專利名稱：電位固定裝置及電位固定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于測量電容性傳感器的電容值的電容測量裝置，其中，所述電容性傳感器其電容會隨所接收的物理量的變化而變化。更具體地，本發(fā)明涉及一種具有電位固定/基準(zhǔn)電容消除電路的電容測量裝置，其中，所述電路用于固定電容測量裝置中的信號線的電位，并消除電容性傳感器的基準(zhǔn)電容。
背景技術(shù)：
迄今已有用于測量電容性麥克風(fēng)等電容性傳感器的電容值的電容測量裝置，其中，所述電容性傳感器其電容會隨所接收的物理量(加速度、壓力、氣體、光、聲波等)的變化而變化。圖1表示現(xiàn)有的電容測量裝置100。如圖1所示，現(xiàn)有的電容測量裝置100包括運(yùn)算放大器OP、交流電壓發(fā)生裝置OSC、電容性傳感器Cs、作為反饋?zhàn)杩沟碾娮鑂f等。交流電壓發(fā)生器OSC在進(jìn)行電容測量時產(chǎn)生向電容性傳感器Cs施加的動作信號Vin。電容性傳感器Cs與運(yùn)算放大器OP的反相輸入端子通過信號線L相連。電阻Rf連接在信號線L與運(yùn)算放大器OP之間。此外，傳感器電容Cs連接在運(yùn)算放大器OP的反相輸入端子和交流電壓發(fā)生器OSC之間。交流電壓發(fā)生器OSC的一端連接在基準(zhǔn)電位上。
作為圖1所示的現(xiàn)有電容測量裝置100的動作，當(dāng)從交流電壓發(fā)生器OSC施加電壓Vin時，交流電流流向電容性傳感器Cs。此時，由于運(yùn)算放大器OP的輸入阻抗在理想狀態(tài)下為無窮大，因而流經(jīng)電容性傳感器Cs的電流將全部流向電阻Rf。
可以通過下述方法來求出電容測量裝置的輸出Vout。
當(dāng)設(shè)定動作信號的振幅為V，動作信號的角速度為ωin，電容性傳感器的基準(zhǔn)電容為Cd，電容性傳感器Cs的變化電容的振幅為C，電容變化的角速度為ωc時，動作信號Vin以及電容性傳感器的電容Cs可表示為Vin＝Vsinωint (1)Cs＝Cd+Csinωct(2)流經(jīng)電容性傳感器的電流Is可表示為Is＝d(CsVin)/dt(3)輸出Vout可表示為Vout＝-IsRf(4)因而，由公式(1)至公式(4)可導(dǎo)出Vout＝-Rf{(Cd+C·sinωct)·ωin·cosωint+C·ωc·cosωct·sinωint}V (5)從公式(5)可知，輸出Vout具有以電容變化的角速度ωc為系數(shù)的項(xiàng)。由此，當(dāng)反饋?zhàn)杩篂殡娮钑r，如果電容性傳感器的電容以頻率ωc變化，則將輸出與所述頻率ωc相關(guān)的輸出Vout(具有頻率相關(guān)性)。因此，當(dāng)反饋?zhàn)杩篂殡娮钑r，必須要在后階段形成處理電路，以使輸出不具有頻率特性，但此時將導(dǎo)致電路規(guī)模變大。
因此，又提出了不是使用電阻而是使用電容器(電容)來構(gòu)成反饋?zhàn)杩沟募夹g(shù)。圖2表示用電容Cf來構(gòu)成反饋?zhàn)杩沟碾娙轀y量裝置101。此時，由于傳感器電容Cs所儲存的電荷與反饋電容Cf中所儲存的電荷相等，所以有下式成立-Cf·Vout＝Cs·Vin(6)因而輸出Vout可表示為Vout＝-(Cd+Csinωct)/Cf·Vsinωin(7)從上述公式可知，輸出電壓Vout不包含與角速度ωc成比例的項(xiàng)。這是由于當(dāng)使用電容器來構(gòu)成反饋?zhàn)杩箷r，可使介于兩個電容器之間的信號線L的電荷保持恒定。
如上所述，由于在電路輸出中不出現(xiàn)與電容的變化頻率成比例的項(xiàng)，所以不必在后階段設(shè)置處理電路。由此可防止電路規(guī)模變大。
但是，在利用電容Cf來構(gòu)成反饋?zhàn)杩箷r，連接Cf與電容性傳感器的信號線L將處于電懸浮狀態(tài)。由此，在電路動作中將產(chǎn)生信號線L的電位不穩(wěn)定或電路輸出飽和為電源電壓等異常情況。
為了防止上述的電路異常情況，如圖2所示，也可以在信號線L與地之間連接電阻Rg，從而固定信號線L的電位。
但是，在通過電阻Rg來固定電位的情況下，測量電容時電阻Rg的兩端有時會產(chǎn)生電位差，從而在電阻Rg中有電流流過。此時，將導(dǎo)致信號線L的電荷量發(fā)生變化，從而會降低電容測量裝置101的靈敏度。
因此，最好能有一種部件，可在不改變信號線L的電荷量的情況下，固定信號線L的電位。
此外，當(dāng)傳感器電容Cs的基準(zhǔn)電容Cd與電容變化C相比非常大時，電容變化無法在輸出Vout中充分地反映出來。
因此，最好能有一種電路，即使在基準(zhǔn)電容Cd與電容變化C相比為非常大的情況下，也可以獲得足夠的靈敏度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為解決上述課題而進(jìn)行的，其目的在于，提供一種電容測量裝置，包括電位固定部件，可在不改變電容測量裝置的信號線的電荷量的情況下，固定信號線的電位；以及基準(zhǔn)電容消除部件，可消除電容性傳感器的基準(zhǔn)(固定)電容對電路輸出產(chǎn)生的影響。
本發(fā)明一個方面的電位固定裝置是一種連接在兩個電容之間的連接線上的電位固定裝置，所述兩個電容是指第一電容以及與所述第一電容直接相連的第二電容，其中，所述電位固定裝置包括輸出端子，連接在所述連接線上；以及電壓供給部件，通過從所述輸出端子向所述連接線供給電壓，保持所述第一電容與所述第二電容的總計電荷量，同時維持所述兩個電容之間的連接線的電位為恒定；所述電壓供給部件包括分壓部件，包括第一高電阻和與所述第一高電阻直接相連的第二高電阻，并將由所述第一高電阻與所述第二高電阻分壓的電位輸出到所述輸出端子中；以及第三電容，至少與所述第一高電阻或所述第二高電阻中的一個并聯(lián)連接。這里，第一高電阻與第二高電阻最好串聯(lián)連接。另外，本發(fā)明中的高電阻可以利用二極管的反偏特性、或晶體管的關(guān)斷狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明另一方面的電位固定裝置是一種連接在兩個電容之間的連接線上的電位固定裝置，所述兩個電容是指第一電容以及與所述第一電容直接相連的第二電容，其中，所述電位固定裝置包括輸出端子，連接在所述連接線上，以及電壓供給部件，從所述輸出端子向所述連接線輸出與施加在所述連接線上的動作信號的電位相等的電位；所述電壓供給部件包括分壓部件，包括第一高電阻和與所述第一高電阻直接相連的第二高電阻，并將由所述第一高電阻與所述第二高電阻分壓的電位輸出到所述輸出端子中；以及第三電容，至少與所述第一高電阻或者所述第二高電阻中的一個并聯(lián)連接。由此在所述連接線上沒有來自第一高電阻與第二高電阻的電流流動，從而，連接線的電荷量得以保持。由于保持了連接線的電荷量，因而，例如在電容測量裝置中，即使在固定了第一電容與第二電容之間的連接線的電位的情況下，電容測量裝置的靈敏度也不會下降。其結(jié)果可進(jìn)行正確的電容測量。并且，通過選擇適當(dāng)?shù)牡谝桓唠娮?、第二高電阻的電阻值，可較容易地調(diào)節(jié)電壓供給部件的輸出電位。另外，第一高電阻與第二高電阻最好串聯(lián)連接。這里，高電阻是指與所述第一電容以及第二電容的阻抗成分相比具有相對高的阻值的足夠大的電阻。此外，從另一方面來說，高電阻又具有下述特性部件，即所述部件使得從連接線看過去的電位固定部分的輸入阻抗大于從連接線看過去的包括第一電容或第二電容中的任一個電容的電路的輸入阻抗。
另外，在上述一方面或另一方面的電位固定裝置中，優(yōu)選以下結(jié)構(gòu)即，所述電壓供給部件還包括放大器和規(guī)定電壓施加部件，在所述放大器上連接所述第一高電阻的一端，所述第一高電阻的另一端與所述第二高電阻的一端相連，在所述第一高電阻的另一端與所述第二高電阻的一端之間連接所述輸出端子，所述第二高電阻的另一端與所述規(guī)定電壓施加部件相連。
當(dāng)如上述構(gòu)成時，通過確定放大器的放大率、第一固定電阻和第二固定電阻的電阻值、以及規(guī)定電位施加部件的電壓值，可以容易地將電壓供給部件的輸出端子的電位控制為與施加在第一電容與第二電容之間的連接線上的動作信號的電位相等的電位。此外，通過確定放大器的放大系數(shù)和用于消除基準(zhǔn)電容的電容的電容值，可以容易地控制在流經(jīng)第一電容的電流中由用于消除基準(zhǔn)電容的電容所提供的量。
在上述一方面或另一方面的所述電位固定裝置中，還包括第一運(yùn)算放大器，并且，所述第一電容是被測電容，所述兩個電容之間的連接線是信號線，在所述信號線上連接有所述第一運(yùn)算放大器的輸入端子。
此外，在上述一方面或另一方面的所述電位固定裝置中，所述電位固定裝置還包括第二運(yùn)算放大器，所述第二運(yùn)算放大器的輸出端子與所述第二電容相連。
本發(fā)明一方面的電位固定方法是一種用于固定兩個電容之間的連接線的電位的電位固定方法，所述兩個電容是指第一電容以及與所述第一電容直接相連的第二電容，其中，所述電位固定方法包括電壓供給部件，所述電壓供給部件至少包含用于分壓的兩個高阻抗，并至少在所述兩個高阻抗的一側(cè)具有放大器與第三電容，并且，通過向所述兩個電容之間的連接線施加所述電壓供給部件的輸出，并調(diào)節(jié)所述放大器的放大率與所述第三電容的電容值，從而確定連接線的固定電位。另外，高阻抗與高電阻起相同的作用。
此外，本發(fā)明另一方面的電位固定方法是用于固定兩個電容之間的連接線的電位的電位固定方法，所述兩個電容是指第一電容以及與所述第一電容直接相連的第二電容，其中，所述電位固定方法包括電壓供給部件，所述電壓供給部件包括放大器、第一高電阻和第二高電阻、以及至少與第一高電阻或第二高電阻中的任一個并聯(lián)連接的第三電容，并且，通過將由所述第一高電阻與第二高電阻分壓的電壓輸出到所述兩個電容之間的連接線上，并調(diào)節(jié)所述放大器的放大率與所述兩個高電阻的值以及第三電容的值，從而將施加在所述兩個電容之間的連接線上的動作信號的電位設(shè)定為與所述電壓供給部件的輸出電位相等。
在本發(fā)明的一方面以及另一方面的電位固定方法中，最好在所述電壓供給部件的第一高電阻或第二高電阻的任一側(cè)的端部上，還包括規(guī)定電壓施加部件，從而通過調(diào)節(jié)所述規(guī)定電壓施加部件的施加電壓，可以將施加在所述兩個電容之間的連接線上的動作信號的電位設(shè)定為與所述電壓供給部件的輸出電位相等。
此外，在上述一方面以及另一方面的電位固定方法中，還可以將所述第一電容以及所述第二電容中的任一個用作被測電容。


圖1是現(xiàn)有電容測量裝置的電路圖。
圖2是作為比較例的電位固定方法的電路圖。
圖3是包含本發(fā)明第一實(shí)施例中的電位固定裝置的電容測量裝置的電路圖。
圖4是表示放大器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一個例子的電路圖，其中，所述放大器是圖3所示的第一實(shí)施例的電位固定裝置中所包含的放大器。
圖5是包含本發(fā)明第二實(shí)施例的電位固定裝置的電容測量裝置的電路圖。
圖6是包含本發(fā)明另一實(shí)施例的電位固定裝置的電容測量裝置的電路圖。
發(fā)明的最佳實(shí)施方式圖3是包含本發(fā)明第一實(shí)施例中的電位固定裝置的電容測量裝置的電路圖。
首先，參照圖3說明包含第一實(shí)施例的電位固定裝置的電容測量裝置的結(jié)構(gòu)。在本第一實(shí)施例中，包括用于獲得增益并作為電流源的運(yùn)算放大電路11、處于虛短路狀態(tài)的運(yùn)算放大器12、交流電壓發(fā)生器13、被測電容14、以及反饋電容15。另外，運(yùn)算放大器12是本發(fā)明的“第一運(yùn)算放大器”的一個示例，運(yùn)算放大電路11是本發(fā)明的“第二運(yùn)算放大器”的一個示例。此外，被測電容14為本發(fā)明的“第一電容”或者“第二電容”的一個示例，其電容值Cs可用基準(zhǔn)電容Cd與變化電容Csinωct相加，即Cs＝Cd+Csinωct來表示。基準(zhǔn)電容是第一、第二電容所固有的電容，即指有外力施加前的固定電容值。反饋電容15是本發(fā)明的“第一電容”或者“第二電容”的一個示例。被測電容14與反饋電容15通過信號線17相連。另外，所述信號線17是本發(fā)明的“連接線”的一個示例。被測電容14不與信號線相連的那一端可以處于懸浮狀態(tài)，但是將其連接在規(guī)定電位上時可實(shí)現(xiàn)高精度的測量。信號線17聯(lián)接在運(yùn)算放大器12的一個輸入端子上。此外，交流電壓發(fā)生器13連接在運(yùn)算放大器12的另一個輸入端子上。
這里，在第一實(shí)施例中，使用包括電壓供給電路1的電位固定裝置來固定信號線17的電位。這里，電壓供給電路1是本發(fā)明的“電壓供給部件”的一個示例。電壓供給電路1包含放大率為A的放大器2、電阻值為Ra1的第一高電阻3、電阻值為Ra2的第一高電阻4、以及電容值為Cc的用于消除基準(zhǔn)電容的電容8。第一高電阻3的Ra1以及第二高電阻4的Ra2，與從共用的頻率與檢測電容求出的近似的特性阻抗值相比，只要是具有相對足夠大的數(shù)值的電阻值即可。另外，在本申請中，以A倍等方式出現(xiàn)的變量A均表示零(0)以外的實(shí)數(shù)。
此外，在放大器2的輸入側(cè)，連接有與交流電壓發(fā)生器13不同的另一交流電壓發(fā)生器(另一電源)7。在放大器2的輸出側(cè)連接著第一高電阻3的一端。在第一高電阻3的另一端與第二高電阻4的一端之間，連接著輸出端子5。所述電壓供給電路1的輸出端子5在P點(diǎn)與信號線17相連。在第二高電阻4的另一端設(shè)有端子6。并向端子6施加規(guī)定的電位Vs。所述端子6是本發(fā)明的“規(guī)定電壓施加部件”的一個示例。此外，從輸出端子5輸出通過第一高電阻3以及第二高電阻4的電阻分配而分壓的電壓Va。
此外，放大器2例如具有如圖4所示的結(jié)構(gòu)。即，放大器2包括放大器2、運(yùn)算放大器21、電阻值為R1的電阻22、以及電阻值為R2的電阻23。在運(yùn)算放大器21的同相輸入端子連接有交流電壓發(fā)生器7(參照圖3)。此外，在運(yùn)算放大電路21的輸出端子與反相輸入端子之間連接有電阻22。此外，在運(yùn)算放大電路21的反相輸入端子與GND之間連接有電阻23。通過如上述構(gòu)成，可以容易地獲得放大率A＝(R1+R2)/R2的放大器2。
作為根據(jù)第一實(shí)施例的電容測量裝置的電位固定方法，確定放大器2的放大率A、第一高電阻3的電阻值Ra1、第二高電阻4的電阻值Ra2以及端子6的電壓Va，使得流經(jīng)信號線17的動作信號的電壓Vin與電壓供給電路1的輸出端子5的電壓Va相等，并且，確定作為第三電容的用于消除基準(zhǔn)電容的電容8的電容值Cc、放大器2的放大率A，由此至少提供一部分的在被測電容14中流通的電流。
作為圖3所示的第一實(shí)施例的電容測量裝置的電容測量動作，由于運(yùn)算放大器12處于虛短路狀態(tài)，因而來自交流電壓發(fā)生器13的電壓Vin(動作信號)施加到信號線17上。由此，在被測電容14的兩端存在電壓，從而有電流流通。從而，從信號輸出端子18輸出與被測電容14的電容Cs相對應(yīng)的輸出Vout。通過對所述輸出電壓Vout進(jìn)行各種信號處理，可獲得被測電容14的電容Cs。
如上所述，在第一實(shí)施例中，在連接被測電容14與固定電容15的信號線17上連接施加交流電壓的電壓供給電路1，其中，所述交流電壓用于進(jìn)行電位固定和基準(zhǔn)電容消除，此外，設(shè)定放大器2的放大率A、Ra1、Ra2，使得電壓供給電路1的輸出端子5的電位與施加在信號線17上的動作信號的電位Vin相等，其中，所述輸出端子5的電位是利用第一高電阻3與第二高電阻4對放大器2的輸出進(jìn)行分壓來確定的，由此，可使信號線17上沒有來自第一高電阻3與第二高電阻4的電流流動，從而可防止信號線17的電荷量發(fā)生變化。此外，通過在電壓供給電路1中包含具有高阻抗值的第一高電阻3以及第二高電阻4，可有效防止在信號線17中流通的電流的一部分流向電壓供給電路1。這樣，也可以防止信號線17的電荷量發(fā)生變化。另外，通過從放大器2經(jīng)由用于消除基準(zhǔn)電容的電容8至少提供一部分的在被測電容14中流通的電流，減少了從運(yùn)算放大器11經(jīng)反饋電容15提供到被測電容的基準(zhǔn)電容上的電流，從而可在輸出Vout中充分反映出被測電容中的電容變化分量。此外，通過從放大器2經(jīng)由用于消除基準(zhǔn)電容的電容向被測電容提供電流，減少了流經(jīng)反饋電容15的電流，換句話說，即減少了流經(jīng)反饋電容的電流的偏置分量，因此可提高使用Cf確定的電容測量裝置的增益。
其結(jié)果是，在第一實(shí)施例的電容測量裝置中，即使在固定了連接被測電容14與固定電容15的信號線17的電位的情況下，電容測量裝置的靈敏度也不會下降，因而可進(jìn)行正確的電容測量。
下面，利用公式對第一實(shí)施例進(jìn)行說明。首先，電壓供給電路的輸出Va表示為Va＝Ra2(AVo-Vs)/(Ra1+Ra2)(8)這里，為了簡便，取A＝2，Vs＝0，Ra1＝Ra2。此時，由于設(shè)定Va＝Vin(Va與Vin同電位)，所以，只要使Vo＝Vin(9)即可。因此，流經(jīng)用于消除基準(zhǔn)電容的電容Cc的電流Ic表示為Ic＝d{Cc(AVc-Vin)}/dt＝d(CcVin)/dt (10)接著，由于運(yùn)算放大器12處于虛短路狀態(tài)，因而來自交流電壓發(fā)生器13的電壓Vin(動作信號)被供給到信號線17上。由此，在被測電容14中有電流流通。所述電流Is表示為Is＝d(CsVin)/dt＝(Cdωincosωint+Cωccosωct·sinωint+Cωinsinωct·cosωint)V (11)這里，Cd是被測電容14的基準(zhǔn)電容值，C是被測電容14的變化電容的振幅，ωc是電容變化的角頻率，V是動作信號的振幅，ωin是動作信號的角頻率。
此外，流經(jīng)反饋電容Cf的電流If可表示為If＝d{Cf(Vout-Vin)}/dt(12)這里，由于運(yùn)算放大器12的輸入阻抗足夠大，并且，設(shè)定Va＝Vin，此外Ra1以及Ra2為足夠大的電阻值，所以在Ra1以及Ra2中沒有電流流通，從而Ic、Is及If之間構(gòu)成如下關(guān)系If＝Is-Ic(13)d{Cf(Vout-Vin)}/dt＝d(CsVin)/dt-d(CcVin)/dt(14)因此，信號輸出端子18的輸出Vout為Vout＝{1+(Cs-Cc)/Cf}Vin＝{1+(Cd+Csinωct-Cc)/Cf}Vsinωint (15)在條件(A＝2、Vs＝0、Ra1＝Ra2)下，Cc與Cd相等，因而可以消除被測電容14的基準(zhǔn)電容對電路輸出的影響。換句話說，在電路輸出中只輸出了與被測電容14中的變化電容相對應(yīng)的信號。即此時，電路輸出表示為Vout＝(1+Csinωct/Cf)Vsinωint (16)由此基準(zhǔn)電容對電路輸出沒有影響，從而能夠以高靈敏度正確檢測出電容變化。
在以上說明中，從電流的角度進(jìn)行了說明，下面，從電壓的角度來進(jìn)行驗(yàn)證。
由于運(yùn)算放大器12的輸入阻抗足夠大，并且設(shè)定Va＝Vin，且由于Ra1以及Ra2為非常大的電阻值，因而在Ra1以及Ra2中沒有電流流通，從而信號線的電荷量恒定。從而，CcVin+Cf(Vout-Vin)＝CsVin(17)Vout＝{1+(Cs-Cc)/Cf}Vin＝{1+(Cd+Csinωct-Cc)/Cf}Vsinωint(18)這與上述Vout的公式相同。因此，在圖3所示的實(shí)施例中，可以根據(jù)上述條件，進(jìn)行正確的電容測量。
圖5是本發(fā)明的第二實(shí)施例的電容測量裝置的電路圖，其中所述電容測量裝置具有包含電壓供給電路的電位固定/基準(zhǔn)電容消除部件。在所述第二實(shí)施例的電壓供給電路1中，在上述第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)中的放大器2的輸入側(cè)，連接了用于向信號線17中施加動作信號Vin的交流電壓發(fā)生器13，以代替交流電壓發(fā)生器7。另外，第二實(shí)施例中的其他結(jié)構(gòu)與第一在第二實(shí)施例中，如上所述，通過在放大器2的輸入側(cè)連接用于向信號線17中施加動作信號Vin的交流電壓發(fā)生器13，可以省略第一實(shí)施例中的交流電壓發(fā)生器7，由此與第一實(shí)施例相比可簡化電路結(jié)構(gòu)。
此外，在第二實(shí)施例中，與上述第一實(shí)施例相同，通過調(diào)節(jié)放大器2的放大率A、第一高電阻3的電阻值Ra1、第二高電阻4的電阻值Ra2以及端子6的電壓Va，可以很容易地將電壓供給電路1的輸出端子5中的電壓Va設(shè)定為與信號線17的動作信號的電壓Vin相等，并且，可通過調(diào)節(jié)放大器2的放大率A以及用于消除基準(zhǔn)電容的電容的電容值Cc，來設(shè)定被測電容的消除量。具體地說，通過將圖4所示的放大器2的阻抗22及23設(shè)為R1＝R2，使得放大器2的放大率A為A＝2，并通過設(shè)定Vs＝OV，Ra1＝Ra2，可以容易地使電壓供給電路1的輸出端子5的電壓Va與信號線17的動作信號電壓Vin為同電位。此外，將被測電容14的基準(zhǔn)電容設(shè)定為Cc＝Cd，并將放大器2的放大率通過上述設(shè)定為A＝2時，在被測電容中，流經(jīng)基準(zhǔn)電容的電流全部將由基準(zhǔn)電容消除電容所提供，而在反饋電容15中只有流經(jīng)變化電容成分的電流流通，因此基準(zhǔn)電容值不影響輸出Vout。
另外，這次所公開的實(shí)施例其所有方面僅作為示例，而不能作為用作限定的部分。本發(fā)明的范圍不是通過上述實(shí)施例的說明，而是通過權(quán)利要求書來確定，而且還包括與權(quán)利要求書等同的含義及范圍內(nèi)的所有變更。
例如，在上述實(shí)施例中，作為電壓供給電路1的高阻抗使用了第一高電阻3以及第二高電阻4，但是本發(fā)明并不局限于此，作為高阻抗，例如也可以利用二極管的反偏特性，還可以使用晶體管的關(guān)斷狀態(tài)。即，可以說高阻抗與高電阻作為電阻成分所起的作用是相同的。
在圖3、圖5中是以兩個運(yùn)算放大器構(gòu)成的，但是也可以如圖6所示只由一個構(gòu)成。此外，12是由運(yùn)算放大器構(gòu)成的，但是也可以由阻抗變換器來構(gòu)成。
此外，在上述實(shí)施例中，說明了具有如圖3以及圖5所示的電路結(jié)構(gòu)的電容測量裝置，但本發(fā)明并不局限于此，也可以適用于具有其他電路結(jié)構(gòu)的電容測量裝置。
此外，在上述實(shí)施例中，說明了對電容測量裝置中的連接被測電容14與固定電容15的信號線17的電位進(jìn)行固定的情況，但本發(fā)明并不局限于此，也可以廣泛地適用于對電容測量裝置以外的裝置的電位進(jìn)行固定的情況，其中，所述電容測量裝置包含第一電容與第二電容直接相連的電路結(jié)構(gòu)。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，在固定第一電容與第二電容之間的連接線的電位的情況下，可防止第一電容與第二電容之間的連接線的電荷量發(fā)生變化。此外，由于可經(jīng)由用于消除基準(zhǔn)電容的電容來供給至少一部分的在被測電容中所流通的電流，因此，可向輸出Vout中充分反映產(chǎn)生的電容變化。其結(jié)果是，例如在電容測量裝置中，即使在將第一電容與第二電容之間的連接線的電位固定起來的情況下，電容測量裝置的靈敏度也不會下降，因而能夠以高靈敏度進(jìn)行正確的電容測量。
工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明的電位固定裝置，可作為用來測量電容性傳感器的電容值的電容測量裝置或電容檢測裝置使用，其中，所述電容性傳感器的電容隨所接收的物理量的變化而變化，特別是，還可以作為用于電容測量裝置或者麥克風(fēng)裝置的電位固定電路來使用，其中，所述電容測量裝置包括用于消除電容性傳感器的基準(zhǔn)電容的電位固定/基準(zhǔn)電容消除電路，所述麥克風(fēng)裝置安裝于手提電話等小型、輕便的機(jī)器中。
權(quán)利要求
1.一種電位固定裝置，所述裝置連接在兩個電容之間的連接線上，所述兩個電容是指第一電容以及與第一電容直接相連的第二電容，所述裝置的特征在于，其包括輸出端子，連接在所述連接線上；和電壓供給部件，通過從所述輸出端子向所述連接線供給電壓，保持所述第一電容與所述第二電容的總計電荷量，同時維持所述兩個電容之間的連接線的電位恒定；其中，所述電壓供給部件包括分壓部件，包含第一高電阻以及與所述第一高電阻直接相連的第二高電阻，并將由所述第一高電阻與所述第二高電阻分壓的電位輸出到所述輸出端子中；和第三電容，至少與所述第一高電阻或所述第二高電阻中的任一個并聯(lián)連接。
2.一種電位固定裝置，所述裝置連接在兩個電容之間的連接線上，所述兩個電容是指第一電容以及與第一電容直接相連的第二電容，所述裝置的特征在于，其包括輸出端子，連接在所述連接線上；和電壓供給部件，從所述輸出端子向所述連接線輸出與施加在所述連接線上的動作信號的電位相等的電位；其中，所述電壓供給部件包括分壓部件，包含第一高電阻和與所述第一高電阻直接相連的第二高電阻，并將由所述第一高電阻與所述第二高電阻分壓的電位輸出到所述輸出端子中；和第三電容，至少與所述第一高電阻或所述第二高電阻中的任一個并聯(lián)連接。
3.如權(quán)利要求1或2所述的電位固定裝置，其中，所述電壓供給部件還包括放大器和規(guī)定電壓施加部件，所述第一高電阻的一端連接在所述放大器上，所述第一高電阻的另一端與所述第二高電阻的一端相連，在所述第一高電阻的另一端與所述第二高電阻的一端之間連接所述輸出端子，所述第二高電阻的另一端與所述規(guī)定電壓施加部件相連。
4.一種電容測量裝置，包括如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的電位固定裝置，其中，所述電位固定裝置還包含第一運(yùn)算放大器，所述第一電容為被測電容，所述兩個電容之間的連接線是信號線，在所述信號線上連接有所述第一運(yùn)算放大器的輸入端子。
5.如權(quán)利要求4所述的電容測量裝置，其中，所述電位固定裝置還包含第二運(yùn)算放大器，所述第二運(yùn)算放大器的輸出端子連接在所述第二電容上。
6.一種電位固定方法，用于固定兩個電容之間的連接線的電位，所述兩個電容是指第一電容以及與第一電容直接相連的第二電容，其中，包括電壓供給部件，所述電壓供給部件至少包含用于分壓的兩個高阻抗，并至少在所述兩個高阻抗的一側(cè)具有放大器與第三電容，通過將所述電壓供給部件的輸出施加到所述兩個電容之間的連接線上，并調(diào)節(jié)所述放大器的放大率與所述第三電容的電容值，從而確定連接線的固定電位。
7.一種電位固定方法，用于固定兩個電容之間的連接線的電位，所述兩個電容是指第一電容以及與第一電容直接相連的第二電容，其中，包括電壓供給部件，所述電壓供給部件包括放大器、第一高電阻與第二高電阻、以及至少與第一高電阻或第二高電阻中的任一個并聯(lián)連接的第三電容，并且，通過將由所述第一高電阻與第二高電阻分壓的電壓輸出到所述兩個電容之間的連接線上，并調(diào)節(jié)所述放大器的放大率與所述兩個高電阻的值以及第三電容的值，從而將施加在所述兩個電容之間的連接線上的動作信號的電位設(shè)定為與所述電壓供給部件的輸出電位相等。
8.如權(quán)利要求6或7中所述的電位固定方法，其中，在所述電壓供給部件的第一高電阻或第二高電阻的任一端部還包括規(guī)定電壓施加部件，并且，通過調(diào)節(jié)所述規(guī)定電壓施加部件的施加電壓來進(jìn)行設(shè)定，使得施加在所述兩個電容之間的連接線上的動作信號的電位與所述電壓供給部件的輸出電位相等。
9.如權(quán)利要求6至8中任一項(xiàng)所述的電位固定方法，其中，將所述第一電容以及所述第二電容中的任一個用作被測電容。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電位固定裝置及電位固定方法，其中，所述電位固定裝置連接在第一電容(14)以及與所述第一電容直接相連的第二電容(15)這兩個電容之間的連接線(17)上，并包括連接在所述連接線上的輸出端子(5)和電壓供給部件(1)，所述電壓供給部件(1)包括分壓部件，包括第一高電阻(3)和與所述第一高電阻直接相連的第二高電阻(4)，并將由所述第一高電阻與所述第二高電阻分壓的電位輸出到所述輸出端子中；以及第三電容(8)，至少與所述第一高電阻或所述第二高電阻中的一個并聯(lián)連接，所述電壓供給部件通過從所述輸出端子向所述連接線供給電壓，保持所述第一電容(14)與所述第二電容(15)的總計電荷量，同時維持所述兩個電容之間的連接線的電位為恒定。
文檔編號G01D5/12GK1551991SQ0281740
公開日2004年12月1日 申請日期2002年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月6日
發(fā)明者八壁正巳 申請人:住友金屬工業(yè)株式會社