JP4676643B2

JP4676643B2 - 電位固定装置および容量測定装置

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Publication number: JP4676643B2
Application number: JP2001131084A
Authority: JP
Inventors: 正巳八壁
Original assignee: Tokyo Electron Ltd; Hokuto Electronics Inc
Current assignee: Tokyo Electron Ltd; Hokuto Electronics Inc
Priority date: 2001-04-27
Filing date: 2001-04-27
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2021-04-27
Also published as: TWI226522B; JP2002323523A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電位固定装置および容量測定装置に関し、特に、第１容量と第２容量との間の接続線の電位を固定するための電位固定装置および容量測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、コンデンサマイクロホンなどの様々な周波数で静電容量の値が変わる場合の容量を測定する容量測定装置が知られている。図６は、従来の容量測定装置の一例を示した回路図である。図６に示すように、従来の容量測定装置は、演算増幅器１１２と、交流電圧発生器１１３と、被測定容量１１４と、帰還インピーダンスとしての帰還抵抗１１６とを備えている。帰還抵抗１１６と、被測定容量１１４とは、信号線１１７を介して接続されている。演算増幅器１１２の一方端子には、信号線１１７が接続されている。また、被測定容量１１４の信号線１１７に接続される側とは反対の電極には、交流電圧発生器１１３の一方端が接続されている。また、交流電圧発生器１１３の他方端は、接地されている。
【０００３】
ここで、被測定容量１１４は、受けた物理量（加速度、圧力、ガス、光、音波など）に応じてその有する静電容量Ｃ_ｓを変化させるものである。また、交流電圧発生器１１３は、容量測定時に、被測定容量１１４に印加される動作信号Ｖｉｎを発生するためのものである。
【０００４】
図６に示した従来の容量測定装置の容量測定動作としては、交流電圧発生器１１３から動作信号（電圧：Ｖｉｎ）を発生すると、その動作信号の電圧Ｖｉｎが、被測定容量１１４の両端に掛かる。これにより、被測定容量１１４に電流が流れる。この場合、演算増幅器１１２の入力インピーダンスは理想的には無限大であるので、被測定容量１１４に流れる電流はすべて帰還抵抗１１６に流れる。これにより、被測定容量１１４の静電容量Ｃ_ｓに対応する出力電圧Ｖｏｕｔを信号出力端子１１８から出力することができる。そして、この検出信号の出力電圧Ｖｏｕｔに基づいて種々の信号処理を行うことによって、静電容量Ｃ_ｓを得ることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図６に示した従来の容量測定装置では、帰還インピーダンスとして帰還抵抗１１６を用いているので、信号出力端子１１８の出力電圧Ｖｏｕｔは、次の式（１）で表されるように周波数特性を持ってしまう。
【０００６】
Ｖｏｕｔ＝−Ｒｆ｛（Ｃ_ｄ＋ΔＣ・ｓｉｎω_ｃｔ）・ω_ｉｎ・ｃｏｓω_ｉｎｔ
＋ΔＣ・ω_ｃ・ｃｏｓω_ｃｔ・ｓｉｎω_ｉｎｔ｝Ｖｉ・・・（１）
上記式（１）を参照して、Ｖｉは、交流電源発生器１１３からの信号Ｖｉｎの振幅であり、ω_ｉｎは、動作信号Ｖｉｎの角速度である。また、Ｃ_ｄは、被測定容量１１４の標準容量値であり、ΔＣおよびω_ｃは、それぞれ、被測定容量１４４のうち、容量変化分の容量値および角速度である。上記式（１）では、容量変化分の角速度ω_ｃが、容量変化分の容量値ΔＣに比例する項が含まれる。このため、出力電圧Ｖｏｕｔが容量変化分の周波数（ω_ｃ／２π＝ｆ_ｃ）に比例することになるので、周波数特性を持ってしまう。したがって、後段に周波数特性を持たなくするように処理回路を新たに設ける必要がある。その結果、回路規模が大きくなってしまうという不都合が生じる。
【０００７】
そこで、帰還インピーダンスを抵抗ではなくキャパシタ（容量）によって構成する技術が提案されている。図７は、そのような容量測定装置を示した回路図である。図７を参照して、この容量測定装置では、帰還インピーダンスを帰還容量１１５によって構成している。この回路の出力電圧Ｖｏｕｔは、次の式（２）で表される。
【０００８】
Ｖｏｕｔ＝｛（Ｃ_ｄ＋ΔＣ・ｓｉｎω_ｃｔ）／Ｃ_ｆ｝Ｖｉｎ・・・（２）
上記式（２）に示すように、帰還インピーダンスを帰還容量１１５（容量値：Ｃ_ｆ）によって構成すれば、静電容量Ｃ_ｓで蓄えられる電荷と帰還容量１１５の容量値Ｃ_ｆで蓄えられる電荷とが等しくなるので、信号線１１７の電荷量を一定にすることができる。これにより、出力電圧Ｖｏｕｔには、角速度ω_ｃに比例する項が含まれない。このため、回路出力は容量変化周波数に対する依存性がないので、後段に周波数特性を持たなくするように処理回路を新たに設ける必要がない。その結果、回路規模が大きくなるのを防止することができる。
【０００９】
しかしながら、図７に示した技術のように、帰還インピーダンスを帰還容量１１５によって構成した場合には、帰還容量１１５と被測定容量１１４との間に位置する信号線１１７には直流電流が流れないので、信号線１１７は電気的に浮遊な状態（フローティング状態）となる。このため、信号線１１７の電位が不安定となり、回路出力が電源電圧に飽和するなど、正常に回路が動作しなくなるという不都合がある。
【００１０】
上記のような不都合を防止するため、図７に示すように、信号線１１７とＧＮＤとの間に抵抗１１９を接続することによって、信号線１１７の電位を固定することも考えられる。
【００１１】
しかしながら、上記のように、抵抗１１９によって電位を固定する場合には、容量測定時に、抵抗１１９に電流が流れる場合がある。その場合には、信号線１１７の電荷量が変化してしまうので、容量測定装置の感度が低下するという問題点があった。このため、容量測定を正確に行うのは困難であった。
【００１２】
また、被測定容量１１４にＶｉｎが印加される際に、信号線１１７をシールド線（図示せず）によって被覆するとともに、仮想ショートによってそのシールド線と信号線１１７とを同電位にした上で、シールド線および信号線１１７をＧＮＤに落としたとしても、現実のオペアンプ（演算増幅器１１２）では、信号線１１７がＧＮＤにならずに、わずかにＶｉｎの信号が信号線１１７に乗る。このため、シールド線と信号線１１７との間に寄生容量が生じるので、その寄生容量の影響によって容量測定を正確に行うのは困難であった。
【００１３】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、
この発明の１つの目的は、第１容量と第２容量との間の接続線における電荷量が変化するのを防止することが可能な電位固定装置を提供することである。
【００１４】
この発明のもう１つの目的は、第１容量と第２容量との間の接続線の電位を固定した場合にも、感度を低下させることなく正確な容量測定を行うことが可能な容量測定装置を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明の一の局面における電位固定装置は、第１容量と、第１容量に直接的に接続される第２容量との２つの容量間の接続線であって、第１演算増幅器の入力端子に接続される接続線の電位を固定するための電位固定装置であって、増幅器と、所定電圧印加手段と、第１高抵抗と、第２高抵抗と、出力端子とを含む電圧供給手段を備えている。そして、増幅器には、第１高抵抗の一方端が接続され、第１高抵抗の他方端と第２高抵抗の一方端とが接続され、第１高抵抗の他方端と第２高抵抗の一方端との間には、出力端子が接続され、第２高抵抗の他方端と所定電圧印加手段とが接続されており、電圧供給手段は、容量測定時に第１演算増幅器の仮想ショートを利用して接続線に印加される容量測定のための動作信号の電位と等しい電位を出力するとともに、電圧供給手段の出力端子は、２つの容量間の接続線に接続されている。
【００１６】
このように構成すれば、増幅器の増幅度と、第１高抵抗および第２高抵抗の抵抗値と、所定電圧印加手段の電圧値とを決定することによって、容易に電圧供給手段の出力端子の電位を、第１容量と第２容量との間の接続線に印加される動作信号の電位と等しい電位に制御することができる。
【００１７】
上記一の局面における電位固定装置において、好ましくは、第２高抵抗は、第１高抵抗に直接的に接続され、電圧供給手段は、第１高抵抗と第２高抵抗とによって分圧された電位を出力する電圧分圧手段を含む。なお、本発明における「高抵抗」とは、対象容量が１ｐＦ程度で、数百ＭＨｚ以上のときは、数ＭΩ以上であり、対象容量が１ｐＦ程度で、数百ＫＨｚ〜１ＭＨｚ程度のときは、数百ＭΩ以上である。すなわち、「高抵抗」は、第１容量および第２容量のインピーダンス成分に比べて、十分に大きな相対的に高い抵抗値を有する抵抗を意味する。このように、電圧供給手段を、第１高抵抗と第２高抵抗とによって分圧された電位を出力する電圧分圧手段を含むように構成すれば、第１高抵抗および第２高抵抗の抵抗値を適宜選択することにより、容易に電圧供給手段の出力電位を調節することができる。
【００１８】
この発明の他の局面における容量測定装置は、被測定容量としての第１容量と、第１容量に直接的に接続される固定容量としての第２容量との２つの容量間の信号線としての接続線であって、第１演算増幅器の入力端子に接続される接続線の電位を固定するための電位固定装置を含む容量測定装置であって、電位固定装置は、増幅器と、所定電圧印加手段と、第１高抵抗と、第２高抵抗と、出力端子とを含む電圧供給手段を備えている。増幅器には、第１高抵抗の一方端が接続され、第１高抵抗の他方端と第２高抵抗の一方端とが接続され、第１高抵抗の他方端と第２高抵抗の一方端との間には、出力端子が接続され、第２高抵抗の他方端と所定電圧印加手段とが接続されており、電圧供給手段は、容量測定時に第１演算増幅器の仮想ショートを利用して信号線としての接続線に印加される容量測定のための動作信号の電位と等しい電位を出力するとともに、電圧供給手段の出力端子は、２つの容量間の信号線としての接続線に接続されている。そして、被測定容量の静電容量に対応する固定容量からの出力電圧に基づいて、被測定容量の静電容量を取得する。
【００１９】
上記他の局面における容量測定装置において、好ましくは、容量測定装置が、さらに、第２演算増幅器を含み、その第２演算増幅器の出力端子は第２容量に接続されている。このように構成すれば、第２演算増幅器を電流源として用いることができる。
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
（第１参考例）
図１は、本発明の第１参考例による電位固定装置を含む容量測定装置を示した回路図である。図２は、図１に示した第１参考例の電位固定装置の増幅器の内部構成の一例を示した回路図である。
【００２１】
まず、図１および図２を参照して、第１参考例による電位固定装置を含む容量測定装置の構成について説明する。この第１参考例の容量測定装置は、演算増幅回路１２と、交流電圧発生器１３と、静電容量Ｃ_ｓを有する被測定容量１４と、容量値Ｃ_ｆを有するインピーダンスとしての固定容量１５とを備えている。なお、演算増幅器１２は、本発明の「第１演算増幅器」の一例である。また、被測定容量１４は、本発明の「第１容量」または「第２容量」の一例であり、固定容量１５は、本発明の「第１容量」または「第２容量」の一例である。
【００２２】
被測定容量１４と、固定容量１５とは、信号線１７によって接続されている。信号線１７は、演算増幅回路１２の一方端子に接続されている。なお、この信号線１７は、本発明の「接続線」の一例である。また、被測定容量１４の信号線１７に接続される側とは反対の電極には、交流電圧発生器１３の一方端が接続されている。また、固定容量１５の信号線１７に接続される側とは反対の電極には、信号出力端子１８が接続されている。また、交流電圧発生器１３の他方端は、本実施形態では、接地されているが、ＤＣ成分に接続されていてもよい。なお、被測定容量１４は、受けた物理量（加速度、圧力、ガス、光、音波など）に応じてその有する静電容量Ｃ_ｓを変化させるものである。また、交流電圧発生器１３は、容量測定時に、被測定容量１４に印加される動作信号Ｖｉｎを発生するためのものである。
【００２３】
ここで、第１参考例の容量測定装置では、信号線１７の電位を、電圧供給回路１を備えた電位固定装置を用いて固定する。なお、電圧供給回路１は、本発明の「電圧供給手段」の一例である。電圧供給回路１は、増幅度Ａを有する増幅器２と、Ｒａ１の抵抗値を有する第１高抵抗３と、Ｒａ２の抵抗値を有する第２高抵抗４とを含んでいる。第１高抵抗３のＲａ１および第２高抵抗４のＲａ２は、共に、１ＭΩ以上の抵抗値を有する。なお、この抵抗値は、使用される周波数と検出容量とから求められるおよその特性インピーダンス値に比べて、相対的に十分に高い値を有する抵抗値であればよい。
【００２４】
また、増幅器２の入力側には、交流電圧発生器１３とは別の交流電圧発生器（別の電源）７が接続されている。増幅器２の出力側には、第１高抵抗３の一方端が接続されている。第１高抵抗３の他方端と第２高抵抗４の一方端との間に、出力端子５が接続されている。その電圧供給回路１の出力端子５は、点Ｐにおいて、信号線１７に接続されている。第２高抵抗４の他方端には、端子６が設けられている。端子６には、所定の電位Ｖｓが印加される。この端子６は、本発明の「所定電圧印加手段」の一例である。また、出力端子５からは、第１高抵抗３および第２高抵抗４による抵抗分割により分圧された電圧Ｖａが出力される。
【００２５】
また、増幅器２は、たとえば、図２に示すような構成を有している。すなわち、増幅器２は、演算増幅回路２１と、Ｒ_１の抵抗値を有する抵抗２２と、Ｒ_２の抵抗値を有する抵抗２３とを含んでいる。演算増幅回路２１の非反転入力端子には、交流電圧発生器７（図１参照）が接続されている。また、演算増幅回路２１の出力端子と反転入力端子との間には、抵抗２２が接続されている。また、演算増幅回路２１の反転入力端子とＧＮＤとの間には、抵抗２３が接続されている。このように構成すれば、容易に増幅度Ａ＝（Ｒ_１＋Ｒ_２）／Ｒ_２の増幅器２を得ることができる。
【００２６】
第１参考例による容量測定装置の電位固定方法としては、信号線１７に流れる動作信号の電圧Ｖｉｎと、電圧供給回路１の出力端子５の電圧Ｖａとが等しくなるように、増幅器２の増幅度Ａ、第１高抵抗３の抵抗値Ｒａ１、第２高抵抗４の抵抗値Ｒａ２および端子６の電圧Ｖｓを決定する。なお、増幅器２の増幅度Ａは、図２に示した抵抗２２および２３の抵抗値Ｒ_１およびＲ_２を適宜選択することにより、容易に調節可能である。
【００２７】
第１参考例では、上記のように、被測定容量１４と固定容量１５とを接続する信号線１７に電位固定のための交流電圧を印加する電圧供給回路１を設けるとともに、その電圧供給回路１の出力端子５の電位を、信号線１７に印加される動作信号の電位Ｖｉｎと等しくなるように設定することによって、信号線１７に電流の出入りがなくなるので、信号線１７の電荷量が変化するのを防止することができる。
【００２８】
また、電圧供給回路１に第１高抵抗３および第２高抵抗４の高インピーダンスを含めることによって、信号線１７に流れる電流の一部が電圧供給回路１側に流れるのをその高インピーダンスにより有効に防止することができる。これによっても、信号線１７の電荷量が変化するのを防止することができる。
【００２９】
第１参考例では、上記のように、信号線１７に対して電荷の注入や流出はないので、信号線１７の合計総電荷量が変化するのを防止することができる。
【００３０】
ここで、被測定容量１４と固定容量１５との合計総電荷量について説明する。図１に示すように、被測定容量１４は容量検出部であるので、被測定容量１４の容量値Ｃ_ｓは変化する。被測定容量１４の容量値Ｃ_ｓの変化は、被測定容量１４の電荷量Ｑ_ｓの変化となる。第１参考例では、上記のように、信号線１７に対して電荷の注入や流出はないので、固定容量１５に蓄積される電荷量Ｑ_ｆと被測定容量１４に蓄積される電荷量Ｑ_ｓとの和は一定である。このため、被測定容量１４の電荷量Ｑ_ｓの増減は、固定容量１５の電荷量Ｑ_ｆの減増となって現れる。
【００３１】
固定容量１５の電荷量Ｑ_ｆの変化（減増）は、固定容量１５の容量値Ｃ_ｆが一定であることから、固定容量１５に掛かる電圧値Ｖ_ｆの変化（減増）となって現れる。そして、その固定容量１５に掛かる電圧値Ｖ_ｆの出力が、信号出力端子１８からＶｏｕｔとして出力される。
【００３２】
つまり、第１参考例の容量測定装置では、被測定容量１４の容量値Ｃ_ｓと固定容量１５の容量値Ｃ_ｆとの間で電荷のやりとりはあるが、上記のように、信号線１７に対して電荷の注入や流出はないので、被測定容量１４と固定容量１５との合計総電荷量は一定である。これにより、被測定容量１４と固定容量１５との合計総電荷量が一定に保たれながら、電圧供給回路１によって、信号線１７に固定された電位が与えられる。このため、被測定容量１４と固定容量１５とを接続する信号線１７の電位を固定した場合にも、容量測定装置の感度が低下することがない。その結果、正確な容量測定を行うことができる。
【００３３】
（第２参考例）
図３は、本発明の第２参考例による電圧分圧回路を含む電位固定装置を備えた容量測定装置を示した回路図である。図３を参照して、この第２参考例の電圧供給回路１では、上記した第１参考例の構成において、増幅器２の入力側に、交流電圧発生器７に代えて、信号線１７に動作信号Ｖｉｎを印加するための交流電圧発生器１３が接続される場合の例を示している。なお、第２参考例のその他の構成は、上記した第１参考例と同様である。
【００３４】
第２参考例では、上記のように、増幅器２の入力側に、信号線１７に動作信号Ｖｉｎを印加するための交流電圧発生器１３を接続することによって、第１参考例の交流電圧発生器７を省略することができるので、第１参考例に比べて回路構成を簡略化することができる。
【００３５】
また、第２参考例では、上記第１参考例と同様、増幅器２の増幅度Ａ、第１高抵抗３の抵抗値Ｒａ１、第２高抵抗４の抵抗値Ｒａ２および端子６の電圧Ｖｓを調節することによって、容易に、電圧供給回路１の出力端子５における電圧Ｖａを信号線１７の動作信号の電圧Ｖｉｎと等しくなるように設定することができる。具体的には、図２に示した増幅器２の抵抗２２および２３の抵抗値をＲ_１＝Ｒ_２とすることによって、増幅器２の増幅度ＡをＡ＝２とし、Ｖｓ＝０Ｖ、Ｒａ１＝Ｒａ２とすることによって、電圧供給回路１の出力端子５の電圧ＶａをＶａ＝Ｖｉｎとすることができる。
【００３６】
このように、電圧供給回路１の出力端子５における電圧Ｖａを信号線１７の動作信号の電圧Ｖｉｎと等しくなるように設定することによって、上記した第１参考例と同様、信号線１７に電流の出入りがないので、信号線１７の電荷量が変化するのを有効に防止することができる。その結果、容量測定装置において信号線１７の電位を固定した場合にも、容量測定装置の感度が低下することがないので、正確な容量測定を行うことができる。
【００３７】
（第１実施形態）
図４は、本発明の第１実施形態による電位固定装置を含む容量測定装置を示した回路図である。
【００３８】
まず、図４を参照して、第１実施形態による電位固定装置を含む容量測定装置の構成について説明する。この第１実施形態では、電流源となる演算増幅回路１１と、イマジナリ・ショートの状態にある演算増幅回路１２と、交流電圧発生器１３と、被測定容量１４と、固定容量１５とを備えている。なお、演算増幅器１１は、本発明の「第２演算増幅器」の一例である。被測定容量１４と、固定容量１５とは、信号線１７によって接続されている。信号線１７は、演算増幅回路１２の一方の入力端子に接続されている。また、交流電圧発生器１３は、演算増幅回路１２の他方の入力端子に接続されている。
【００３９】
ここで、第１実施形態では、信号線１７の電位を、電圧供給回路１を備えた電位固定装置を用いて固定する。なお、電圧供給回路１の構成およびそれに含まれる増幅器２の構成は、上記した第１参考例と同様である。すなわち、電圧供給回路１は、増幅度Ａを有する増幅器２と、第１高抵抗３と、第２高抵抗４とを含んでいる。増幅器２の入力側には、交流電圧発生器１３とは別の交流電圧発生器７が接続されている。増幅器２の出力側には、第１高抵抗３の一方端が接続されている。第１高抵抗３の他方端には、電圧供給回路１の出力端子５が設けられている。その電圧供給回路１の出力端子５は、信号線１７に接続されている。第２高抵抗４の他方端には、端子６が設けられている。端子６には、所定の電位Ｖｓが印加される。また、出力端子５からは、第１高抵抗３および第２高抵抗４による抵抗分割により分圧された電圧Ｖａが出力される。
【００４０】
第１実施形態による容量測定装置の電位固定方法としては、動作信号の電圧Ｖｉｎと、電圧供給回路１の出力端子５の電圧Ｖａとが等しくなるように、増幅器２の増幅度Ａ、第１高抵抗３の抵抗値Ｒａ１、第２高抵抗４の抵抗値Ｒａ２および端子６の電圧Ｖｓを決定する。
【００４１】
図４に示した第１実施形態の容量測定装置の容量測定動作としては、演算増幅器１２がイマジナリ・ショートの状態にあるので、交流電圧発生器１３からの電圧Ｖｉｎ（動作信号）が信号線１７に掛かる。そして、被測定容量１４の静電容量Ｃ_ｓに対応する出力電圧Ｖｏｕｔが信号出力端子１８から出力される。この出力電圧Ｖｏｕｔに種々の信号処理を施すことによって、被測定容量１４の静電容量Ｃ_ｓを得る。
【００４２】
第１実施形態では、上記のように、被測定容量１４と固定容量１５とを接続する信号線１７に電位固定のための交流電圧を印加する電圧供給回路１を設けるとともに、その電圧供給回路１の出力端子５の電位を、信号線１７に印加される動作信号の電位Ｖｉｎと等しくなるように設定することによって、信号線１７に電流の出入りがなくなるので、信号線１７の電荷量が変化するのを防止することができる。また、電圧供給回路１に第１高抵抗３および第２高抵抗４の高インピーダンスを含めることによって、信号線１７に流れる電流の一部が電圧供給回路１側に流れるのをその高インピーダンスにより有効に防止することができる。これによっても、信号線１７の電荷量が変化するのを防止することができる。その結果、第１実施形態の容量測定装置では、被測定容量１４と固定容量１５とを接続する信号線１７の電位を固定した場合にも、容量測定装置の感度が低下することがないので、正確な容量測定を行うことができる。
【００４３】
（第２実施形態）
図５は、本発明の第２実施形態による電圧供給回路を含む電位固定装置を備えた容量測定装置を示した回路図である。図５を参照して、この第２実施形態の電圧供給回路１では、上記した第１実施形態の構成において、増幅器２の入力側に、交流電圧発生器７に代えて、信号線１７に動作信号Ｖｉｎを印加するための交流電圧発生器１３が接続される場合の例を示している。なお、第２実施形態のその他の構成は、第１実施形態と同様である。
【００４４】
第２実施形態では、上記のように、増幅器２の入力側に、信号線１７に動作信号Ｖｉｎを印加するための交流電圧発生器１３を接続することによって、第１実施形態の交流電圧発生器７を省略することができるので、第１実施形態に比べて回路構成を簡略化することができる。
【００４５】
また、第２実施形態では、上記第１実施形態と同様、増幅器２の増幅度Ａ、第１高抵抗３の抵抗値Ｒａ１、第２高抵抗４の抵抗値Ｒａ２および端子６の電圧Ｖｓを調節することによって、容易に、電圧供給回路１の出力端子５における電圧Ｖａを信号線１７の動作信号の電圧Ｖｉｎと等しくなるように設定することができる。具体的には、図２に示した増幅器２の抵抗２２および２３の抵抗値をＲ_１＝Ｒ_２とすることによって、増幅器２の増幅度ＡをＡ＝２とし、Ｖｓ＝０Ｖ、Ｒａ１＝Ｒａ２とすることによって、電圧供給回路１の出力端子５の電圧Ｖａを、容易に信号線１７の動作信号の電圧Ｖｉｎと同電位にすることができる。
【００４６】
このように、電圧供給回路１の出力端子５における電圧Ｖａを信号線１７の動作信号の電圧Ｖｉｎと等しくなるように設定することによって、上記した第１実施形態と同様、信号線１７に電流の出入りがないので、信号線１７の電荷量が変化するのを有効に防止することができる。その結果、容量測定装置において信号線１７の電位を固定した場合にも、容量測定装置の感度が低下することがないので、正確な容量測定を行うことができる。たとえば、Ｃ_ｓ＝２０ｐＦ、Ｃ_ｆ＝１ｐＦ、増幅器の増幅度Ａ＝２、Ｖｉｎを５００ＫＨｚで数十ｍＶｒｍｓの入力としたとき、Ｒａ１＝Ｒａ２＝１ＭΩの場合には、Ｃｓにおける電圧感度が−１６ｄＢであったのに対し、Ｒａ１＝Ｒａ２＝１００ＭΩの場合には、−５ｄＢとなり、約１０ｄＢの改善が見られた。
【００４７】
なお、今回開示された実施形態は、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、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに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。
【００４８】
たとえば、上記実施形態では、電圧供給回路１の高インピーダンスとして第１高抵抗３および第２高抵抗４を用いたが、本発明はこれに限らず、高インピーダンスとして、たとえば、ダイオードの逆バイアス特性を利用してもよいし、トランジスタのオフ状態を使用すること等も可能である。
【００４９】
また、上記実施形態では、図４および図５に示すような回路構成を有する容量測定装置について説明したが、本発明はこれに限らず、他の回路構成を有する容量測定装置にも同様に適用可能である。
【００５０】
また、上記実施形態では、容量測定装置における被測定容量１４と固定容量１５とを接続する信号線１７の電位を固定する場合について説明したが、本発明はこれに限らず、第１容量と第２容量とが直接的に接続される回路構成を含む容量測定装置以外の装置の電位を固定する場合にも広く適用可能である。
【００５１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、第１容量と第２容量との間の接続線の電位を固定する場合に、第１容量と第２容量との間の接続線の電荷量が変化するのを防止することができる。その結果、たとえば、容量測定装置において、第１容量と第２容量との間の接続線の電位を固定した場合にも、容量測定装置の感度が低下することがないので、正確な容量測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１参考例による電位固定装置を含む容量測定装置を示した回路図である。
【図２】図１に示した第１参考例による電位固定装置に含まれる増幅器の内部構成の一例を示した回路図である。
【図３】本発明の第２参考例による電位固定装置を含む容量測定装置を示した回路図である。
【図４】本発明の第１実施形態による電位固定装置を含む容量測定装置を示した回路図である。
【図５】本発明の第２実施形態による電位固定装置を含む容量測定装置を示した回路図である。
【図６】従来の帰還インピーダンスとして抵抗を用いた場合の容量測定装置を示した回路図である。
【図７】図６における帰還インピーダンスとしてキャパシタ（容量）を用いた場合の容量測定装置を示した回路図である。
【符号の説明】
１電圧供給回路（電圧供給手段：電位固定装置）
２増幅器
３第１高抵抗
４第２高抵抗
５出力端子
１１演算増幅器（第２演算増幅器）
１２演算増幅器（第１演算増幅器）
１３交流電圧発生器
１４被測定容量（第１容量）
１５固定容量（第２容量）
１７信号線
２１演算増幅回路
２２、２３抵抗

Claims

第１容量と、前記第１容量に直接的に接続される第２容量との２つの容量間の接続線であって、第１演算増幅器の入力端子に接続される接続線の電位を固定するための電位固定装置であって、
増幅器と、所定電圧印加手段と、第１高抵抗と、第２高抵抗と、出力端子とを含む電圧供給手段を備え、
前記増幅器には、前記第１高抵抗の一方端が接続され、
前記第１高抵抗の他方端と前記第２高抵抗の一方端とが接続され、
前記第１高抵抗の他方端と前記第２高抵抗の一方端との間には、前記出力端子が接続され、
前記第２高抵抗の他方端と前記所定電圧印加手段とが接続されており、
前記電圧供給手段は、容量測定時に前記第１演算増幅器の仮想ショートを利用して前記接続線に印加される容量測定のための動作信号の電位と等しい電位を出力するとともに、前記電圧供給手段の出力端子は、前記２つの容量間の接続線に接続されている、電位固定装置。
前記第２高抵抗は、前記第１高抵抗に直接的に接続され、
前記電圧供給手段は、前記第１高抵抗と前記第２高抵抗とによって分圧された電位を出力する電圧分圧手段を含む、請求項１に記載の電位固定装置。
被測定容量としての第１容量と、前記第１容量に直接的に接続される固定容量としての第２容量との２つの容量間の信号線としての接続線であって、第１演算増幅器の入力端子に接続される接続線の電位を固定するための電位固定装置を含む容量測定装置であって、
前記電位固定装置は、
増幅器と、所定電圧印加手段と、第１高抵抗と、第２高抵抗と、出力端子とを含む電圧供給手段を備え、
前記増幅器には、前記第１高抵抗の一方端が接続され、
前記第１高抵抗の他方端と前記第２高抵抗の一方端とが接続され、
前記第１高抵抗の他方端と前記第２高抵抗の一方端との間には、前記出力端子が接続され、
前記第２高抵抗の他方端と前記所定電圧印加手段とが接続されており、
前記電圧供給手段は、容量測定時に前記第１演算増幅器の仮想ショートを利用して前記信号線としての接続線に印加される容量測定のための動作信号の電位と等しい電位を出力するとともに、前記電圧供給手段の出力端子は、前記２つの容量間の前記信号線としての接続線に接続されており、
前記被測定容量の静電容量に対応する前記固定容量からの出力電圧に基づいて、前記被測定容量の静電容量を取得する、容量測定装置。
前記容量測定装置は、さらに、第２演算増幅器を含み、
前記第２演算増幅器の出力端子は、前記第２容量に接続されている、請求項３に記載の容量測定装置。