[發明專利]一種可調偏壓的陣列精密電容的同步測量系統及方法

有效

• 申請號: 202110375742.2
• 申請日: 2021-04-08
• 公開（公告）號: CN113125926B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發明（設計）人: 王自鑫;陳潤明;陳弟虎;黃俊龍;胡炳翔;梁言;蔡志崗
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: G01R31/26
• 分類號: G01R31/26
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 劉俊

1.一種可調偏壓的陣列精密電容的同步測量系統，其特征在于：包括數字信號處理子系統、模擬鏈路子系統和待測電容測試子系統，

所述的數字信號處理子系統輸出復數個不同頻率的第一正弦波數字信號、程控放大控制信號至模擬鏈路子系統；

所述的模擬鏈路子系統將不同頻率的第一正弦波數字信號轉換為正弦波模擬信號進行濾波、放大處理，得到并輸出復數個不同頻率的第一正弦波模擬信號至所述的待測電容測試子系統；

所述的待測電容測試子系統將接收到的復數個不同頻率的第一正弦波模擬信號通過不同的待測電容后匯聚成一個包括復數個頻率分量的第二合成波模擬信號；

所述的模擬鏈路子系統接收反饋回來第二合成波模擬信號，并進行程控放大和濾波處理之后，并將第二合成波模擬信號轉換為第二合成波數字信號，并輸入所述的數字信號處理子系統；

最終所述的數字信號處理子系統根據第二合成波數字信號和第一正弦波數字信號進行處理得到不同的待測電容的電容值；

所述的數字信號處理子系統包括復數個相敏檢測模塊、復數個正弦波產生模塊、平滑濾波器組、微處理器；

每個所述的正弦波產生模塊對應與一個所述的相敏檢測模塊連接；

每個所述的正弦波產生模塊接收所述的微處理器發送的頻率控制信號，并產生一對相位正交的第一正弦波數字信號；不同所述的正弦波產生模塊之間產生的第一正弦波數字信號的頻率均不相同；

所述的第一正弦波數字信號分別輸入對應連接的相敏檢測模塊、模擬鏈路子系統；

同時每個相敏檢測模塊從模擬鏈路子系統接收同一個包括復數個頻率分量的第二合成波數字信號；

每個所述的相敏檢測模塊都輸出一對包括特定頻率分量信號的幅度和相位信息的第三數字信號至所述的平滑濾波器組，其中特定頻率是指與相位正交的正弦波數字信號具有相同頻率；

所述的微處理器從平滑濾波器組接收復數個平滑后的第三數字信號，計算處理得到多個待測電容的電容值，同時輸出頻率控制信號到正弦波產生模塊，并輸出程控放大控制信號至模擬鏈路子系統。

2.根據權利要求1所述的可調偏壓的陣列精密電容的同步測量系統，其特征在于：所述的模擬鏈路子系統包括復數個模擬驅動鏈路和一個模擬采樣鏈路；

一個所述的模擬驅動鏈路與一個正弦波產生模塊對應連接，用于接收正弦波產生模塊產生的第一正弦波數字信號；

同時所述的模擬驅動鏈路將第一正弦波數字信號轉換為第一正弦波模擬信號，并進行濾波、放大處理，之后輸入到待測電容測試子系統；

所述的模擬采樣鏈路從待測電容測試子系統接收一個包括復數個頻率分量的第二合成波模擬信號，并進行程控放大和濾波處理，并將第二合成波模擬信號轉換為一個包括復數個頻率分量的第二合成波數字信號，并輸入到每個所述的相敏檢測模塊。

3.根據權利要求2所述的可調偏壓的陣列精密電容的同步測量系統，其特征在于：所述的待測電容測試子系統包括復數個直流耦合電路、復數個第一交流耦合電路、一路第二交流耦合電路、復數個待測電容、一個取樣電阻；

一路所述的直流耦合電路的一端接偏置電壓，一路所述的直流耦合電路的另一端對應與一路所述的待測電容的一端連接；

復數個所述的待測電容的另一端均與取樣電阻的一端連接；

所述的取樣電阻的另一端接地；

一路所述的第一交流耦合電路的輸入端對應與一路模擬驅動鏈路的輸出端連接，用于接收經過濾波、放大處理之后的第一正弦波模擬信號；

一路所述的第一交流耦合電路的輸出端對應接到所述的直流耦合電路與待測電容之間；

所述的第二交流耦合電路的一端連接在復數個待測電容和所述的取樣電阻之間，所述的第二交流耦合電路的另一端連接模擬鏈路子系統的程控放大電路；

不同頻率的第一正弦波模擬信號通過不同的第一交流耦合電路輸入不同的待測電容后在取樣電阻匯聚成一個包括復數個頻率分量的第二合成波模擬信號，再通過第二交流耦合電路輸出到模擬鏈路子系統中的模擬采樣鏈路。