CN102435864A

CN102435864A - 电流传感器电容测量电路

Info

Publication number: CN102435864A
Application number: CN2011103721643A
Authority: CN
Inventors: 马进
Original assignee: CHANGSHU CITY DONGBANG TOWN HWAJIN APPLIANCE FACTORY
Current assignee: CHANGSHU CITY DONGBANG TOWN HWAJIN APPLIANCE FACTORY
Priority date: 2011-11-22
Filing date: 2011-11-22
Publication date: 2012-05-02

Abstract

本发明公开了一种电流传感器电容测量电路，包括：第一开关、第二开关、第一电容、电荷放大电路、第一采样保持器、第二采样保持器和仪表放大器，电荷放大电路包括：第一运算放大器、第二电容和第三开关，第一开关与第二开关并联接于第一电容左侧端，并联的第一、第二采样保持器一端接电荷放大电路，另一端接仪表放大器，第一、第二和第三开关的控制时序不同。通过上述方式，本发明能够大幅度提高数据采集***的数据采集速度，而且很好的解决了电子开关的电荷注入效应对测量精度的影响问题，具有较高的分辨率、电路结构简单、成本低廉的优点。

Description

电流传感器电容测量电路

技术领域

本发明涉及一种电流传感器电容测量电路，特别是涉及一种解决了电子开关的电荷注入效应的电流传感器电容测量电路。

背景技术

电容传感器广泛应用于多种检测***中，用以测量注入液位、压力、位移、加速度等物理量。在某些场合，例如电容层析成像***中，传感电容的变化量小至fF级，这就对电容测量电路提出了更高的要求。

目前，用于解决测量微弱电容的方法主要有电荷转移法和交流法。这两种电路的基本测量原理是通过激励信号连续对被测电容进行充放电，形成与被测电容成比例的电流或电压信号，从而测量出被测电容值。但是由于连续充放电测量信号中具有脉动噪声，需要先进行滤波除去其中的脉动成分，但滤波器的引入却成为提高数据采集速度的一个瓶颈。另外电荷转移法是利用电子开关网络控制电路的充放电，电子开关的电荷注入效应对测量结果的影响还难以完全消除；交流法需要考虑相位补偿，电路结构复杂，成本也较高。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种电流传感器电容测量电路，能够大幅度提高数据采集***的数据采集速度，而且很好的解决了电子开关的电荷注入效应对测量精度的影响问题，具有较高的分辨率、电路结构简单、成本低廉的优点。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种电流传感器电容测量电路，包括：第一开关、第二开关、第一电容、电荷放大电路、第一采样保持器、第二采样保持器和仪表放大器，所述电荷放大电路包括：第一运算放大器、第二电容和第三开关，所述第一运算放大器反相输入端接第一电容，输出端与并联的第一、第二采样保持器相连，所述仪表放大器同相输入端接第一采样保持器输出端，反相输入端接第二采样保持器输出端，所述第一开关与第二开关并联接于第一电容左侧端，所述第三开关与第二电容并联接于第一运算放大器的反相输入端和输出端，所述第一、第二和第三开关的控制时序不同。

在本发明一个较佳实施例中，所述第一电容的左侧极板为激励电极，右侧极板为检测电极，所述左侧极板、右侧极板分别与并联第三、第四电容相连并接于地。

在本发明一个较佳实施例中，所述第一采样保持器包括：第四开关、第五电容和第二运算放大器，所述第四开关与第五电容并联接入第二运算放大器输入端。

在本发明一个较佳实施例中，所述第二采样保持器包括：第五开关、第六电容和第三运算放大器，所述第五开关与第六电容并联接入第三运算放大器输入端。

在本发明一个较佳实施例中，所述第一运算放大器为差动式结构。

本发明的有益效果是：本发明电流传感器电容测量电路中，对各开关的控制时序进行了合理的设计，较好的解决了电子开关的电荷注入效应，提高了测量精度，使电路获得较好的分辨率。

附图说明

图1是本发明电流传感器电容测量电路原理示意图；

图2是本发明电流传感器电容测量电路中各控制开关时序示意图；

附图中各部件的标记如下：1、电荷放大电路 2、第一采样保持器 3、第二采样保持器 4、仪表放大器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图1，本发明实施例包括：开关S1、开关S2、电容Cx、电荷放大电路1、采样保持器2、采样保持器3和仪表放大器4。开关S1一端接激励电压源，另一端接电容Cx并与开关S2并联接地，电容Cx的左侧极板和右侧极板分别接电容Cas和电容Cbs，电容Cas和电容Cbs并联接地，电容Cas和电容Cbs分别表示电容Cx的左、右侧极板所有杂散电容的等效电容，电容Cas由电压激励源Vin驱动，它的存在对流过电容Cx的电流无影响，电容Cbs在电路工作过程中始终处于虚地状态，电容Cbs的两端无电压差，因而它也对电容Cx无影响，因此整个电路对杂散电容的存在不敏感，具有较强的抗杂散电容的性能。

电荷放大电路1包括：运算放大器U1、电容Cf和开关S3，运算放大器U1反相输入端接电容Cf一端，同相输入端接地，输出端与并联的采样保持器2和采样保持器3相连，仪表放大器4同相输入端接采样保持器2输出端，反相输入端接采样保持器3输出端，开关S3与电容Cf并联接于运算放大器U1的反相输入端和输出端。采样保持器1包括：开关S4、电容C1和运算放大器U2，开关S4与电容C1并联接入运算放大器U2输入端，采样保持器2包括：开关S5、电容C2和运算放大器U3，开关S5与电容C2并联接入运算放大器U3输入端。

本发明电流传感器电容测量电路中，开关S1、S2、S3、 S4 和S5的控制时序不同，从而解决了电路中电子开关的电荷注入效应。

请参阅图2，图2是开关S1、S2、S3、S4和S5的控制时序图。首先断开S3，使电路只受S3的电荷注入效应影响，而不受其他开关的电荷注入效应的影响。当开关S3断开时，由于电荷注入效应，电荷将流向运算放大器U1的输出端和反相输入端，流向运算放大器U1的输出端的部分电荷产生的影响很小。然而流向运算放大器U1反相输入端的部分电荷将引起运算放大器U1输出的较大变化，对测量结果产生不良的影响，但是电路中运算放大器U1为差动式放大器，较好的解决了流入反相输入端的部分电荷的影响问题。

当开关S1的关断时间晚于开关S2，晚于开关S3时，电路基本不受电荷注入效应的影响。在开关S3已经断开的情况下，断开开关S2，此时开关S2的电荷注入效应引起电压V1很小的波形失真，与此同时关闭开关S1，这样，尽管电路中有开关S2的电荷注入，但是电压V1仍将被置成Vin，因此，电路不受电荷注入效应影响。

开关S1断开时，开关S2已经关闭，所以开关S1的注入电荷会沿着闭合的开关S2流向地，对电路不会产生影响。

断开开关S4和S5时，两个开关产生的电荷注入效应会使两个采样保持器的输出的波形有微小的失真，但输出值相对较小可以忽略，而且，两个采样保持器接仪表放大器4，仪表放大器4的差动式结构会使开关S4与S5的电荷注入效应相互抵消，所以不会对电路最终输出电压产生影响。

区别于现有技术，本发明电流传感器电容测量电路对电路中的各个开关的控制时序进行了合理的设计，较好的解决了电路中电子开关的电荷注入效应，使电路获得较高的分辨率，另外电路中无需滤波器，大大提高了基于改电路的数据采集***的数据采集速度。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种电流传感器电容测量电路，包括：第一开关、第二开关、第一电容、电荷放大电路、第一采样保持器、第二采样保持器和仪表放大器，所述电荷放大电路包括：第一运算放大器、第二电容和第三开关，所述第一运算放大器反相输入端接第一电容，输出端与并联的第一、第二采样保持器相连，所述仪表放大器同相输入端接第一采样保持器输出端，反相输入端接第二采样保持器输出端，其特征在于，所述第一开关与第二开关并联接于第一电容左侧端，所述第三开关与第二电容并联接于第一运算放大器的反相输入端和输出端，所述第一、第二和第三开关的控制时序不同。

2.根据权利要求1所述的电流传感器电容测量电路，其特征在于，所述第一电容的左侧极板为激励电极，右侧极板为检测电极，所述左侧极板、右侧极板分别与并联的第三、第四电容相连并接于地。

3.根据权利要求1所述的电流传感器电容测量电路，其特征在于，所述第一采样保持器包括：第四开关、第五电容和第二运算放大器，所述第四开关与第五电容并联接入第二运算放大器输入端。

4.根据权利要求1所述的电流传感器电容测量电路，其特征在于，所述第二采样保持器包括：第五开关、第六电容和第三运算放大器，所述第五开关与第六电容并联接入第三运算放大器输入端。

5.根据权利要求1所述的电流传感器电容测量电路，其特征在于，所述第一运算放大器为差动式结构。