CN111965431B - 半导体装置 - Google Patents

Abstract

本文提供了一种半导体装置。该半导体装置包括开关网络、参考阻抗器件和控制电路。控制电路基于测量请求将阻抗性质不同的参考阻抗耦合至比较电路。比较电路基于表示参考阻抗器件的阻抗值的参考电压和表示目标阻抗器件的目标阻抗值的目标电压来生成触发信号。控制电路基于触发信号确定第一时段，改变参考阻抗值的参考电压和目标阻抗值的目标电压，基于针对经改变的参考电压和目标电压的触发信号，确定第二时段，基于第一时段和第二时段，确定目标器件的阻抗值。通过使用根据本公开的技术方案，可以以简化的电路实现高精度的电阻和电容测量。

Description

半导体装置

技术领域

本公开的实施例一般地涉及集成电路领域，并且更具体地涉及半导体装置。

背景技术

在各种电子产品中，特别是半导体装置，通常需要对其中的各个部件的电学属性进行测量，从而确定各个部件是否符合设计要求。例如，在万用表设计以及触摸按键应用中，通常需要对万用表或触摸按键的电阻或电容进行测量，以确保万用表或触摸按键能呈现期望的性能。

然而，一些常规的测量方案通常使用高精度的模数转换器（ADC）来对电阻或电容上的电压进行采样并且对经模数转换的信号进行测量。高精度的ADC通常对ADC架构中的模拟模块具有非常高的精度要求。这往往需要复杂的电路架构设计，并且消耗更多的功耗和占用更多的芯片面积。因此，期望改进电阻和电容的测量电路的设计。

发明内容

鉴于上述问题，本公开的实施例提供了一种具有简化设计的用于测量阻抗器件的电阻或电容的半导体装置。

在本公开的第一方面，提供了一种半导体装置。该半导体装置包括开关网络、参考阻抗器件和控制电路。参考阻抗器件包括参考电容器和参考电阻器。控制电路被配置为基于与目标阻抗器件的阻抗性质相关联的测量请求，控制开关网络以使参考阻抗器件中的与目标阻抗器件的阻抗性质不同的参考阻抗器件耦合至比较电路。如果目标阻抗器件为电阻器，则参考阻抗器件为参考电容器，并且如果目标阻抗器件为电容器，则参考阻抗器件为参考电阻器。比较电路被配置为基于表示参考阻抗器件的参考阻抗值的参考电压和表示目标阻抗器件的目标阻抗值的目标电压来生成触发信号。控制电路被进一步配置为基于触发信号，确定第一时段；改变表示参考阻抗器件的参考阻抗值的电压和表示目标阻抗器件的目标阻抗值的电压；基于针对经改变的参考电压和目标电压的触发信号，确定第二时段；基于第一时段和第二时段，确定目标器件的阻抗值。

在一些实施例中，比较电路被配置为在第一端接收表示目标阻抗器件和参考阻抗器件中的电阻器的阻值的第一电压；在第二端接收表示目标阻抗器件和参考阻抗器件中的充电电容器的电容值的充电电压；并且响应于充电电容器被充电至等于第一电压，生成触发信号。控制电路被进一步配置为在根据第一电压生成触发信号的情形下，确定第一测量时段，第一测量时段是从控制电路生成用于使充电电容器开始充电的第一充电控制信号至控制电路接收到触发信号的时段。控制电路被进一步配置为将目标阻抗器件和参考阻抗器件中的电阻器上的第一电压改变至第二电压；在根据第二电压生成触发信号的情形下，确定第二测量时段，第二测量时段是从控制电路生成用于使充电电容器开始充电的第二充电控制信号至控制电路接收到触发信号的时段。控制电路被进一步配置为计算第一测量时段和第二测量时段之间的第一时间差值；以及基于第一时间差值和参考阻抗器件的阻抗值，确定目标阻抗器件的阻抗值。

在一些实施例中，控制电路被进一步配置为如果第一测量时段低于阈值，则在根据第一电压生成触发信号的情形下，重复确定第一测量时段，并且基于多个第一测量时段，确定多个第一测量时段的均值；如果第二测量时段低于阈值，则在根据第二电压生成触发信号的情形下，重复确定第二测量时段，并且基于多个第二测量时段，确定多个第二测量时段的均值；计算多个第一测量时段的均值和第二测量时段的均值之间的第二时间差值；以及基于第二时间差值和参考阻抗器件的阻抗值，确定目标阻抗器件的阻抗值。

在一些实施例中，控制电路包括第一计数器。第一计数器被配置为在从控制电路生成用于使充电电容器开始充电的第一充电控制信号至控制电路接收到触发信号期间，对所接收的时钟信号进行计数，以确定第一测量时段；以及在从控制电路生成用于使充电电容器开始充电的第二充电控制信号至控制电路接收到触发信号期间，对所接收的时钟信号进行计数，以确定第二测量时段。

在一些实施例中，控制电路包括第二计数器。第二计数器被配置为对重复确定第一测量时段的次数进行计数，以确定多个第一测量时段的均值；以及对重复确定第二测量时段的次数进行计数，以确定多个第二测量时段的均值。

在一些实施例中，开关网络包括第一开关，耦合在第一电流源和目标阻抗器件和参考阻抗器件中的电阻器之间；第二开关，耦合在第二电流源和目标阻抗器件和参考阻抗器件中的电阻器之间；以及第三开关，耦合至充电电容器。控制电路被进一步配置为：使得第一开关导通并且使得第二开关断开，以生成第一电压；并且使得第一开关导通并且使得第二开关导通，以生成第二压电；使得第三开关导通以使来自第三电流源的电流对充电电容器充电，第三电流源的电流与第二电流源的电流成比例。

在一些实施例中，开关网络包括第四开关，耦合至目标阻抗器件和参考阻抗器件中的电阻器。控制电路被进一步配置为使得第四开关导通以将可变电流源耦合至目标阻抗器件和参考阻抗器件中的电阻器提供第一电流控制信号至可变电流源，以使得可变电流源生成第一电流，从而在目标阻抗器件和参考阻抗器件中的电阻器上生成第一电压；以及提供第二电流控制信号至可变电流源，以使得可变电流源生成第二电流，从而在目标阻抗器件和参考阻抗器件中的电阻器上生成第二电压。

在一些实施例中，开关网络包括放电开关，放电开关与充电电容器并联。控制电路被进一步配置为响应于接收到触发信号，生成放电信号以使得放电开关导通，从而对充电电容器进行放电；以及在充电电容器放电完成之后，将目标阻抗器件和参考阻抗器件中的电阻器上的第一电压改变至第二电压。

在一些实施例中，目标阻抗器件和参考阻抗器件中的电阻器包括：第一电阻器，耦合至第一电流源；以及第二电阻器，耦合在第一电阻器和接地之间。开关网络包括第一开关，与第一电阻器并联；第二开关，耦合在第二电阻器和比较电路的第一端之间；以及第三开关，耦合在第一电阻器和比较电路的第一端之间。控制电路被进一步配置为使得第一开关导通，使得第二开关或第三开关导通，以生成第一电压；并且使得第一开关断开，使得第二开关断开、并且使得第三开关导通，以生成第二电压。

在一些实施例中，半导体装置还包括第一电流源、第一开关、第二电流源、第二开关、第三电流源、放电开关。第一开关耦合在目标阻抗器件和参考阻抗器件中的电阻器和第一电流源之间，并且第一开关的控制端子耦合至控制电路。第二开关耦合在目标阻抗器件和参考阻抗器件中的电阻器和第二电流源之间，并且第二开关的控制端子耦合至控制电路。第三开关耦合在充电电容器和第三电流源之间，并且第三开关的控制端子耦合至控制电路。放电开关与放电电容器并联，并且放电开关的控制端子耦合至控制电路。目标阻抗器件和参考阻抗器件中的电阻器与第一开关和第二开关之间的第一中间节点耦合至比较电路的第一端。放电电容器和第三开关之间的第二中间节点耦合至比较电路的第二端。比较电路的输出耦合至控制电路。

根据本公开的实施例的用于测量阻抗器件的电阻或电容的半导体装置，可以以简化的电路结构来避免半导体装置中的比较电路的延迟和失调的影响，从而提高测量精度。

附图说明

通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其他目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了本公开的一个实施例能够在其中实现的示例环境的示意框图。

图2示出了根据本公开的一个实施例的示意半导体装置的电路图。

图3示出了根据本公开的另一实施例的示意半导体装置的电路图。

图4示出了根据本公开的一个实施例的测量流程示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施例。虽然附图中示出了本公开的优选实施例，然而应该理解，本公开可以以各种形式实现而不应被这里阐述的实施例限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。

在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。在本公开中，“阻抗”表示电阻或电容，“阻抗器件”表示电阻器或电容器，并且“阻抗值”表示电阻值或电容值。此外，在本文中，“目标”表示待测量的部件。例如，目标阻抗器件表示待测阻抗器件，目标电容器表示待测电容器。

如前文所提及的，通常需要对所设计和制造的电子产品的一些部件的电学属性（例如电阻和电容）进行测量。一些常规的测量方案通常使用高精度的模数转换器（ADC）来对电阻或电容上的电压经常采样并且对经模数转换的信号进行测量。高精度的ADC通常对ADC架构中的模拟模块具有非常高的精度要求。例如要求模拟模块具有稳定的电学特性或是使用补偿电路等方式来克服模拟模块中的各种问题，例如漂移或延迟等。然而，这些常规方案对于电路部件的要求较高，并且对于电路***的稳定性要求较高。这极大地增加了设计复杂性和成本。

本发明人通过研究发现，诸如比较电路之类的电路部件自身器件特性导致的漂移或延迟等问题通常在多次测量时保持相对稳定。因此，本发明人构思了一种新的简化半导体装置来测量电阻或电容。通过多次测量并且将多次测量结果进行相减，可以消除或极大地缓解测量器件自身的漂移或延迟等问题导致的测量精度降低的问题，并且因此可以以简化的电路来实现高精度测量。这极大地简化了电路设计并且降低了成本。

图1示出了本公开的一个实施例能够在其中实现的示例环境的示意框图。在一个实施例中，电子设备10例如是万用表，其包括比较和控制电路100、开关网络20和参考阻抗器件40。在另一实施例中，电子设备10包括比较和控制电路100、开关网络20和参考阻抗器件40和目标阻抗器件30。目标阻抗器件30例如是触摸按键。然而本公开的实施例不限于被应用至上述的万用表和包括触摸按键的电子设备，而是可以应用于需要测量电阻或电容的其他应用。

开关网络20包括第一开关网络22、第二开关网络24和第三开关网络26。参考阻抗器件40包括参考电阻器库42和参考电容器库44。第一开关网络22耦合在目标阻抗器件30和比较电路和控制电路100之间，第二开关网络24耦合在参考电阻器库42和比较电路和控制电路100之间，并且第三开关网络26耦合在参考电容器库44和比较电路和控制电路100之间。第一开关网络22、第二开关网络24和第三开关网络26分别包括至少一个开关，以响应于开关信号将目标阻抗器件30、参考电阻器库42和参考电容器库44电耦合至比较电路和控制电路100。

在一个示例中，如果目标阻抗器件30例如是电阻器，则比较和控制电路100选择第三开关网络26，并且经由第三开关网络26耦合至参考电容器库44中的至少一个电容器。在另一示例中，如果目标阻抗器件30例如是电容器，则比较和控制电路100选择第二开关网络24，并且经由第二开关网络24耦合至参考电阻器库42中的至少一个电阻器。

比较和控制电路100接收表示目标阻抗器件30 和参考阻抗器件40的阻抗值的电压，并且进行控制、比较和计算以确定目标阻抗器件30的阻抗值。在本公开的实施例中，目标阻抗器件30可以是电容器或电阻器，并且其阻抗值因此是电容值或电阻值。虽然图1示出了各个电路框，但是这仅是示意。该实施例的电子设备10可以包括更多或更少的电路部件，例如下文所述的电流源。下面结合图2-图4进一步描述比较和控制电路100的示例性细节和操作原理。

图2示出了根据本公开的一个实施例的示意半导体装置的电路图。在一个实施例中，例如目标阻抗器件30是电阻器Rx。该半导体装置旨在测量电阻器Rx的电阻值。在此情形下，第一开关网络22包括第一开关S1和第二开关S2。第二开关网络24全部断开，而第三开关网络26 包括放电开关Sd和第四开关S4。上述开关例如可以由场效应晶体管或双极晶体管实现。

比较和控制电路100包括比较电路120和控制电路110。比较电路120可以以本领域常规的比较电路来实现。控制电路110可以由数字信号处理器（DSP）等处理电路实现。控制电路110在接收到测量电阻Rx的请求时，控制电路110发出相应的开关信号K1、K2、K3和Kp给第一开关网络22、第二开关网络24和第三开关网络26。具体而言，控制电路110首先将第一开关S1导通、第二开关S2断开，然后将第四开关S4导通、放电开关Sd断开。在第四开关S4导通的同时，控制电路110开始计时。

第一电流源102由此在待测电阻Rx上产生电压VR，并且第三电流源106对参考电容器Cy充电。在此情形下，参考电容器Cy是充电电容器。随着时间流逝，参考电容器Cy上的电压VC逐渐上升到等于电压VR，这触发比较电路120的输出翻转，由此产生触发信号Fp。控制电路110计算从发出开关信号K1、K2、K3和Kp到接收到触发信号Fp之间的第一时段，其中K3是第一充电控制信号。该第一时段与参考电容器Cy的电容和待测电阻器Rx的电阻相关。

在一个实施例中，控制电路110包括计数电路112，该计数电路112对来自外部的时钟信号进行计数来确定上述第一时段。例如，通过统计在发出开关信号K3和Kp到接收到触发信号之间接收到的时钟信号的个数来确定上述第一时段。

在此之后，控制电路110使得第四开关S4断开，并导通放电开关Sd，从而使得参考电容器Cy放电。虽然使用放电开关Sd示出了放电方式，但其它放电电路在此也可以适用。

在参考电容器Cy放电完成之后，控制电路110生成第二开关信号K2以使得第二开关S2导通，从而电压VR从第一电压改变至第二电压，并且同时生成第三开关信号K3和放电开关信号Kp以使得第四开关S4导通和使得放电开关Sd断开，其中第三开关信号K3是第二充电控制信号。虽然使用第一开关S1和第二开关S2均导通示出了改变第一电压至第二电压的方式，但是这仅是示意而非对本公开的实施例进行限制。备选地，在第二电流源104的电流与第一电流源102的电流成比例并显著不同于第一电流源102的电流的情形下，可以断开第一开关S1并且导通第二开关S2。

随着时间流逝，参考电容器Cy上的电压VC逐渐上升到等于经改变的电压VR，这触发比较电路120的输出翻转，由此产生触发信号Fp。控制电路110计算从发出开关信号K3和Kp到接收到触发信号Fp之间的第二时段。该第二时段与参考电容器Cy的电容及待测电阻器Rx的电阻相关。在第二时段的确定过程中，也使用上述的计数电路112 进行计数来确定第二时段。

由于电压VR的改变（例如增高），因此参考电容器Cy充电以使得比较电路120产生触发信号Fp的所需的时间显然不同于之前所需的时间。因此，第一时段不同于第二时段。

控制电路110通过将第二时段与第一时段相减，可以得到时段差值。如上所述，由于比较电路120的由自身电学属性导致的失调或延迟在两次测量中基本上相同或接近，因此通过将第二时段与第一时段相减，可以得到与比较电路120的自身电学属性无关或近似不相关的时段差值。该时间差值与参考电容器Cy的电容值及待测电阻器Rx的电阻值相关。控制电路110由此可以基于已知的参考电容器Cy的电容值和时段差值来确定待测电阻器Rx的电阻值。

具体而言，例如，在VR为第一电压的情形下，计数电路112在从控制电路110发出开关信号K3和Kp至接收到触发信号Fp之间对时钟信号Fc计数，以得到计数值D1。D1可以通过下式（1）表示：

（1）

其中，Fc表示时钟信号的频率，I1表示第一电流源102生成的电流的电流值，Rx表示待测电阻器的电阻值，Vos表示比较电路的失调电压，Cy表示参考电容器Cy的电容值，I0表示第三电流源106生成的电流的电流值，以及Terr表示比较电路120和控制电路110的总的延迟误差。

在VR为第二电压的情形下，计数电路112在从控制电路110发出开关信号K3和Kp至接收到触发信号Fp之间对时钟信号Fc计数，以得到计数值D2。D2可以通过下式（2）表示：

（2）

其中，Fc表示时钟信号的频率，I1表示第一电流源102生成的电流的电流值，I2表示第二电流源104生成的电流的电流值，Rx表示待测电阻器的电阻值，Vos表示比较电路的失调电压，Cy表示参考电容器Cy的电容值，I0表示第三电流源106生成的电流的电流值，以及Terr表示比较电路120和控制电路110的总的延迟误差。

基于式子（1）和（2），可以得到下式（3）：

（3）

其中N表示第三电流镜106生成的电流的电流值与第二电流镜生成的电流的电流值的比例。由于Cy、N、D2、D1和Fc均已知，因此控制电路110可以确定Rx的值。

上面针对待测阻抗是电阻器Rx的情况进行了说明。然而本公开在另一实施例中，也可以测量电容器的值。例如，在待测阻抗是电容器Cy的情形下，可以通过选择参考电阻器Rx来执行上述测量过程。同样地，基于上述式子（3），由于Rx、N、D2、D1和Fc均已知，因此控制电路110可以确定Cy的值。

通过使用图2的电路，可以避免使用高精度的ADC电路，并且以简化的电路设计来获得高的测量精度。同时，由于是通过将电阻器上的电压与电容器上的充电电压进行比较的方式来测量，因此不仅可以测量电阻，也可以测量电容。这扩大了测量电路的应用范围。

本发明人通过研究发现，在测量电阻值较小的电阻器或电容值较小的电容器的情形下，上述测量方案仍然存在改进的空间。由于电容值或电阻值较小，因此充电时间较短。这会使得比较电路120和控制电路110的随机失调和延迟带来较为显著的影响，使得时段的测量精度存在小程度的随机化。因此，为了克服这一问题，在另一实施例中，提出了改进方案。

具体而言，在计数电路112中设置了第一计数器114和第二计数器116。第二计数器116如上所述地对在从控制电路110发出开关信号到接收到触发信号之间对时钟脉冲信号Fc进行计数，从而确定第一时段和第二时段的值。

第一计数器114对接收到的触发信号进行计数。例如，当控制电路110接收到触发信号时，控制电路110将针对时钟信号的计数值与阈值进行比较。如果计数值低于阈值，则表明待测阻抗是阻抗值较小的阻抗。控制电路110继而使充电电容器放电，并且在不改变第一电压的情形下，重复测量从控制电路110发送开关信号和接收到第二触发信号之间的计数值。如果两次计数值之和大于等于阈值，则控制电路110计算两次计数值的均值，并且使用该均值确定第一时段的计数均值。

如果两次计数值之和仍未大于等于阈值，则重复上述操作，直至多次计数值之和大于等于该阈值。控制电路110使用多次测量的计数值之和以及第一计数器114记录的触发次数来确定第一时段的计数均值。

在电压VR改变为第二电压的情形下，针对第二时段可以使用相同的计数均值确定方法。通过多次测量，可以获得第二时段的计数均值。通过将第一时段的计数均值和第二时段的计数均值作为第一时段的计数值和第二时段的计数值代入上面的式子（1）-（3），可以确定待测阻抗的阻抗值，例如电容值或电阻值。

在该实施例中，通过多次测量获取均值，可以有效地减少小阻抗的测量过程中因随机失调和延迟导致的精度下降的问题，并且有效地提供小电容和小电阻的测量精度。

图3示出了根据本公开的另一实施例的示意半导体装置的电路图。在该实施例中，比较和控制电路100及其内部的各个部件的操作方式与上面针对图2所述的电路的操作方式相同或相似，在此不再赘述。此外，充电电容器Cy的操作方式也与上面针对图2所述的充电电容器Cy的操作方式相同或相似，并且在此不再赘述。

与图2的电路相比，图3提供了第一电压和第二电压的不同生成方式。在生成第一电压VR1的情形下，控制电路110使得放电开关Sd断开，使得第一开关S1导通，并且使得第二开关S2和/或第三开关S3导通。在生成第二电压VR2的情形下，控制电路110使得放电开关Sd断开，使得第一开关S1断开，使得第二开关S2断开，并且使得第三开关S3导通。第二电流源104的电流I2在第一电压VR1和第二电压VR2的情形下保持相同，因此，由于阻值不同，第一电压VR1和第二电压VR2也不同。这也导致充电电容器Cy使得比较电路120生成触发信号所需的充电时间不同。通过将两个充电时间（计数值）相减，可以避免半导体装置中的比较电路的延迟和失调的影响，从而提高测量精度。

此外，当待测电阻或电容是小阻抗值时，可以如上所述地多次测量，并且使用第一计数的均值和第二计数的均值来确定阻抗值。这样，可以有效地减少小阻抗的测量过程中因随机失调和延迟导致的精度下降的问题，并且有效地提供小电容和小电阻的测量精度。

图4示出了根据本公开的一个实施例的测量方法400的流程示意图。在一个实施例中，方法400可以由图2和图3中所示的电路执行。在402处，控制电路110接收与目标阻抗器件的阻抗性质相关联的测量请求。例如，该请求包括目标阻抗器件的阻抗性质信息。备选地，该请求包括目标阻抗器件的位置信息、设备信息和/或名称信息，并且控制电路110可以基于上述信息中的至少一项确定目标阻抗器件的阻抗性质。在另一实施例中，可以由用户输入目标阻抗器件的阻抗信息。

在404处，控制电路110选择与目标阻抗器件的阻抗性质不同的参考阻抗器件。在一个实施例中，控制电路110将参考阻抗器件中的与目标阻抗器件的阻抗性质不同的参考阻抗器件耦合至比较电路。如果目标阻抗器件为电阻器，则参考阻抗器件为参考电容器，并且如果目标阻抗器件为电容器，则参考阻抗器件为参考电阻器。

在406处，控制电路110使得充电电容器放电。可以理解，为了如前所述的准确计数或计时，需要在对充电电容器充电之前，将其完全放电。在目标阻抗器件是电容器的情形下，该目标阻抗器件为充电电容器。在目标阻抗器件是电阻器的情形下，所选择的参考电容器为充电电容器。

在408处，控制电路110使得充电电容器充电，并且开始计时。例如，控制电路110使得图2的电阻器Rx上产生电压VR并且开始使得充电电容器Cy开始充电。随着时间流逝，充电电容器Cy上的电压逐渐上升。在充电电容器Cy上的电压变为等于电压VR时，比较电路的输出被翻转，由此生成触发信号Fp。

在410处，控制电路110接收到触发信号Fp以完成一次充电，并且生成放电信号以使得放电开关Sd导通，从而使得充电电容器Cy开始放电并且为下一次充电做准备。

在一个实施例中，在412处，控制电路110确定计数值是否超过阈值。如果超过阈值，则表明被测阻抗器件不是小阻抗器件。控制电路110将此次计数值直接作为第一电压情形下的第一计数值。

如果未超过阈值，则表明被测阻抗器件是小阻抗器件，可能存在因随机失调或延迟导致的测不准情况。方法400由此返回408处，再次测量，直至超过阈值。在超过阈值的情形下，控制电路110计算多次测量的平均计数值，并且将该平均计数值作为第一电压情形下的第一计数值。

在414处，控制电路110通过图2或图3所示的方式将电阻器上的第一电压改变为第二电压。

在416处，控制电路110使图2的电阻器Rx上产生经改变的第二电压并且开始使得充电电容器Cy开始充电。随着时间流逝，充电电容器Cy上的电压逐渐上升。在充电电容器Cy上的电压变为等于电压VR时，比较电路的输出被翻转，由此生成触发信号Fp。

在418处，控制电路110接收到触发信号Fp以完成一次充电，并且生成放电信号以使得放电开关Sd导通，从而使得充电电容器Cy开始放电并且为下一次充电做准备。

在420处，与412类似，控制电路110确定计数值是否超过阈值。如果超过阈值，则表明被测阻抗器件不是小阻抗器件。控制电路110将此次计数值直接作为第二电压情形下的第二计数值。

如果未超过阈值，则表明被测阻抗器件是小阻抗器件，可能存在因随机失调或延迟导致的测不准情况。方法400由此返回408处，再次测量，直至超过阈值。在超过阈值的情形下，控制电路110计算多次测量的平均计数值，并且将该平均计数值作为第二电压情形下的第二计数值。

在422处，控制电路110根据第一计数值和第二计数值的差值和参考阻抗器件的阻抗值来确定目标阻抗器件的阻抗值，例如电容值或电阻值。在一个实施例中，控制电路110可以使用上面的式子（3）来确定目标阻抗器件的阻抗值。

此外，虽然采用特定次序描绘了各操作，但是这应当理解为要求这样操作以所示出的特定次序或以顺序次序执行，或者要求所有图示的操作应被执行以取得期望的结果。在一定环境下，多任务和并行处理可能是有利的。同样地，虽然在上面论述中包含了若干具体实现细节，但是这些不应当被解释为对本公开的范围的限制。在单独的实施例的上下文中描述的某些特征还可以组合地实现在单个实现中。相反地，在单个实现的上下文中描述的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合的方式实现在多个实现中。

尽管已经采用特定于结构特征和/或方法逻辑动作的语言描述了本主题，但是应当理解所附权利要求书中所限定的主题未必局限于上面描述的特定特征或动作。相反，上面所描述的特定特征和动作仅仅是实现权利要求书的示例形式。

Claims (10)

1.一种半导体装置，包括：

开关网络；

参考阻抗器件，包括参考电容器和参考电阻器；

控制电路，被配置为基于与目标阻抗器件的阻抗性质相关联的测量请求来控制所述开关网络，以使所述参考阻抗器件中的、与所述目标阻抗器件的阻抗性质不同的参考阻抗器件耦合至比较电路，其中如果所述目标阻抗器件为电阻器，则所述参考阻抗器件为参考电容器，并且如果所述目标阻抗器件为电容器，则所述参考阻抗器件为参考电阻器；

所述比较电路被配置为基于表示所述参考阻抗器件的参考阻抗值的参考电压和表示目标阻抗器件的目标阻抗值的目标电压来生成触发信号；以及

所述控制电路被进一步配置为：

基于所述触发信号，确定第一时段；

改变用于表示所述参考阻抗器件的参考阻抗值的电压和用于表示所述目标阻抗器件的所述目标阻抗值的电压；

基于针对经改变的参考电压和目标电压的触发信号，确定第二时段；

基于所述第一时段和所述第二时段，确定目标器件的阻抗值。

2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述比较电路被进一步配置为：

在第一端接收用于表示所述目标阻抗器件和所述参考阻抗器件中的电阻器的阻值的第一电压；

在第二端接收用于表示所述目标阻抗器件和所述参考阻抗器件中的充电电容器的电容值的充电电压；并且

响应于所述充电电容器上的充电电压被充电至等于所述第一电压，生成所述触发信号；以及

所述控制电路被进一步配置为：

在根据所述第一电压生成所述触发信号的情形下，确定第一测量时段，所述第一测量时段是从所述控制电路生成用于使所述充电电容器开始充电的第一充电控制信号至所述控制电路接收到所述触发信号的时段；

将所述目标阻抗器件和所述参考阻抗器件中的电阻器上的第一电压改变至第二电压；

在根据所述第二电压生成所述触发信号的情形下，确定第二测量时段，所述第二测量时段是从所述控制电路生成用于使所述充电电容器开始充电的第二充电控制信号至所述控制电路接收到所述触发信号的时段；

计算所述第一测量时段和所述第二测量时段之间的第一时间差值；以及

基于所述第一时间差值和所述参考阻抗器件的所述参考阻抗值，确定所述目标阻抗器件的所述目标阻抗值。

3.根据权利要求2所述的半导体装置，其中所述控制电路被进一步配置为：

如果所述第一测量时段低于阈值，则在根据所述第一电压生成所述触发信号的情形下，重复确定第一测量时段，并且基于多个第一测量时段，确定多个第一测量时段的均值；

如果所述第二测量时段低于所述阈值，则在根据所述第二电压生成所述触发信号的情形下，重复确定第二测量时段，并且基于多个第二测量时段，确定多个第二测量时段的均值；

计算所述多个第一测量时段的均值和所述第二测量时段的均值之间的第二时间差值；以及

基于所述第二时间差值和所述参考阻抗器件的阻抗值，确定所述目标阻抗器件的阻抗值。

4.根据权利要求3所述的半导体装置，其中所述控制电路包括第一计数器，所述第一计数器被配置为：

在从所述控制电路生成用于使所述充电电容器开始充电的第一充电控制信号至所述控制电路接收到所述触发信号的期间，对所接收的时钟信号进行计数，以确定所述第一测量时段；以及

在从所述控制电路生成用于使所述充电电容器开始充电的第二充电控制信号至所述控制电路接收到所述触发信号的期间，对所接收的时钟信号进行计数，以确定所述第二测量时段。

5.根据权利要求4所述的半导体装置，其中所述控制电路包括第二计数器，所述第二计数器被配置为：

对重复确定所述第一测量时段的次数进行计数，以确定所述多个第一测量时段的均值；以及

对重复确定所述第二测量时段的次数进行计数，以确定所述多个第二测量时段的均值。

6.根据权利要求2所述的半导体装置，其中所述开关网络包括：

第一开关，耦合在第一电流源和所述目标阻抗器件和所述参考阻抗器件中的所述电阻器之间；

第二开关，耦合在第二电流源和所述目标阻抗器件和所述参考阻抗器件中的所述电阻器之间；以及

第三开关，耦合至所述充电电容器；

其中所述控制电路被进一步配置为：

使得所述第一开关导通并且使得所述第二开关断开，以生成所述第一电压；

使得所述第一开关导通并且使得所述第二开关导通，以生成所述第二电压；并且

使得所述第三开关导通以使用来自第三电流源的电流对所述充电电容器充电，所述第三电流源的电流与所述第二电流源的电流成比例。

7.根据权利要求2所述的半导体装置，其中所述开关网络包括：

第四开关，耦合至所述目标阻抗器件和所述参考阻抗器件中的所述电阻器；

其中所述控制电路被进一步配置为：

使得所述第四开关导通以将可变电流源耦合至所述目标阻抗器件和所述参考阻抗器件中的所述电阻器；

提供第一电流控制信号至所述可变电流源，以使得所述可变电流源生成第一电流，从而在所述目标阻抗器件和所述参考阻抗器件中的所述电阻器上生成所述第一电压；以及

提供第二电流控制信号至所述可变电流源，以使得所述可变电流源生成第二电流，从而在所述目标阻抗器件和所述参考阻抗器件中的所述电阻器上生成所述第二电压。

8.根据权利要求2所述的半导体装置，其中所述开关网络包括放电开关，所述放电开关与所述充电电容器并联；

其中所述控制电路被进一步配置为：

响应于接收到所述触发信号，生成放电信号以使得所述放电开关导通，从而对所述充电电容器进行放电；以及

在所述充电电容器放电完成之后，将所述目标阻抗器件和所述参考阻抗器件中的所述电阻器上的第一电压改变至第二电压。

9.根据权利要求2所述的半导体装置，其中

所述目标阻抗器件和所述参考阻抗器件中的电阻器包括：

第一电阻器，耦合至第一电流源；以及

第二电阻器，耦合在所述第一电阻器和接地之间；

所述开关网络包括：

第一开关，与所述第一电阻器并联；

第二开关，耦合在所述第二电阻器和所述比较电路的第一端之间；以及

第三开关，耦合在所述第一电阻器和所述比较电路的第一端之间；以及

所述控制电路被进一步配置为：

使得所述第一开关导通，使得所述第二开关或所述第三开关导通，以生成所述第一电压；并且

使得所述第一开关断开，使得所述第二开关断开、并且使得所述第三开关导通，以生成所述第二电压。

10.根据权利要求2所述的半导体装置，还包括：

第一电流源；

第一开关，耦合在所述目标阻抗器件和所述参考阻抗器件中的电阻器和所述第一电流源之间，并且所述第一开关的控制端子耦合至所述控制电路；

第二电流源；

第二开关，耦合在所述目标阻抗器件和所述参考阻抗器件中的电阻器和所述第二电流源之间，并且所述第二开关的控制端子耦合至所述控制电路；

第三电流源；

第三开关，耦合在所述充电电容器和所述第三电流源之间，并且所述第三开关的控制端子耦合至所述控制电路；

放电开关，与放电电容器并联，并且所述放电开关的控制端子耦合至所述控制电路；

其中，所述目标阻抗器件和所述参考阻抗器件中的电阻器与所述第一开关和所述第二开关之间的第一中间节点耦合至所述比较电路的第一端；

所述放电电容器和所述第三开关之间的第二中间节点耦合至所述比较电路的第二端；以及

所述比较电路的输出耦合至所述控制电路。

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