TWI485398B - 阻抗檢測電路及阻抗頻譜量測系統 - Google Patents

Description

阻抗檢測電路及阻抗頻譜量測系統

本創作是一種阻抗檢測電路及阻抗頻譜量測系統，特別是指將待測物阻抗的振幅大小與相位等類比信號轉換為數位信號的阻抗檢測電路及阻抗頻譜量測系統。

以電化學分析為例，請參考圖8所示，現有用於電化學量測的阻抗頻譜量測系統(Electrochemical Impedance Spectroscopy,EIS)主要包含有一信號產生器30、複數個電極31~33、一恆定電位器(Potentiostat)34、一第一混頻器35、一第一低通濾波器36、一第二混頻器37與一第二低通濾波器38。

該信號產生器30為正交相位信號產生器(Quadrature Signal Generator)，其具有一第一輸出端與一第二輸出端，該第一與第二輸出端分別提供一第一與第二交流檢測信號，其中該第一與第二交流檢測信號的相位彼此相差九十度。例如，該第一交流檢測信號為Sin(wt)，則該第二交流檢測信號為Cos(wt)。

該些檢測電極包含有一工作電極31、一參考電極32與一輔助電極33。該些電極31~33係沉置在一待測溶液40中。

該恆定電位器34電連接該信號產生器30的第一輸出端與該些電極31~33，以根據該第一交流檢測信號施加電壓於該些電極31~33，使得該些電極31~33之間產生電場。此時，待測溶液40產生離子流，該恆定電位器34具有一輸出端以產生一待測信號，該待測信號係代表該些電極31~33間的電流大小。

該第一混頻器35具有兩個輸入端與一輸出端，該兩輸入端分別連接該信號產生器30的第一輸出端與該恆定電位器34的輸出端，以將該第一交流檢測信號與該待測信號進行混頻，該第一混頻器35的輸出端則輸出一第一混頻信號。

該第二混頻器37具有兩個輸入端與一輸出端，該兩輸入端分別連接該信號產生器30的第二輸出端與該恆定電位器34的輸出端，以將該第二交流檢測信號與該待測信號進行混頻，該第二混頻器37的輸出端則輸出一第二混頻信號。

該第一低通濾波器36的輸入端連接該第一混頻器35的輸出端，以對該第一混頻信號進行濾波，該第一低通濾波器36的濾波結果係代表該待測溶液40阻抗的實部(Real Part)。同理，該第二低通濾波器38的輸入端連接該第二混頻器37的輸出端，以對該第二混頻信號進行濾波，該第二低通濾波器38的濾波結果係代表該待測溶液40阻抗的虛部(Imaginary Part)。藉由前述的阻抗頻譜量測系統，可測得該待測溶液40阻抗的實部與虛部，藉此推算該待測溶液40的阻抗資訊。

然而，對於該信號產生器30來說，欲產生兩個正交相位的交流檢測信號是需要相當高的精確度，只要第一與第二交流檢測信號的相位或波形稍微受到干擾，將導致第一與第二低通濾波器36、38產生的阻抗資訊不準確。再者，該第一與第二低通濾波器36、38分別主要由電容器與積分器構成，一般來說，在低工作頻率下低通濾波器所需的截止頻率較低，使得所需的電容值較大而不利於積體電路(IC)縮小化。綜上所述，現有阻抗頻譜量測系統確實有改良的必要。

本創作的主要目的是提供一種阻抗檢測電路及阻抗頻譜量測系統，用以改善現有阻抗頻譜量測系統產生正交相位的交流檢測信號之難處，以及改善在低工作頻率下低通濾波器體積難以縮小化的缺點。

該阻抗檢測電路用以檢測一待測物的阻抗，該阻抗檢測電路包含有：一振幅轉數位模組，包含有一最高電位偵測單元，該最高電位偵測單元接收一待測信號並電連接一電容器，以根據該待測信號與電容器的端電壓產生一脈波形式的第一數位信號對該電容器充電或放電，其中該第一數位信號反映該電容器的充電或放電次數，該電容器的充電或放電次數反映該待測物的阻抗振幅大小；以及一相位轉數位模組，包含有：一待測相位檢測單元，係接收該待測信號，並根據該待測信號與一基準電壓產生一待測相位信號； 一參考相位檢測單元，係接收一參考信號，並連接該待測相位檢測單元以接收該基準電壓，該參考相位檢測單元根據該參考信號與該基準電壓產生一參考相位信號；以及一運算元件，連接該待測相位檢測單元與參考相位檢測單元，以根據該待測相位信號與參考相位信號的相位差而產生一第二數位信號，該第二數位信號反映該待測物的阻抗相位。

該阻抗頻譜量測系統電連接一待測物與一參考物，該量測系統包含有：一信號產生裝置，連接該待測物與參考物，以分別輸出相同的檢測信號至該待測物與該參考物；以及一阻抗檢測電路，包含有一振幅轉數位模組與一相位轉數位模組，其中：該振幅轉數位模組包含有一最高電位偵測單元，該最高電位偵測單元從該帶測物接收一待測信號並電連接一電容器，以根據該待測信號與電容器的端電壓產生一脈波形式的第一數位信號對該電容器充電或放電，其中該第一數位信號反映該電容器的充電或放電次數，該電容器的充電或放電次數反映該待測物的阻抗振幅大小；該相位轉數位模組包含有：一待測相位檢測單元，係接收該待測信號，並根據該待測信號與一基準電壓產生一待測相位信號；一參考相位檢測單元，連接該參考物以從該參考物接收一參考信號，並連接該待測相位檢測單元以接收該 基準電壓，該參考相位檢測單元根據該參考信號與該基準電壓產生一參考相位信號；及一運算元件，連接該待測相位檢測單元與參考相位檢測單元，以根據該待測相位信號與參考相位信號的相位差而產生一第二數位信號，該第二數位信號反映該待測物的阻抗相位。

根據本創作的電路結構，由於阻抗頻譜量測系統的信號產生裝置係產生相同的檢測信號至該待測物與該參考物，而不是如先前技術所述產生正交相位的交流檢測信號，自然沒有正交相位的交流檢測信號受到相位誤差干擾的缺點。此外，該阻抗檢測電路的振幅轉數位模組與相位轉數位模組主要由電晶體、比較器、運算元件與正反器構成，不使用傳統電路架構，例如類比轉數位轉換器與類比濾波器，故本創作阻抗檢測電路能在小面積的晶片實現高解析度和準確的阻抗檢測。

10‧‧‧信號產生裝置

11‧‧‧電極

12‧‧‧待測物

13‧‧‧參考物

14‧‧‧第一儀表放大器

15‧‧‧第二儀表放大器

20‧‧‧阻抗檢測電路

21‧‧‧振幅轉數位模組

211‧‧‧充電單元

212‧‧‧最高電位偵測單元

213‧‧‧第一計數器

214‧‧‧電流源

215‧‧‧比較器

216‧‧‧脈波產生電路

217‧‧‧正反器

218‧‧‧運算元件

219‧‧‧延遲串

22‧‧‧相位轉數位模組

221‧‧‧待測相位檢測單元

222‧‧‧參考相位檢測單元

223‧‧‧運算元件

224‧‧‧第二計數器

231‧‧‧AND閘

232‧‧‧延遲電路

233‧‧‧反向器

241‧‧‧第一比較器

242‧‧‧第一重置電路

243‧‧‧第一正反器

244‧‧‧第二比較器

245‧‧‧第二重置電路

246‧‧‧第二正反器

30‧‧‧信號產生器

31‧‧‧工作電極

32‧‧‧參考電極

33‧‧‧輔助電極

34‧‧‧恆定電位器

35‧‧‧第一混頻器

36‧‧‧第一低通濾波器

37‧‧‧第二混頻器

38‧‧‧第二低通濾波器

40‧‧‧待測溶液

圖1：本創作阻抗頻譜量測系統的電路方塊示意圖。

圖2：本創作阻抗檢測電路的電路方塊示意圖。

圖3：本創作中振幅轉數位模組的電路方塊示意圖。

圖4：本創作中脈波產生電路的電路方塊示意圖。

圖5：本創作中待測信號、電容器端電壓與脈波信號的波形示意圖。

圖6：本創作中相位轉數位模組的電路方塊示意圖。

圖7：本創作中相位轉數位模組的波形示意圖。

圖8：習知阻抗頻譜量測系統的電路方塊示意圖。

本創作阻抗檢測電路係用於檢測一待測物阻抗的振幅大小(magnitude)與相位(phase)，且可應用在生物醫學檢測、電化學檢測等領域，本較佳實施例是以電化學阻抗頻譜量測系統為例說明。

請參考圖1所示，本創作阻抗頻譜量測系統包含有一信號產生裝置10與一阻抗檢測電路20。

該信號產生裝置10具有一第一輸出端(OUTPUT1)與一第二輸出端(OUTPUT2)，該第一輸出端(OUTPUT1)經由電極11與一待測物12連接，該待測物12可為一待測溶液，該待測溶液與其介面的阻抗振幅大小與相位係未知的。該第二輸出端(OUTPUT2)連接一參考物13，該參考物13的阻抗振幅大小與相位係已知的。該信號產生裝置10係經由該第一與第二輸出端(OUTPUT1、OUTPUT2)分別輸出相同的檢測信號至該待測物12與該參考物13。

請參考圖2所示，該阻抗檢測電路20包含有一振幅轉數位模組21與一相位轉數位模組22。

請參考圖3所示，該振幅轉數位模組21包含有一充電單元211、一最高電位偵測單元212與一第一計數器213。

該充電單元211具有一電流源214、一電容器C與一電子開關Q。該電容器C連接該電流源214，該電子開關Q連接在該電流源214與該電容器C之間且具有 一控制端。本較佳實施例中，該電流源214為由電晶體M1、M2、M3、M4構成的疊接式電流鏡(Cascode current mirror)，該電子開關Q為一場效電晶體，該場效電晶體具有一源極、一汲極與一閘極，該源極與汲極分別連接該電流源214與該電容器C，該閘極為所述控制端。

該最高電位偵測單元212包含有一比較器215、一脈波產生電路216、一正反器217與一運算元件218。該比較器215具有兩輸入端與一輸出端，其輸入端作為該最高電位偵測單元212的輸入端，係分別連接該充電單元211的電容器C與待測物後端之第一儀表放大器14的輸出端，以分別接收經由該待測物12來的一待測信號(Vin)，以及檢測該電容器C的端電壓(Vc)，該比較器215並根據該待測信號(Vin)與電容器C端電壓(Vc)的大小產生一比較結果信號。

該脈波產生電路216係產生一脈波信號。請參考圖4所示，本較佳實施例中，該脈波產生電路216包含有一AND閘231與一延遲電路232，該延遲電路232由奇數個串聯的反向器(inverter)233構成，該AND閘231具有一第一輸入端、一第二輸入端與一輸出端，該第一輸入端接收一時脈信號(clk)，該第二輸入端經由該延遲電路232接收該時脈信號(clk)，該AND閘231的輸出端作為該脈波產生電路216的輸出端以輸出該脈波信號(PULSE)。

該正反器217具有一第一輸入端、一第二輸入端與一輸出端，該第一輸入端連接該比較器215的輸出 端以接收該比較結果信號，該第二輸入端連接些該脈波產生電路216的輸出端以接收該脈波信號(PULSE)，該正反器217根據該比較結果信號與脈波信號(PULSE)產生一充電控制信號，該正反器217的輸出端則輸出該充電控制信號。本較佳實施例中，該正反器217為一正緣觸發D型正反器。

該運算元件218可為NAND閘，其具有兩輸入端與一輸出端，其一輸入端連接該正反器217，另一輸入端連接一延遲串219的輸出端，其中該延遲串219的輸入端係連接到該脈波產生電路216的輸出端，該運算元件218的輸出端作為該最高電位偵測單元212的輸出端並連接該電子開關Q的控制端。該運算元件218係根據該脈波信號與該充電控制信號而產生一脈波形式的第一數位信號，以根據該第一數位信號控制該電子開關Q的導通週期，進而控制該電容器C充電或放電，本較佳實施例中，當電子開關Q導通時，係令該電容器C從該電流源214接收脈波充電電流而充電。

是以，請參考圖5所示，只要當該電容器C的端電壓低於該待測信號(Vin)的振幅，該最高電位偵測單元212係由該第一數位信號驅動該電子開關Q，以控制該電流源214對電容器C充電，該電容器C的端電壓(Vc)也因受到脈波充電電流的充電而逐步提高，讓該電容器C的端電壓(Vc)追隨該待測信號(Vin)的最高電位，故該第一數位信號能反映該電容器C的充電次數，而電容器C的充電次數反映待測物12的最高電位，亦即阻抗振幅大小。 當該電容器C的端電壓(Vc)高於該待測信號(Vin)的振幅，該最高電位偵測單元212係控制該電子開關Q中斷電流源214與電容器C的連接，藉此維持住該電容器C的端電壓(Vc)。

該第一計數器213的輸入端連接該最高電位偵測單元212的輸出端，計數該第一數位信號的脈波數以得到一計數值，該計數值代表該電容器C的充電次數，該電容器C的充電次數即可反映該待測物12的阻抗振幅大小。

請參考圖2與圖6所示，及配合參考圖7所示的波形圖，該阻抗檢測電路20的相位轉數位模組22係包含有一待測相位檢測單元221、一參考相位檢測單元222、一運算元件223與一第二計數器224。

該待測相位檢測單元221包含有一第一比較器241、一第一重置電路242與一第一正反器243。該第一比較器241具有兩個輸入端與一輸出端，該兩輸入端作為該待測相位檢測單元221的兩輸入端，且其中之一輸入端連接第一儀表放大器14之輸出端以接收該待測信號(Vin)，另一輸入端接收一基準電壓(Vcm)，該第一比較器241係根據該待測信號(Vin)與基準電壓(Vcm)而產生一第一方波信號(Vin_pulse)。

該第一重置電路242係產生一重置信號。

該第一正反器243具有兩個輸入端與一輸出端，該兩輸入端分別連接該第一比較器241與第一重置電路242以接收該第一方波信號(Vin_pulse)與該重置信號， 該第一正反器243的輸出端作為該待測相位檢測單元221的輸出端。該第一正反器243係根據該第一方波信號(Vin_pulse)與重置信號產生一待測相位信號(Q1)。本較佳實施例中，該第一正反器243為SR正反器。

該參考相位檢測單元222包含有一第二比較器244、一第二重置電路245與一第二正反器246。

該第二比較器244具有兩個輸入端與一輸出端，該兩輸入端作為該參考相位檢測單元222的輸入端，且其中之一輸入端連接參考物13後端之第二儀表放大器15之輸出端以接收一參考信號(Vref)，另一輸入端則接收該基準電壓(Vcm)。該第二比較器244係根據該參考信號(Vref)與基準電壓(Vcm)產生一第二方波信號(Vref_pulse)。

該第二重置電路245係產生一重置信號。

該第二正反器246具有兩個輸入端與一輸出端，該兩輸入端分別連接該第二比較器244與第二重置電路245以接收該第二方波信號(Vref_pulse)與重置信號，該第二正反器246的輸出端作為該參考相位檢測單元222的輸出端。該第二正反器246係根據該第二方波信號(Vref_pulse)與重置信號產生一參考相位信號(Q2)。本較佳實施例中，該第二正反器246為SR正反器。

前述中，請參考圖7所示，由於前端的待測信號(Vin)與參考信號(Vref)可能會載有高頻雜訊，且此高頻雜訊的振幅無法準確被預測，因此本創作利用第一與第二比較器241、244之數位電路來抑制雜訊造成的影響。 待測信號(Vin)與參考信號(Vref)經過比較器241、244後分別轉換成第一與第二方波信號(Vin_pulse)(Vref_pulse)，因為雜訊導致該兩方波信號(Vin_pulse)(Vref_pulse)的交越點(X)(Y)造成不斷切換的現象，故僅用方波信號(Vin_pulse)(Vref_pulse)進行相位的計算將導致錯誤。

為解決前述方波信號(Vin_pulse)(Vref_pulse)在交越點(X)(Y)不斷切換的缺點，本創作利用正反器243、246讓方波訊號(Vin_pulse)(Vref_pulse)經過轉換電壓就鎖住高電位，再由重置電路242、245產生的重置信號輸入正反器243、246以分別對兩個方波信號(Vin_pulse)(Vref_pulse)進行重置(reset)的動作。其中所述重置信號是在第一與第二方波信號(Vin_pulse)(Vref_pulse)都為低電位時，再經過一預設時間後才由正反器243、246接收，而該預設時間為所述時脈信號(clk)的二個週期，由於外來雜訊導致的方波交越震盪時間係遠小於該預設時間，因此雜訊造成的誤動作都不會導致待測信號(Vin)及參考信號(Vref)重置。亦即只在第一方波信號(Vin_pulse)和第二方波信號(Vref_pulse)為穩定的低電位時，才會將待測相位信號(Q1)和參考相位信號(Q2)重置為0。

該運算元件223的兩輸入端分別連接該待測相位檢測單元221與參考相位檢測單元222的輸出端以接收該待測相位信號(Q1)與參考相位信號(Q2)，該運算元件223並根據該待測相位信號(Q1)與參考相位信號(Q2)而產生一第二數位信號(Count)，該第二數位信號(Count)即代表待測相位信號(Q1)與參考相位信號(Q2)之相位差，又由 於該參考物13的阻抗相位為已知，故該第二數位信號(Count)能反映該待測物12的阻抗相位。本較佳實施例中，該運算元件223為XOR閘。

該第二計數器224有兩個輸入端，分別連接該運算元件223的輸出端與時脈信號(clk)，以根據時脈信號(clk)與該第二數位信號(Count)計算出一計數值，該計數值代表該待測信號與該參考信號的相位差。

根據本創作的電路結構，請參考圖1所示，由於阻抗頻譜量測系統的信號產生裝置10係產生相同的檢測信號至該待測物12與該參考物13，相較於先前技術，本創作信號產生裝置10不需產生正交相位的交流檢測信號，自然沒有正交相位的交流檢測信號受到相位誤差干擾的缺點。此外，本創作的振幅轉數位模組21與相位轉數位模組22係由電晶體、比較器、運算元件與正反器構成，而不使用傳統類比轉數位轉換器與濾波器，故本創作阻抗檢測電路20能有利於積體電路的晶片面積縮小化。

10‧‧‧信號產生裝置

11‧‧‧電極

12‧‧‧待測物

13‧‧‧參考物

14‧‧‧第一儀表放大器

15‧‧‧第二儀表放大器

20‧‧‧阻抗檢測電路

Claims (18)

1. 一種阻抗檢測電路，用以檢測一待測物的阻抗，該阻抗檢測電路包含有：一振幅轉數位模組，包含有一最高電位偵測單元，該最高電位偵測單元接收一待測信號並電連接一電容器，以根據該待測信號與電容器的端電壓產生一脈波形式的第一數位信號對該電容器充電或放電，其中該第一數位信號反映該電容器的充電或放電次數，該電容器的充電或放電次數反映該待測物的阻抗振幅大小；以及一相位轉數位模組，包含有：一待測相位檢測單元，係接收該待測信號，並根據該待測信號與一基準電壓產生一待測相位信號；一參考相位檢測單元，係接收一參考信號，並連接該待測相位檢測單元以接收該基準電壓，該參考相位檢測單元根據該參考信號與該基準電壓產生一參考相位信號；以及一運算元件，連接該待測相位檢測單元與參考相位檢測單元，以根據該待測相位信號與參考相位信號的相位差而產生一第二數位信號，該第二數位信號反映該待測物的阻抗相位。
2. 如請求項1所述的阻抗檢測電路，其中該振幅轉數位模組包含有一充電單元，該充電單元包含有一電流源、所述的電容器與一電子開關，該電容器連接該電流源，該電子開關連接在該電流源與該電容器之間且具有一控制端； 該最高電位偵測單元連接該電子開關的控制端以根據該第一數位信號控制該電子開關的導通週期，使該電容器從該電流源接收一脈波充電電流。
3. 如請求項2所述的阻抗檢測電路，其中該最高電位偵測單元包含有：一比較器，具有兩輸入端與一輸出端，其輸入端作為該最高電位偵測單元的輸入端以分別接收該待測信號以及檢測該電容器的端電壓，並根據該待測信號與電容器端電壓的大小產生一比較結果信號；一脈波產生電路，產生一脈波信號；一正反器，具有一第一輸入端、一第二輸入端與一輸出端，該第一輸入端連接該比較器的輸出端以接收該比較結果信號，該第二輸入端連接該脈波產生電路以接收該脈波信號，該正反器根據該比較結果信號與脈波信號產生一充電控制信號；以及一運算元件，具有兩輸入端與一輸出端，其輸入端分別連接該正反器與該脈波產生電路的輸出端，而輸出端作為該最高電位偵測單元的輸出端並連接該電子開關的控制端，以根據該脈波信號與該充電控制信號產生該第一數位信號。
4. 如請求項1至3中任一項所述的阻抗檢測電路，其中該振幅轉數位模組包含有一第一計數器，該第一計數器連接該最高電位偵測單元的輸出端，以根據該第一數位信號計算該電容器的充電次數。
5. 如請求項1所述的阻抗檢測電路，其中： 該待測相位檢測單元包含有：一第一比較器，具有兩個輸入端與一輸出端，該些輸入端作為該待測相位檢測單元的輸入端以接收該待測信號與基準電壓，並根據該待測信號與基準電壓產生一第一方波信號；一第一重置電路，產生一重置信號；及一第一正反器，具有兩個輸入端與一輸出端，該兩輸入端分別連接該第一比較器與第一重置電路以接收該第一方波信號與該重置信號，該第一正反器的輸出端作為該待測相位檢測單元的輸出端以連接該相位轉數位模組的運算元件，該第一正反器係根據該第一方波信號與重置信號產生該待測相位信號；該參考相位檢測單元包含有：一第二比較器，具有兩個輸入端與一輸出端，該些輸入端作為該參考轉數位模組的輸入端以接收該參考信號與基準電壓，並根據該參考信號與基準電壓產生一第二方波信號；一第二重置電路，產生一重置信號；及一第二正反器，具有兩個輸入端與一輸出端，該兩輸入端分別連接該第二比較器與第二重置電路以接收該第二方波信號與重置信號，該第二正反器的輸出端作為該參考相位檢測單元的輸出端以連接該相位轉數位模組的運算元件，該第二正反器係根據該第二方波信號與重置信號產生該參考相位信號。
6. 如請求項1或5所述的阻抗檢測電路，其中該相位 轉數位模組包含有一第二計數器，該第二計數器有兩個輸入端，分別連接該相位轉數位模組的運算元件之輸出端與時脈信號(clk)，以根據該第二數位信號與時脈信號(clk)計算該待測信號與該參考信號的相位差。
7. 如請求項3所述的阻抗檢測電路，其中該振幅轉數位模組的電子開關為一場效電晶體，該最高電位偵測單元的正反器為一正緣觸發D型正反器，該最高電位偵測單元的運算元件為NAND閘。
8. 如請求項3或7所述的阻抗檢測電路，其中該最高電位偵測單元的脈波產生電路包含有一AND閘與奇數個串聯的反向器，該AND閘具有一第一輸入端、一第二輸入端與一輸出端，該第一輸入端接收一時脈信號，該第二輸入端經由該些反向器接收該時脈信號，該AND閘的輸出端作為該脈波產生電路的輸出端以輸出該脈波信號。
9. 如請求項5所述的阻抗檢測電路，其中：該待測相位檢測單元的第一正反器為SR正反器；該參考相位檢測單元的第二正反器為SR正反器；該相位轉數位模組的運算元件為XOR閘。
10. 一種阻抗頻譜量測系統，電連接一待測物與一參考物，該量測系統包含有：一信號產生裝置，連接該待測物與參考物，以分別輸出相同的檢測信號至該待測物與該參考物；以及一阻抗檢測電路，包含有一振幅轉數位模組與一相位轉數位模組，其中：該振幅轉數位模組包含有一最高電位偵測單元，該最 高電位偵測單元從該帶測物接收一待測信號並電連接一電容器，以根據該待測信號與電容器的端電壓產生一脈波形式的第一數位信號對該電容器充電或放電，其中該第一數位信號反映該電容器的充電或放電次數，該電容器的充電或放電次數反映該待測物的阻抗振幅大小；該相位轉數位模組包含有：一待測相位檢測單元，係接收該待測信號，並根據該待測信號與一基準電壓產生一待測相位信號；一參考相位檢測單元，連接該參考物以從該參考物接收一參考信號，並連接該待測相位檢測單元以接收該基準電壓，該參考相位檢測單元根據該參考信號與該基準電壓產生一參考相位信號；及一運算元件，連接該待測相位檢測單元與參考相位檢測單元，以根據該待測相位信號與參考相位信號的相位差而產生一第二數位信號，該第二數位信號反映該待測物的阻抗相位。
11. 如請求項10所述的阻抗頻譜量測系統，其中該振幅轉數位模組包含有一充電單元，該充電單元包含有一電流源、所述的電容器與一電子開關，該電容器連接該電流源，該電子開關連接在該電流源與該電容器之間且具有一控制端；該最高電位偵測單元連接該電子開關的控制端以根據該第一數位信號控制該電子開關的導通週期，使該電容器從該電流源接收一脈波充電電流。
12. 如請求項11所述的阻抗頻譜量測系統，其中該最 高電位偵測單元包含有：一比較器，具有兩輸入端與一輸出端，其輸入端作為該最高電位偵測單元的輸入端以分別接收該待測信號以及檢測該電容器的端電壓，並根據該待測信號與電容器端電壓的大小產生一比較結果信號；一脈波產生電路，產生一脈波信號；一正反器，具有一第一輸入端、一第二輸入端與一輸出端，該第一輸入端連接該比較器的輸出端以接收該比較結果信號，該第二輸入端連接該脈波產生電路以接收該脈波信號，該正反器根據該比較結果信號與脈波信號產生一充電控制信號；以及一運算元件，具有兩輸入端與一輸出端，其輸入端分別連接該正反器與該脈波產生電路的輸出端，而輸出端作為該最高電位偵測單元的輸出端並連接該電子開關的控制端，以根據該脈波信號與該充電控制信號產生該第一數位信號。
13. 如請求項10至12中任一項所述的阻抗頻譜量測系統，其中該振幅轉數位模組包含有一第一計數器，該第一計數器連接該最高電位偵測單元的輸出端，以根據該第一數位信號計算該電容器的充電次數，該電容器的充電次數反映該待測物的阻抗振幅大小。
14. 如請求項10所述的阻抗頻譜量測系統，其中：該待測相位檢測單元包含有：一第一比較器，具有兩個輸入端與一輸出端，該些輸入端作為該待測相位檢測單元的輸入端以接收該待測 信號與基準電壓，並根據該待測信號與基準電壓產生一第一方波信號；一第一重置電路，產生一重置信號；及一第一正反器，具有兩個輸入端與一輸出端，該兩輸入端分別連接該第一比較器與第一重置電路以接收該第一方波信號與該重置信號，該第一正反器的輸出端作為該待測相位檢測單元的輸出端以連接該相位轉數位模組的運算元件，該第一正反器係根據該第一方波信號與重置信號產生該待測相位信號；該參考相位檢測單元包含有：一第二比較器，具有兩個輸入端與一輸出端，該些輸入端作為該參考轉數位模組的輸入端以接收該參考信號與基準電壓，並根據該參考信號與基準電壓產生一第二方波信號；一第二重置電路，產生一重置信號；及一第二正反器，具有兩個輸入端與一輸出端，該兩輸入端分別連接該第二比較器與第二重置電路以接收該第二方波信號與重置信號，該第二正反器的輸出端作為該參考相位檢測單元的輸出端以連接該相位轉數位模組的運算元件，該第二正反器係根據該第二方波信號與重置信號產生該參考相位信號。
15. 如請求項10或14所述的阻抗頻譜量測系統，其中該相位轉數位模組包含有一第二計數器，該第二計數器有兩個輸入端，分別連接該相位轉數位模組的運算元件之輸出端與時脈信號(clk)，以根據該第二數位信號與時脈信號 (clk)計算該待測信號與該參考信號的相位差。
16. 如請求項12所述的阻抗頻譜量測系統，其中該振幅轉數位模組的電子開關為一場效電晶體，該最高電位偵測單元的正反器為一正緣觸發D型正反器，該最高電位偵測單元的運算元件為NAND閘。
17. 如請求項12或16所述的阻抗頻譜量測系統，其中該最高電位偵測單元的脈波產生電路包含有一AND閘與奇數個串聯的反向器，該AND閘具有一第一輸入端、一第二輸入端與一輸出端，該第一輸入端接收一時脈信號，該第二輸入端經由該些反向器接收該時脈信號，該AND閘的輸出端作為該脈波產生電路的輸出端以輸出該脈波信號。
18. 如請求項14所述的阻抗頻譜量測系統，其中：該待測相位檢測單元的第一正反器為SR正反器；該參考相位檢測單元的第二正反器為SR正反器；該相位轉數位模組的運算元件為XOR閘。