基于PSoC的防高壓電容測量設計與實現(xiàn)(08-100)
電容容量參數(shù)測量方法
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/91854.htm從數(shù)字化與自動化測量角度來講,電容容量參數(shù)測量通常有三種方法:容抗法,振蕩法和充電法。
容抗法是指利用電容對交流信號源所表現(xiàn)出的阻抗特性,通過測量電容在某一頻率下的容抗值,再利用z=1/wc(w為角頻率)關系式根據(jù)已知信號源的角頻率w計算出待測電容容量的方法。這種方法能較好地反映出電容元件交流頻率特性,可用來測量電容元件的多方面參數(shù)特性,例如容量,介質損耗等,是當前電容測試儀產品應用最廣的一種方法。但是,它有一個缺點:電容的充電和放電同處于一個回路之中,要做到既能保證測量精度又能防高壓設計比較困難。
振蕩法是指利用由電阻、電容或電感無源元器件構成的振蕩電路,通過測量振蕩信號的頻率,再利用w=1/RC或w2=/LC關系式,根據(jù)已知其它無源元器件參數(shù)值計算出待測電容容量的方法。這種方法測量精度一般比較差,而且對振蕩電路所需的元件精度與穩(wěn)定性都要求都很高,因此它主要應用在一些精度要求不高的產品或領域 里。
充電法是指利用恒流源對待測電容進行充電,通過測量電容電壓達到參考電壓所需的時間,再利用i=c×dUc/dt關系式算出待測電容容量的方法,如圖2所示。由于電流i是恒流源,所以i=c×dUc/dt可以演變?yōu)閏=i×⊿t/⊿u關系式,這樣電容容量c與充電時間就有嚴格的線性比例關系。測量時只要將最終的計數(shù)結果讀出來并進行一定的換算就可知道待測電容的容量值。
圖2 充電法測量電路圖
相比容抗與振蕩測量方法相比,這種方法具有如下一些特點:一、放電回路與充電回路可以分開。如圖2所示,電容充滿電后,控制器的放電控制信號置高,N溝道場管導通,CX上的電荷即通過放電電阻R,場管的源漏極對地實現(xiàn)泄放。這種充放電回路分開的拓樸結構對防高壓設計是非常有好處的。因為微控制器或外部硬件電路一旦檢測到待測電容上存在高壓電荷,放電回路就可以打開,實現(xiàn)電容的高壓電荷泄放之后再測量,從而對由集成電路構成的高精度測量充電電路元件實行保護。二、成本低,精度高。如圖2所示,充電測量電路主要由計數(shù)器,比較器和恒流源組成,放電測量電路由一個電阻和NMOS管構成,這種電路結構可使得除了放電電阻和NMOS管不易集成到常用的單芯片系統(tǒng)之外,其它部分都可以集成進去,從而確保整個電路結構簡單,外圍元器件少。如果系統(tǒng)時鐘頻率加快,計數(shù)器的位數(shù)增加,將可以保證整個電容測量電路寬量程,高精度。三、這種電路主要適用于電容容量參數(shù),其它方面的參數(shù)測量實現(xiàn)起來是比較困難的;同時如上所述,這種測量電路需要一個比較穩(wěn)定的恒流源,而且為了實現(xiàn)寬量程,高精度的電容測量功能,這個恒流源還要求具有可編程性,范圍寬,以實現(xiàn)在小電容時使用恒定的小電流信號測量來確保測量精度,而大電容使用恒定的大電流信號測量來確保測量速度的要求。
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