｃｓに定電流が供給されて、検知対象Ｃｓおよび容量成分Ｃｐが充電される。インダクタは、容量成分Ｃｐおよび検知対象Ｃｓの充電時に、容量成分Ｃｐに接地電位を与える役割を果たす。図１および以後に説明する図において、整合回路１２の構成要素のうちのインダクタのみが、検知対象Ｃｓの容量値の検出に関連する要素として示される。

図２は、本発明の第１の実施の形態に係る容量検出回路の構成を示したブロック図である。図２を参照して、容量検出回路１０は、定電流源２０と、端子ＣＲＥＦ，ＣＩＮ，２
３，２５，２７と、充放電回路２４と、バンドギャップ電圧源２６と、時間計測回路２８と、記憶部３０と、制御部３２と、インターフェイス回路３４とを備える。

容量成分Ｃｐおよび検出対象Ｃｓは、端子ＣＩＮに電気的に並列に接続される。基準容量素子Ｃｒｅｆは端子ＣＲＥＦに電気的に接続される。

充放電回路２４は、容量成分Ｃｐおよび検出対象Ｃｓを電圧検出点Ｐに接続する。これにより容量成分Ｃｐおよび検出対象Ｃｓが充電される。このとき充放電回路２４は基準容量素子Ｃｒｅｆを放電させる。さらに、充放電回路２４は、基準容量素子Ｃｒｅｆを電圧検出点Ｐに接続して、基準容量素子Ｃｒｅｆを充電する。このとき充放電回路２４は、容量成分Ｃｐおよび検出対象Ｃｓを放電させる。

具体的には、充放電回路２４は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４を備える。スイッチＳＷ１〜ＳＷ４の各々は、制御部３２により制御される。

スイッチＳＷ１の第１の端部は、端子ＣＩＮに接続される。スイッチＳＷ１の第２の端部は、電圧検出点Ｐに接続される。スイッチＳＷ２の第１の端部は、端子ＣＩＮに接続される。スイッチＳＷ２の第２の端部は、接地される。スイッチＳＷ３の第１の端部は、端子ＣＲＥＦに接続される。スイッチＳＷ３の第２の端部は、電圧検出点Ｐに接続される。スイッチＳＷ４の第１の端部は、端子ＣＲＥＦに接続される。スイッチＳＷ４の第２の端部は、接地される。

スイッチＳＷ１，ＳＷ４は、同じタイミングでオンオフする。スイッチＳＷ２，ＳＷ３は、同じタイミングでオンオフする。スイッチＳＷ１，ＳＷ４がオン状態である場合、スイッチＳＷ２，ＳＷ３はオフ状態である。この場合、定電流源２０からの電流Ｉｒｅｆは、電圧検出点ＰおよびスイッチＳＷ１を介して端子ＣＩＮから出力される。端子ＣＩＮから出力される電流により容量成分Ｃｐおよび検出対象Ｃｓが充電される。さらに、基準容量素子Ｃｒｅｆが放電される。基準容量素子Ｃｒｅｆから出た電流は端子ＣＲＥＦおよびスイッチＳＷ４を介して接地ノードへと流れる。

スイッチＳＷ１，ＳＷ４がオフ状態である場合、スイッチＳＷ２，ＳＷ３はオン状態である。この場合、定電流源２０からの電流Ｉｒｅｆは、電圧検出点ＰおよびスイッチＳＷ３を介して端子ＣＲＥＦから出力される。端子ＣＲＥＦから出力される電流により基準容量素子Ｃｒｅｆが充電される。さらに、容量成分Ｃｐおよび検出対象Ｃｓが放電される。容量成分Ｃｐおよび検出対象Ｃｓからの電流は端子ＣＩＮおよびスイッチＳＷ２を介して接地ノードへと流れる。

時間計測回路２８は、電圧検出点Ｐに接続された容量素子または容量成分の充電時間を計測する。本実施の形態では、充電時間とは、電圧検出点Ｐの電圧Ｖｓが、０から基準電圧Ｖｒｅｆに達するまでの時間と定義される。

時間計測回路２８は、発振器４２と、カウンタ４４と、比較器４６とを備える。発振器４２は、一定の周期を有するクロック信号ＣＬＫを発生させる。発振器４２は、たとえばキャパシタと抵抗とを有するＣＲ発振回路により構成される。

発振器４２に入力される信号に応答して、発振器４２は、その発振周波数を調整することができる。端子２５は、発振器４２の発振周波数を外部から測定するための端子である。

発振器４２からのクロック信号ＣＬＫに応答して、カウンタ４４は、カウント値を変化
させる。スイッチＳＷ１，ＳＷ３の一方をオンさせるため、制御部３２が開始信号を出力する。カウンタ４４は、この開始信号が有効になった時点でカウントを開始する。

比較器４６は、電圧Ｖｓを基準電圧Ｖｒｅｆと比較する。電圧Ｖｓが基準電圧Ｖｒｅｆに達した時点において、比較器４６はカウンタ４４へ停止信号を与える。カウンタ４４は停止信号が有効になった時点でカウントを停止する。

バンドギャップ電圧源２６は、バンドギャップ電圧、すなわち、温度変化に対して安定した電圧を発生させる。バンドギャップ電圧源２６は、基準電圧Ｖｒｅfを比較器４６に供給する。さらに、バンドギャップ電圧源２６は、定電流源２０および発振器４２に電圧を供給する。

記憶部３０は、不揮発性メモリ（ＮＶＭ）４８およびデータ記憶部５０を備える。不揮発性メモリ４８は、トリミングコードを記憶する。このトリミングコードは、発振器４２の発振周波数および定電流源２０からの定電流Ｉｒｅｆの各々を所望の値に調整するためのデータである。端子２７は、発振周波数および定電流Ｉｒｅｆを外部から調整するための端子である。

なお、端子２７にトリミングコードが入力されるように限定されない。たとえばインターフェイス回路３４を通じてトリミングコードを不揮発性メモリ（ＮＶＭ）４８に記憶させてもよい。この場合、制御部３２はトリミングコードを不揮発性メモリ（ＮＶＭ）４８から読み出してトリミングを実行することができる。

データ記憶部５０は、既知の容量値を有する容量素子の充電時間として予め求められた第１のデータを記憶する。データ記憶部５０は、第１のデータを、発振器４２の発振周波数に対応付けて記憶する。

データ記憶部５０は、さらに、容量成分Ｃｐの充電時間として予め求められたデータと、基準容量素子Ｃｒｅｆの充電時間として予め求められたデータとを記憶する。これらのデータは、カウンタ４４のカウント値として表される。

データ記憶部５０に記憶されたカウント値は、モジュール５が電子機器１に実装される前に得られる。モジュール５が電子機器１に実装される前の状態とは、検出対象Ｃｓが信号ライン２に接続されていない状態に対応する。

制御部３２は、データ記憶部５０に記憶されたデータと、時間計測回路２８によって得られた計測値（カウント値）とに基づいて、検出対象Ｃｓの容量値を演算する。すなわち制御部３２は、本発明の容量検出回路における「演算部」を実現する。検出対象Ｃｓの容量値を演算するための処理は、後に詳細に説明される。

インターフェイス回路３４は、容量検出回路１０の外部に信号を出力し、あるいは、容量検出回路１０の外部からの信号を受ける。たとえば制御部３２によって算出された容量値がインターフェイス回路３４から出力される。さらに、端子２３は、発振器４２により発生したクロック信号ＣＬＫを容量検出回路１０の外部に出力する。

容量成分Ｃｐは、容量素子、容量成分あるいはそれらの組合わせを表現したものである。図３は、容量成分Ｃｐの具体例を示した図である。

図３を参照して、容量成分Ｃｐは、たとえば複数の寄生容量によって構成される。図３に示された例では、容量成分Ｃｐは、容量成分Ｃａ，Ｃｂ，Ｃｃを含む。容量成分Ｃａは
、信号ライン２の寄生容量を表す。容量成分Ｃｂは、ノイズフィルタ３に含まれる容量素子を表す。容量成分Ｃｃは、容量検出回路１０に含まれる容量成分を表す。

モジュール５の構成は、図１および図２に示された構成に限定されるものではない。図４は、モジュール５の別の構成例を示した図である。図４を参照して、検出対象Ｃｓがモジュール５に含まれる。検出対象Ｃｓは、その特性の変化と容量の変動との間に相関関係を有する素子であり、たとえば共振器である。また、モジュール５の外側に整合回路１２が設けられる。モジュール５が容量検出回路１０を含むのであれば、モジュール５はさらに別の構成を有していてもよい。

なお、煩雑な記載を避けるために、図３および図４では、基準容量素子Ｃｒｅｆが省略されている。

続いて、本発明の実施の形態に係る容量検出方法が説明される。
一般に、容量素子に蓄えられる電荷Ｑと、その容量素子の容量値Ｃと、その容量素子の電圧Ｖとの間には、Ｑ＝ＣＶの関係が成立する。この式の両辺を時間ｔで微分すると、次の関係式が得られる。Ｉは電流を表す。

ｄＱ／ｄｔ＝Ｉ＝Ｃ×（ｄＶ／ｄｔ）
上記の式は、容量素子を定電流により充電した場合に、電圧Ｖが時間に比例して上昇することを示している。

図５は、本発明の実施の形態に従う容量の検出の基本的な方法を示した図である。図５を参照して、Ｃｐ，Ｃｓは、容量成分Ｃｐの容量値および検出対象Ｃｓの容量値を表す。Ｃ＝（Ｃｐ＋Ｃｓ）の場合およびＣ＝Ｃｐの場合の両方において、電圧検出点Ｐの電圧Ｖｓが電圧Ｖｒｅｆに達するまでのカウント値が取得される。カウント値は、クロック信号ＣＬＫの周期に比例した所定の周期で変化する。したがって、充電時間はカウント値と、その所定の周期との積によって表される。

電圧Ｖｓが電圧Ｖｒｅｆに達した時のカウント値は、容量値の大きさに依存する。Ｃ＝（Ｃｐ＋Ｃｓ）の場合には、カウント値はＮｐｓであり、Ｃ＝Ｃｐの場合には、カウント値はＮｐである。ΔＮは、カウント値Ｎｐｓ，Ｎｐの差分である。ΔＮは、検出対象Ｃｓに対応する充電時間を表している。

既知の容量値Ｃｋを有する容量素子のカウント値Ｎ０が予め求められる。Ｃｓ：Ｃｋ＝ΔＮ：Ｎ０の関係から、検出対象Ｃｓの容量値を求めることができる。本実施の形態では、以下の手順を経て検出対象Ｃｓの容量を検出することができる。

（１）容量検出回路の調整
（２）モジュールの調整
（３）モジュールの電子機器への実装
以下において、各手順での処理が、より詳細に説明される。

（容量検出回路の調整）
図６は、容量検出回路の調整を説明するための回路図である。図６を参照して、容量検出回路１０は、テストボード６０に接続される。テストボード６０は、容量素子Ｃｒｅｆ′，Ｃｐ′，Ｃｋと、カウンタ６２と、周波数測定回路６４とを含む。容量素子Ｃｐ′，Ｃｋは、容量検出回路１０の端子ＣＩＮに並列接続される。容量素子Ｃｒｅｆ′は、容量検出回路１０の端子ＣＲＥＦに接続される。

容量素子Ｃｋ，Ｃｐ′，Ｃｒｅｆ′の容量値は、予め測定される。容量が互いに等しい素子が容量成分Ｃｐ′，Ｃｒｅｆ′として選択される。たとえば、容量素子Ｃｒｅｆ′の容量値が予め定められているのであれば、その容量値と略等しい容量値を有する容量素子を容量素子Ｃｐ′として選択することができる。

容量検出回路１０は、端子２３，２５，２７を有する。端子２３は、クロック信号ＣＬＫを出力する。クロック信号ＣＬＫは、カウンタ６２に入力される。カウンタ６２は、開始信号に応じてカウントを開始し、停止信号に応じてカウントを終了する。端子２５は、周波数測定回路６４に接続される。端子２７は、発振周波数を調整するためのトリミングコードを受信する。

図７は、容量検出回路の調整を説明するためのフローチャートである。図６および図７を参照して、ステップＳ１において、周波数測定回路６４は、容量検出回路１０の内部に設けられた発振器の発振周波数を測定する。ステップＳ２において、測定された発振周波数に基づいて、定電流源２０（図２参照）からの電流Ｉｒｅｆおよび発振周波数ｆｏｓｃのトリミングが実行される。トリミングによって、電流Ｉｒｅｆの値が所望の値に調整されるとともに、発振周波数ｆｏｓｃが初期周波数ｆｏｓｃ０に調整される。

図２および図７を参照して、ステップＳ３において、制御部３２は、発振周波数ｆｏｓｃ０およびトリミングコードを記憶部３０（不揮発性メモリ４８）に格納する。

ステップＳ４において、容量検出回路１０は、端子ＣＩＮから電流Ｉｒｅｆを供給して、容量素子Ｃｐ′，Ｃｋを充電する。具体的には、制御部３２は、充放電回路２４を制御して、スイッチＳＷ１，ＳＷ４をオンするとともに、スイッチＳＷ２，ＳＷ３をオフする。時間計測回路２８は、電圧Ｖｓが基準電圧Ｖｒｅｆに達するまでのカウント値Ｎ０１を生成する。制御部３２は、時間計測回路２８からカウント値Ｎ０１を取得する。

ステップＳ５において、容量検出回路１０は、端子ＣＲＥＦから電流Ｉｒｅｆを供給して、容量素子Ｃｒｅｆ′を充電する。具体的には、制御部３２は、充放電回路２４を制御して、スイッチＳＷ２，ＳＷ３をオンするとともに、スイッチＳＷ１，ＳＷ４をオフする。容量素子Ｃｒｅｆ′が充電されるとともに、容量素子Ｃｐ′，Ｃｋが放電される。時間計測回路２８は、電圧Ｖｓが基準電圧Ｖｒｅｆに達するまでのカウント値Ｎ０２を生成する。制御部３２は、時間計測回路２８からカウント値Ｎ０２を取得する。なお、ステップＳ４，Ｓ５の処理は、逆の順に実行されてもよい。

ステップＳ６において、制御部３２は、２つのカウント値Ｎ０１，Ｎ０２の差分ΔＮ０を演算する。差分カウント値ΔＮ０は、ΔＮ０＝Ｎ０１−Ｎ０２から求められる。

ステップＳ７において、制御部３２は、容量素子Ｃｋの容量値と、カウント値の差分ΔＮ０とを記憶部３０（データ記憶部５０）に格納する。以下の説明では、容量素子Ｃｋの容量値を容量値Ｃｋと表す。

容量素子Ｃｐ′，Ｃｒｅｆ′の容量値は互いに等しい。したがって容量素子Ｃｋ，Ｃｐ′の容量値の合計と容量素子Ｃｒｅｆ′の容量値との間の差は容量値Ｃｋに等しい。別の測定によって、容量値Ｃｋは、予め精密に求められる。差分カウント値ΔＮ０は、容量素子Ｃｋの充電時間を表すカウント値である。

ステップＳ６，Ｓ７の処理によって、容量検出回路１０は、容量値Ｃｋと差分カウント値ΔＮ０とを、互いに関連付けて記憶する。

図８は、容量検出回路の記憶部に記憶されたデータを示した図である。図８を参照して、記憶部３０の不揮発性メモリ４８は、周波数ｆｏｓｃ０をトリミングコードＤに関連付けて記憶する。記憶部３０のデータ記憶部５０は、容量値Ｃｋと差分カウント値ΔＮ０とを互いに関連付けて記憶する。周波数ｆｏｓｃ０は、発振周波数の初期値である。

（モジュールの調整）
図９は、モジュールの調整を説明するための回路図である。図９を参照して、モジュールは、テストボード７０に接続される。テストボード７０は、カウンタ７２と、周波数測定回路７４とを含む。クロック信号ＣＬＫは、容量検出回路１０の端子２３から出力されて、カウンタ７２に入力される。カウンタ７２は、開始信号に応じてカウントを開始し、停止信号に応じてカウントを終了する。端子２５は、周波数測定回路７４に接続される。発振周波数および定電流Ｉｒｅｆは調整済みである。したがって図９では端子２７は示されていない。

なお、容量成分Ｃｐおよび基準容量素子Ｃｒｅｆの容量値が既知である必要はない。さらに容量成分Ｃｐの容量値と基準容量素子Ｃｒｅｆの容量値とが互いに同じである必要はない。

図１０は、モジュールの調整を説明するためのフローチャートである。図９および図１０を参照して、ステップＳ１１において、周波数測定回路７４は、容量検出回路１０の内部に設けられた発振器の発振周波数を測定する。

図２および図１０を参照して、ステップＳ１２において、制御部３２は、測定された発振周波数に基づいて、記憶部３０（データ記憶部５０）に格納された差分カウント値ΔＮ０を補正する。制御部３２は、以下の式（１）に従って、差分カウント値ΔＮ０を補正して、差分カウント値ΔＮ０′を生成する。

ΔＮ０′＝ΔＮ０×ｆｏｓｃ／ｆｏｓｃ０ ・・・（１）
制御部３２は、データ記憶部５０に記憶された差分カウント値ΔＮ０を、ΔＮ０′へと更新する。

ステップＳ１３において、容量検出回路１０は、端子ＣＩＮから電流Ｉｒｅｆを供給して、容量成分Ｃｐを充電する。時間計測回路２８は、電圧Ｖｓが基準電圧Ｖｒｅｆに達するまでのカウント値Ｎ１を生成する。制御部３２は、時間計測回路２８からカウント値Ｎ１を取得する。

ステップＳ１４において、容量検出回路１０は、端子ＣＲＥＦから電流Ｉｒｅｆを供給して、基準容量素子Ｃｒｅｆを充電する。時間計測回路２８は、電圧Ｖｓが基準電圧Ｖｒｅｆに達するまでのカウント値Ｎ２を生成する。制御部３２は、時間計測回路２８からカウント値Ｎ２を取得する。

ステップＳ１３，Ｓ１４の処理は、ステップＳ４，Ｓ５の処理とそれぞれ同様であるので詳細な説明は以後繰り返さない。ステップＳ１３，Ｓ１４の処理は、逆の順に実行されてもよい。

ステップＳ１５において、制御部３２は、カウント値Ｎ１を端子ＣＩＮに関連付けて記憶部３０（データ記憶部５０）に格納する。さらに制御部３２は、カウント値Ｎ２を端子ＣＲＥＦに関連付けて記憶部３０（データ記憶部５０）に格納する。

図１１は、モジュールの調整後に容量検出回路の記憶部に記憶されたデータを示した図
である。図１１を参照して、記憶部３０のデータ記憶部５０は、容量値Ｃｋと差分カウント値ΔＮ０′とを互いに関連付けて記憶する。さらにデータ記憶部５０は、カウント値Ｎ１，Ｎ２を端子ＣＩＮ，ＣＲＥＦにそれぞれ関連付けて記憶する。

容量検出回路１０をモジュール５に実装することによって、発振器の発振周波数が変化する可能性がある。このため、ステップＳ１１において発振周波数が測定される。

発振器の発振周波数が変化する前後では容量素子Ｃｋの充電時間は変化しない。したがって、以下の関係が成立する。

ΔＮ０′／ｆｏｓｃ＝ΔＮ０／ｆｏｓｃ０
上記の式を変形することにより式（１）が導かれる。

カウント値Ｎ１，Ｎ２は、検出対象Ｃｓの容量値を検出するために用いられる。寄生容量の大きさはモジュールごとに異なりうる。したがって、容量成分Ｃｐもモジュールごとに異なりうる。ステップＳ１３，Ｓ１４の処理は、容量成分Ｃｐの容量値のばらつきを考慮してモジュールを校正することに相当する。

（モジュールの電子機器への実装）
図１２は、検出対象Ｃｓの容量値の検出を説明するためのフローチャートである。図１２に示された処理は、任意のタイミング（たとえば一定の周期）で実行される。図２および図１２を参照して、ステップＳ２１において、容量検出回路１０は、端子ＣＩＮから電流Ｉｒｅｆを供給して、容量成分Ｃｐおよび検出対象Ｃｓを充電する。時間計測回路２８は、電圧Ｖｓが基準電圧Ｖｒｅｆに達するまでのカウント値Ｎ１１を生成する。制御部３２は、時間計測回路２８からカウント値Ｎ１１を取得する。

ステップＳ２２において、容量検出回路１０は、端子ＣＲＥＦから電流Ｉｒｅｆを供給して、基準容量素子Ｃｒｅｆを充電する。時間計測回路２８は、電圧Ｖｓが基準電圧Ｖｒｅｆに達するまでのカウント値Ｎ１２を生成する。制御部３２は、時間計測回路２８からカウント値Ｎ１２を取得する。

ステップＳ２１，Ｓ２２の処理は、ステップＳ４，Ｓ５の処理とそれぞれ同様であるので詳細な説明は以後繰り返さない。ステップＳ２１，Ｓ２２の処理は、逆の順に実行されてもよい。

ステップＳ２３において、制御部３２は、カウント値Ｎ１２に対するカウント値Ｎ２の比率、すなわちＮ２／Ｎ１２を算出する。

ステップＳ２４において、制御部３２は、カウント値Ｎ１１に、上記の比率（Ｎ２／Ｎ１２）を乗じてカウント値Ｎ１１′を算出する。すなわち以下の式（２）に従ってカウント値Ｎ１１′が算出される。

Ｎ１１′＝Ｎ１１×（Ｎ２／Ｎ１２） ・・・（２）
ステップＳ２５において、制御部３２は、以下の式（３）に従って容量値Ｃｓを求める。

ΔＮ０′：（Ｎ１１′−Ｎ１）＝Ｃｋ：Ｃｓ ・・・（３）
モジュール５が電子機器１に実装されても容量成分Ｃｐの容量は基本的には変化しない。カウント値Ｎ１１は、容量成分Ｃｐおよび検出対象Ｃｓの充電時間を示し、カウント値Ｎ１は、容量成分Ｃｐの充電時間を示す。モジュール５が電子機器１に実装される前後で
発振周波数ｆｏｓｃが変動しなければ、検出対象Ｃｓの充電時間を示すカウント値は、（Ｎ１１−Ｎ１）となる。既知の容量値Ｃｋに対応するカウント値はデータ記憶部５０に予め求められている（差分カウント値ΔＮ０′）。したがって、発振周波数ｆｏｓｃが変動しなければ、Ｃｋ：Ｃｓ＝ΔＮ０′：（Ｎ１１−Ｎ１）の関係から検出対象Ｃｓの容量値を求めることができる。

しかしながら発振周波数ｆｏｓｃは温度などの要因で変動しうる。したがって本発明の実施の形態では、発振周波数の変動を考慮してカウント値Ｎ１１が補正される。

モジュール５を電子機器１に実装する前後では、基準容量素子Ｃｒｅｆの容量値は変化しない。したがって発振周波数が変動した場合には、基準容量素子Ｃｒｅｆの充電時間を示すカウント値が変化する。

カウント値Ｎ１２，Ｎ２の比率Ｎ２／Ｎ１２は、（モジュール５を電子機器１に実装する前の発振周波数）／（モジュール５を電子機器１に実装した後の発振周波数）を表す。

差分カウント値（Ｎ１１′−Ｎ１）およびカウント値ΔＮ０′は、ともにモジュール５を電子機器１に実装する前の発振周波数に基づいて得られた値である。したがって、式（３）に示された関係から容量値Ｃｓが検出される。

なお、発振周波数が安定している場合には、カウント値Ｎ１２，Ｎ２の比率が１に近くなる。このような場合には、ステップＳ１４，Ｓ２２〜Ｓ２４の処理を省略することができる。この場合には、ステップＳ２５において、以下の式（４）に従って容量値Ｃｓを検出することができる。

ΔＮ０′：（Ｎ１１−Ｎ１）＝Ｃｋ：Ｃｓ ・・・（４）
以上のように、第１の実施の形態によれば、モジュールを電子機器に実装する前に、モジュールの容量成分Ｃｐに対応するカウント値が取得されて、そのカウント値が記憶される。

図３に例示されるように、容量成分Ｃｐは、モジュールの寄生容量を含みうる。このため、モジュールごとに容量成分Ｃｐの容量値が異なりうる。すなわち容量成分Ｃｐの容量値のばらつきがモジュール間で大きくなる可能性がある。しかし、あるモジュールの容量成分Ｃｐの容量値は、基本的には、そのモジュールが電子機器に実装された前後で変化しない。したがって、第１の実施の形態によれば、モジュールごとに容量成分Ｃｐの容量値が異なる場合であっても、検出対象Ｃｓの容量値を精度よく検出することができる。

さらに実施の形態１によれば、容量成分Ｃｐおよび検出対象Ｃｓの充電時間に対応するカウント値（Ｎ１１）が補正される。たとえば温度などの要因によって、発振周波数が変動する可能性がある。第１の実施の形態によれば、発振周波数の変動によらず、検出対象Ｃｓの容量値を精度よく検出することができる。

［実施の形態２］
図１３は、本発明の第２の実施の形態に係るモジュールを実装した電子機器の概略的な構成を示したブロック図である。図１３を参照して、容量検出回路１０は、容量値Ｃｓを検出して、その検出された容量値Ｃｓに応じた制御信号を整合回路１２に与える。これにより容量検出回路１０は、整合回路１２を制御する。上記のように、整合回路１２は、可変容量素子を含む。たとえば制御信号は、可変容量素子の容量値を変化させるために用いられる。

なお、第２の実施の形態では、容量検出回路１０が整合回路１２を直接的に制御するものと限定されない。たとえば、モジュール５は、容量検出回路１０から出力された制御信号に応じて整合回路１２を制御する制御回路を含んでいてもよい。

容量検出回路１０の構成は、基本的には、図２に示された構成と同様である。記憶部３０は、検出された容量値と制御信号の種類との間の関係を定義するテーブルを記憶する。なお、容量検出回路１０の他の部分の構成は、図２に示された構成と同様であるので、以後は詳細な説明を繰り返さない。

図１４は、第２の実施の形態に係る容量検出回路１０が有する記憶部の構成を示した図である。図１１および図１４を参照して、第２の実施の形態では、記憶部３０の不揮発性メモリ４８に、テーブル４８ａ，４８ｂが記憶される。なお、テーブルの個数は特に限定されるものではない。

テーブル４８ａにおいて、容量値Ｃｓの範囲と制御信号の種類とが対応付けられている。たとえば、容量検出回路１０は、制御信号を出力するための２つのチャネルを有する。たとえば容量値ＣｓがＣ０より小さい場合、第１のチャネル（チャネル１）および第２のチャネル（チャネル２）は、制御信号ＳＰＩ１ａ，ＳＰＩ２ａとそれぞれ対応付けられる。

図２に示された制御部３２は、テーブルを参照することにより、検出された容量値Ｃｓに対応付けられた制御信号の種類を特定する。制御部３２は、特定された種類の制御信号を生成する。生成された制御信号は、インターフェイス回路３４（図２参照）から出力される。なお、外部の装置がインターフェイス回路３４にアクセスして、制御信号を読み出してもよい。

以上のように第２の実施の形態によれば、検出された容量に応じた制御を実行することができる。これによりユーザにとっての利便性を高めることができる。

なお、上記の実施の形態において、差分カウント値ΔＮ０は、既知の容量値（Ｃｋ）を有する容量素子の充電時間として予め求められた第１のデータに対応する。カウント値Ｎ１は、容量成分Ｃｐの充電時間として予め求められた第２のデータに対応する。差分カウント値（Ｎ１１′−Ｎ１）は、検出対象Ｃｓの充電時間を示す第３のデータに対応する。カウント値Ｎ２は、基準容量素子Ｃｒｅｆの充電時間として予め求められた第４のデータに対応する。カウント値Ｎ１１は、時間計測回路２８の第１の計測値に対応する。カウント値Ｎ１２は、時間計測回路２８の第２の計測値に対応する。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

２ 信号ライン、３ ノイズフィルタ、４ 高周波電源、５ モジュール、１０ 容量検出回路、１２ 整合回路、２０ 定電流源、２３，２５，２７，ＣＩＮ，ＣＲＥＦ 端子、２４ 充放電回路、２６ バンドギャップ電圧源、２８ 時間計測回路、３０ 記憶部、３２ 制御部、３４ インターフェイス回路、４２ 発振器、４４，６２，７２ カウンタ、４６ 比較器、４８ 不揮発性メモリ、５０ データ記憶部、６０，７０ テストボード、６４，７４ 周波数測定回路、Ｃｋ 容量素子、Ｃｒｅｆ 基準容量素子、Ｃｓ 検出対象、Ｌｂ インダクタ、Ｐ 電圧検出点。

Claims (7)

1. 検出対象（Ｃｓ）に接続され、容量成分（Ｃｐ）を含む電流経路と、
   前記電流経路を介して前記検出対象（Ｃｓ）に定電流を供給して、前記検出対象（Ｃｓ）の容量値を検出する容量検出回路（１０）とを備え、
   前記容量検出回路（１０）は、
   電圧検出点（Ｐ）に前記定電流を供給する定電流源（２０）と、
   前記電流経路を前記電圧検出点（Ｐ）に接続して前記検出対象（Ｃｓ）および前記容量成分（Ｃｐ）を充電し、前記電流経路を前記電圧検出点（Ｐ）から切り離して前記検出対象（Ｃｓ）および前記容量成分（Ｃｐ）を放電させる充放電回路（２４）と、
   前記電圧検出点（Ｐ）の電圧が所定の電圧に達するまでの充電時間を計測する時間計測部（２８）と、
   既知の容量値を有する容量素子（Ｃｋ）の前記充電時間として予め求められた第１のデータ（ΔＮ０）と、前記容量成分（Ｃｐ）の前記充電時間として予め求められた第２のデータ（Ｎ１）とを記憶する記憶部（３０）と、
   前記電流経路が前記電圧検出点（Ｐ）に接続されたときの前記時間計測部（２８）の第１の計測値（Ｎ１１）と、前記第２のデータ（Ｎ１）との間の差により、前記検出対象（Ｃｓ）の前記充電時間を示す第３のデータを生成し、前記第３のデータと前記第１のデータ（ΔＮ０）との間の比率、および前記既知の容量値に基づいて、前記検出対象の（Ｃｓ）の容量値を演算する演算部（３２）とを含む、モジュール。
2. 前記時間計測部（２８）は、
   発振器（４２）と、
   前記発振器の出力信号に応答して、前記充電時間を示すデータとして、カウント値を生成するカウンタ（４４）とを含み、
   前記記憶部（３０）は、前記発振器の発振周波数の初期値と前記第１のデータ（ΔＮ０）の初期値とを予め記憶し、
   前記演算部（３２）は、前記第１のデータ（ΔＮ０）の初期値を、前記発振周波数の初期値と前記発振周波数の計測値との比率に従って補正して、前記第１のデータ（ΔＮ０）を更新する、請求項１に記載のモジュール。
3. 前記モジュールは、
   基準容量素子（Ｃｒｅｆ）をさらに備え、
   前記充放電回路（２４）は、前記基準容量素子（Ｃｒｅｆ）に前記電圧検出点（Ｐ）を接続して前記基準容量素子（Ｃｒｅｆ）を充電し、
   前記充放電回路（２４）は、前記基準容量素子（Ｃｒｅｆ）を前記電圧検出点（Ｐ）から切り離して、前記基準容量素子（Ｃｒｅｆ）を放電させ、
   前記時間計測部（２８）は、前記基準容量素子（Ｃｒｅｆ）の前記充電時間を計測して第２の計測値（Ｎ１２）を出力し、
   前記記憶部（３０）は、前記基準容量素子（Ｃｒｅｆ）の前記充電時間として予め求められた第４のデータ（Ｎ２）を予め記憶し、
   前記演算部（３２）は、前記第２の計測値（Ｎ１２）と前記第４のデータ（Ｎ２）との比率に基づいて、前記第１の計測値（Ｎ１１）を補正する、請求項１に記載のモジュール。
4. 前記記憶部（３０）は、制御信号の種類を示す情報と前記検出対象（Ｃｓ）の容量値との間の関係を記憶し、
   前記演算部（３２）は、算出された容量値と前記記憶部（３０）に記憶された前記関係とに基づいて、制御信号を発生させ、
   前記容量検出回路は、
   算出された容量値および前記制御信号を出力するためのインターフェイス回路（３４）をさらに備える、請求項１に記載のモジュール。
5. 容量成分（Ｃｐ）を含む電流経路に接続された検出対象（Ｃｓ）の容量値を検出するための容量検出方法であって、
   電圧検出点（Ｐ）に定電流を供給して前記検出対象（Ｃｓ）および前記容量成分（Ｃｐ）を充電するステップと、
   前記電圧検出点（Ｐ）の電圧が所定の電圧に達するまでの充電時間を計測するステップと、
   既知の容量値を有する容量素子（Ｃｋ）の充電時間として予め求められた第１のデータ（ΔＮ０）と、前記容量成分（Ｃｐ）の充電時間として予め求められた第２のデータ（Ｎ１）とを予め記憶するステップと、
   前記検出対象（Ｃｓ）および前記容量成分（Ｃｐ）の前記充電時間として計測された第１の計測値（Ｎ１１）と、前記第２のデータ（Ｎ１）との間の差により、前記検出対象（Ｃｓ）の前記充電時間を示す第３のデータを生成するステップと、
   前記第３のデータと前記第１のデータ（ΔＮ０）との間の比率、および前記既知の容量値に基づいて、前記検出対象（Ｃｓ）の容量値を演算するステップとを備える、容量検出方法。
6. 前記計測するステップは、
   発振器（４２）と、前記発振器の出力信号に応答してカウント値を生成するカウンタ（４４）とにより、前記充電時間を計測し、
   前記容量検出方法は、
   前記発振器（４２）の発振周波数の初期値と前記第１のデータ（ΔＮ０）の初期値とを予め記憶するステップと、
   前記第１のデータ（ΔＮ０）の初期値を、前記発振周波数の初期値と前記発振周波数の計測値との比率に従って補正するステップとをさらに備える、請求項５に記載の容量検出方法。
7. 前記容量検出方法は、
   基準容量素子（Ｃｒｅｆ）の前記充電時間として予め求められた第４のデータ（Ｎ２）を予め記憶するステップと、
   前記電圧検出点（Ｐ）に前記定電流を供給して前記基準容量素子（Ｃｒｅｆ）を充電するステップと、
   前記基準容量素子（Ｃｒｅｆ）の前記充電時間を計測して第２の計測値（Ｎ１２）を生成するステップとをさらに備え、
   前記第３のデータを生成するステップは、
   前記第２の計測値（Ｎ１２）と前記第４のデータ（Ｎ２）との比率に基づいて、前記第１の計測値（Ｎ１１）を補正するステップを含む、請求項５に記載の容量検出方法。

Images