[發(fā)明專利]一種低功耗高分辨率電容測量電路

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110042598.0
• 申請日: 2021-01-13
• 公開（公告）號: CN112881775B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發(fā)明（設計）人: 簡明朝;郭春炳;孔祥鍵;陸維立;楊德旺;高鈞達
• 申請（專利權）人: 廣東工業(yè)大學
• 主分類號: G01R27/26
• 分類號: G01R27/26
• 代理公司: 廣東廣信君達律師事務所 44329
• 代理人: 張生梅

1.一種低功耗高分辨率電容測量電路，其特征在于，包括模擬前端模塊和數模轉換器，其中：

待測電容Cx一端接地，另一端通過開關S1連接至所述模擬前端模塊；

所述模擬前端模塊包括輸入級、放大級和輸出級，當所述開關S1閉合后，所述輸入級通過電容分壓將待測電容Cx轉換為相應的線性輸出電壓，線性輸出電壓經過放大級以提高電壓輸出擺幅，繼而通過電流鏡技術傳送到所述輸出級；將輸出級輸出的電壓值保存在輸出電容上，再經過所述數模轉換器轉換成數字信號后輸出；

所述輸入級包括電容C_initial、電容C1、傳輸門TG1、傳輸門TG2、傳輸門TG3、MOS管M1和MOS管M2；其中：

所述待測電容Cx的上極板接地，下極板通過開關S1連接到輸入級中的電壓節(jié)點X；電容C_initial和電容C1的上極板連接電壓節(jié)點X，C_initial下極板連接地，C1下極板連接MOS管M1的漏極和MOS管M2的源極；MOS管M1的源極連接地，MOS管M2漏極連接電壓源VR；MOS管M1和MOS管M2的柵極接控制信號CLK1；傳輸門TG1連接電壓節(jié)點X和地，傳輸門TG2連接輸出V1和參考電壓Vref，傳輸門TG3連接電壓節(jié)點X和輸出V1；傳輸門TG1、傳輸門TG2的控制信號為CLK1，傳輸門TG3的控制信號為CLK2；

所述放大級包括電流源I1、MOS管M3、MOS管M4、MOS管M5、MOS管M6、MOS管M7、MOS管M8、MOS管M9、MOS管M10、MOS管M11、MOS管M12、傳輸門TG4和電容Cp，其中：

電流源I1與MOS管M11漏極相連；MOS管M11的柵極、漏極與M12的柵極相連，MOS管M11的源極連接MOS管M12的源極；MOS管M3、M4的源極和M12的漏極相連；MOS管M3、M4的漏極分別與MOS管的M5、M6的漏極、柵極相連；MOS管M5的漏極和MOS管M9的柵極相連；MOS管M6的漏極和M110的柵極相連；MOS管M5的源極連接MOS管M6的源極，MOS管M4柵極即電壓節(jié)點INP通過傳輸門TG4和MOS管M6的漏極相連，且和電容Cp的上級板相連，電容Cp的下級板和參考電壓Vref相連；MOS管M9的漏極和MOS管M7的漏極、柵極相連；MOS管M7的柵極和MOS管M8柵極相連；MOS管M110的漏極、MOS管M8的漏極和輸出V2相連；MOS管M3的柵極即輸入端口INN與輸入級的輸出V1相連；

所述輸出級包括電容C2、電容C3、電容C4、MOS管M13、MOS管M14、MOS管M15、MOS管M16、MOS管M17、MOS管M18、MOS管M19、MOS管M20和傳輸門TG5，其中：

電容C2上級板、電容C3的下極板和輸入端口IN相連；電容C2的上級板和MOS管M13、MOS管M14的柵極相連，MOS管M13、MOS管M14的源極相連，MOS管M14的漏極連接MOS管M16的源極；電容C3的下極板和MOS管M19、MOS管M20的柵極相連；MOS管M15的柵極和MOS管M16的柵極相連并接控制信號CLK3-；MOS管M15的源極連接MOS管M13的漏極，MOS管M15的漏極連接MOS管M17的漏極；MOS管M17柵極和MOS管M18的柵極相連并接控制信號CLK3；MOS管M17的源極連接MOS管M19的漏極，MOS管M19的源極連接MOS管M20的源極，MOS管M16、MOS管M18的漏極和電容C4上級板、輸出端口OUT相連，C4的下級板接地；MOS管M6的源極連接MOS管M8的漏極，輸出端口OUT通過傳輸門TG5與參考電壓Vref相連。

2.根據權利要求1所述的低功耗高分辨率電容測量電路，其特征在于，所述電容測量電路還包括低壓差線性穩(wěn)壓器；

所述低壓差線性穩(wěn)壓器分別與模擬前端模塊、數模轉換器連接，用于為模擬前端模塊、數模轉換器提供穩(wěn)定的工作電壓使其適應在不同的外部電源電壓下工作。