專利名稱：積分時(shí)間和/或電容測(cè)量系統(tǒng)、方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及時(shí)間和/或電容的測(cè)量，且更特定來說涉及通過經(jīng)已知時(shí)間周期測(cè)量精確產(chǎn)生的模擬電壓來對(duì)時(shí)間和/或電容進(jìn)行極精確和高分辨率的測(cè)量。
背景技術(shù)：
用數(shù)字邏輯的時(shí)間測(cè)量需要時(shí)鐘以超高頻率運(yùn)行以便精確地測(cè)量具有極短時(shí)間周期(例如，100皮秒)的事件的時(shí)間。時(shí)鐘以超高頻率(例如，I到IOGHz)運(yùn)行、驅(qū)動(dòng)邏輯能夠以約IGHz運(yùn)行將需要大量功率來運(yùn)行時(shí)鐘和邏輯電路，且另外，以這些時(shí)鐘速度操作的時(shí)鐘和數(shù)字邏輯電路將產(chǎn)生大量電路噪音。

發(fā)明內(nèi)容
因此，需要一種在無需采取超高頻率時(shí)鐘和高功率消耗數(shù)字邏輯的情況下極精確地測(cè)量事件的時(shí)間周期和/或電容值的方式。根據(jù)本發(fā)明的教示，一種系統(tǒng)、方法和設(shè)備用于提供極高分辨率的時(shí)間和/或電容測(cè)量。時(shí)間測(cè)量可僅視時(shí)基參考的頻率精確度和模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的分辨率(例如，8、10或12個(gè)位)而將時(shí)間解析為皮秒分辨率。舉例來說，100納秒范圍可具有0.1納秒的分辨率，1000納秒范圍可具有I納秒的分辨率，10，000納秒范圍可具有10納秒的分辨率，且50，000納秒范圍可具有50納秒的分辨率等。用兩個(gè)時(shí)間測(cè)量單元，動(dòng)態(tài)時(shí)間測(cè)量范圍可擴(kuò)展到超過百萬分之一(I) (ppm)。除測(cè)量電容器的電容值以外，電容測(cè)量特征還可有利地用作電容切換傳感器。這也可用低時(shí)鐘速度(較少數(shù)字噪音)和低功率(經(jīng)擴(kuò)展的電池操作)電路實(shí)施方案來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的一特定實(shí)例實(shí)施例，一種用于測(cè)量時(shí)間周期的設(shè)備可包含:恒定電流源；電流導(dǎo)引開關(guān)，其耦合到所述恒定電流源；電容器，其耦合到所述電流導(dǎo)引開關(guān)，所述電容器具有已知電容值，其中當(dāng)所述電流導(dǎo)弓I開關(guān)將所述恒定電流源耦合到所述電容器時(shí)，所述電容器上的電壓大體上隨時(shí)間線性增加；電路，其用于控制所述電流導(dǎo)引開關(guān)，其中所述電流導(dǎo)引開關(guān)在所述電路檢測(cè)到事件開始時(shí)將所述電容器耦合到所述恒定電流源，且在所述電路檢測(cè)到所述事件終止時(shí)將所述電容器從所述恒定電流源去耦；模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，其用于將所述電容器上的電壓轉(zhuǎn)換成其數(shù)字表示；以及數(shù)字處理器，其用于將所述電容器上的電壓的數(shù)字表示轉(zhuǎn)換成表示處于所述事件開始與終止之間的時(shí)間周期的時(shí)間值。所述數(shù)字處理器可根據(jù)所述已知電容值和所述電壓的數(shù)字表示來計(jì)算所述事件的時(shí)間周期。根據(jù)本發(fā)明的另一特定實(shí)例實(shí)施例，一種用于測(cè)量時(shí)間周期的方法可包含以下步驟:提供恒定電流源；提供具有已知電容值的電容器；在檢測(cè)到事件開始時(shí)從所述恒定電流源對(duì)具有所述已知電容值的所述電容器充電；在檢測(cè)到所述事件終止時(shí)將所述電容器上的電壓轉(zhuǎn)換成其數(shù)字表示；以及將所述電壓的數(shù)字表示轉(zhuǎn)換成表示處于所述事件開始與終止之間的時(shí)間周期的時(shí)間值。將所述電壓的數(shù)字表示轉(zhuǎn)換成時(shí)間值的步驟可包含在所述事件終止時(shí)根據(jù)所述已知電容值和所述電容器上的電壓的數(shù)字表示計(jì)算所述事件的時(shí)間周期的步驟。根據(jù)本發(fā)明的又一特定實(shí)例實(shí)施例，一種用于測(cè)量電容的設(shè)備可包含:恒定電流源；電流導(dǎo)引開關(guān)，其耦合到所述恒定電流源；電容器，其耦合到所述電流導(dǎo)引開關(guān)，所述電容器具有未知電容值，其中當(dāng)所述電流導(dǎo)引開關(guān)將所述恒定電流源耦合到所述電容器時(shí)，所述電容器上的電壓大體上隨時(shí)間線性增加；電路，其用于控制所述電流導(dǎo)引開關(guān)，其中所述電流導(dǎo)引開關(guān)在所述電路檢測(cè)到時(shí)鐘的已知時(shí)間周期的開始時(shí)將所述電容器耦合到所述恒定電流源，且在所述電路檢測(cè)到所述時(shí)鐘的已知時(shí)間周期的終止時(shí)將所述電容器從所述恒定電流源去耦；模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，其用于將所述電容器上的電壓轉(zhuǎn)換成其數(shù)字表示；以及數(shù)字處理器，其用于將所述電壓的數(shù)字表示轉(zhuǎn)換成電容值。所述數(shù)字處理器可根據(jù)所述電壓的數(shù)字表示和所述時(shí)鐘的已知時(shí)間周期計(jì)算所述未知值電容器的電容。根據(jù)本發(fā)明的再一特定實(shí)例實(shí)施例，一種用于測(cè)量電容值的方法可包含以下步驟:提供恒定電流源；提供具有未知電容值的電容器；在檢測(cè)到時(shí)鐘的已知時(shí)間周期的開始時(shí)閉合電流導(dǎo)引開關(guān)；在檢測(cè)到具有已知時(shí)間周期的時(shí)鐘的開始時(shí)從所述恒定電流源對(duì)具有所述未知電容值的所述電容器充電；在檢測(cè)到具有所述已知時(shí)間周期的時(shí)鐘的終止時(shí)將所述電容器上的電壓轉(zhuǎn)換成其數(shù)字表示；以及將所述電壓的數(shù)字表示轉(zhuǎn)換成電容值。將所述電壓的數(shù)字表示轉(zhuǎn)換成所述電容值的步驟可包含根據(jù)所述電壓的數(shù)字表示和所述時(shí)鐘的已知時(shí)間周期計(jì)算所述電容值的步驟。根據(jù)本發(fā)明的另一特定實(shí)例實(shí)施例，一種用于測(cè)量長(zhǎng)時(shí)間周期的設(shè)備可包含:時(shí)鐘間隔計(jì)數(shù)器，其具有耦合到系統(tǒng)時(shí)鐘的時(shí)鐘輸入，其中所述時(shí)鐘間隔計(jì)數(shù)器在事件開始后起始對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘周期進(jìn)行計(jì)數(shù)且在所述事件終止后停止對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘周期進(jìn)行計(jì)數(shù)；第一時(shí)間測(cè)量單元，其包含:第一恒定電流源；第一電流導(dǎo)引開關(guān)，其耦合到所述第一恒定電流源；第一電容器，其耦合到所述第一電流導(dǎo)引開關(guān)，所述第一電容器具有已知電容值，其中當(dāng)所述第一電流導(dǎo)引開關(guān)將所述第一恒定電流源耦合到所述第一電容器時(shí)，所述第一電容器上的第一電壓大體上隨時(shí)間線性增加；第一電路，其用于控制所述第一電流導(dǎo)引開關(guān)，其中所述第一電流導(dǎo)引開關(guān)在所述第一電路檢測(cè)到所述事件開始時(shí)將所述第一電容器耦合到所述第一恒定電流源，且在所述第一電路檢測(cè)到在所述事件開始后出現(xiàn)的系統(tǒng)時(shí)鐘周期時(shí)將所述第一電容器從所述第一恒定電流源去耦；第二時(shí)間測(cè)量單元，其包含:第二恒定電流源；第二電流導(dǎo)引開關(guān)，其耦合到所述第二恒定電流源；第二電容器，其耦合到所述第二電流導(dǎo)引開關(guān)，所述第二電容器具有已知電容值，其中當(dāng)所述第二電流導(dǎo)引開關(guān)將所述第二恒定電流源耦合到所述第二電容器時(shí)，所述第二電容器上的第二電壓大體上隨時(shí)間線性增加；第二電路，其用于控制所述第二電流導(dǎo)引開關(guān)，其中所述第二電流導(dǎo)引開關(guān)在所述第二電路檢測(cè)到所述事件終止時(shí)將所述第二電容器耦合到所述第二恒定電流源，且在所述第二電路檢測(cè)到在所述事件終止后出現(xiàn)的系統(tǒng)時(shí)鐘周期時(shí)將所述第二電容器從所述第二恒定電流源去耦；模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，其用于將所述第一電壓和所述第二電壓分別轉(zhuǎn)換成其第一和第二數(shù)字表示；以及數(shù)字處理器，其中所述數(shù)字處理器在確定所述事件的時(shí)間周期時(shí)分別將所述第一和第二電壓的第一和第二數(shù)字表不分別轉(zhuǎn)換成第一和第二時(shí)間值，從所述時(shí)鐘間隔計(jì)數(shù)器讀取所述系統(tǒng)時(shí)鐘周期的計(jì)數(shù)，將所述系統(tǒng)時(shí)鐘周期的計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)換成第三時(shí)間值，將所述第一時(shí)間值加到所述第三時(shí)間值，且從所述第一與第三時(shí)間值的和減去所述第二時(shí)間值。所述數(shù)字處理器可分別根據(jù)所述第一和第二電容器的已知電容值以及所述第一和第二電壓的第一和第二數(shù)字表示計(jì)算所述第一和第二時(shí)間值。根據(jù)本發(fā)明的另一特定實(shí)例實(shí)施例，一種用于測(cè)量長(zhǎng)時(shí)間周期的方法可包含以下步驟:確定第三時(shí)間值，其包含以下步驟:在一事件開始后對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘周期進(jìn)行計(jì)數(shù)且直到所述事件終止為止，以及將系統(tǒng)時(shí)鐘的時(shí)間間隔乘以已計(jì)數(shù)的系統(tǒng)時(shí)鐘周期的數(shù)目以確定第三時(shí)間值；確定第一時(shí)間值，其包含以下步驟:提供第一恒定電流源；提供具有已知電容值的第一電容器；在檢測(cè)到所述事件開始時(shí)從所述第一恒定電流源對(duì)具有所述已知電容值的所述第一電容器充電；在檢測(cè)到在所述事件開始后出現(xiàn)的系統(tǒng)時(shí)鐘周期時(shí)將所述第一電容器上的第一電壓轉(zhuǎn)換成其第一數(shù)字表示；以及將所述第一電壓的第一數(shù)字表示轉(zhuǎn)換成所述第一時(shí)間值，其中所述第一時(shí)間值表示處于所述事件開始與在所述事件開始后出現(xiàn)的系統(tǒng)時(shí)鐘周期之間的第一時(shí)間周期；確定第二時(shí)間值，其包含以下步驟:提供第二恒定電流源；提供具有已知電容值的第二電容器；在檢測(cè)到所述事件終止時(shí)從所述第二恒定電流源對(duì)具有所述已知電容值的所述第二電容器充電；在檢測(cè)到在所述事件終止后出現(xiàn)的系統(tǒng)時(shí)鐘周期時(shí)將所述第二電容器上的第二電壓轉(zhuǎn)換成其第二數(shù)字表示；以及將所取樣的第二電壓的第二數(shù)字表示轉(zhuǎn)換成所述第二時(shí)間值，其中所述第二時(shí)間值表示處于所述事件終止與在所述事件終止后出現(xiàn)的系統(tǒng)時(shí)鐘周期之間的第二時(shí)間周期；以及確定所述事件的時(shí)間周期，其包含以下步驟:將所述第一時(shí)間值加上所述第三時(shí)間值；以及從所述第一與第三時(shí)間值的和減去所述第二時(shí)間值。將所取樣的第一和第二電壓的數(shù)字表示轉(zhuǎn)換成第一和第二時(shí)間值的步驟可包含分別根據(jù)已知電容值以及第一和第二電壓的第一和第二數(shù)字表示計(jì)算第一和第二時(shí)間值的步驟。根據(jù)本發(fā)明的另一特定實(shí)例實(shí)施例，一種用于產(chǎn)生時(shí)間延遲事件的設(shè)備可包含:第一時(shí)間測(cè)量單元，其包含:第一恒定電流源；第一電流導(dǎo)引開關(guān)，其耦合到所述第一恒定電流源；第一電容器，其耦合到所述第一電流導(dǎo)引開關(guān)，所述第一電容器具有已知電容值，其中當(dāng)所述第一電流導(dǎo)引開關(guān)將所述第一恒定電流源耦合到所述第一電容器時(shí)，所述第一電容器上的第一電壓大體上隨時(shí)間線性增加；第一電路，其用于控制所述第一電流導(dǎo)引開關(guān)，其中所述第一電流導(dǎo)引開關(guān)在所述第一電路檢測(cè)到事件開始時(shí)將所述第一電容器耦合到所述第一恒定電流源；第二時(shí)間測(cè)量單元，其包含:第二恒定電流源；第二電流導(dǎo)引開關(guān)，其耦合到所述第二恒定電流源；第二電容器，其耦合到所述第二電流導(dǎo)引開關(guān)，所述第二電容器具有已知電容值，其中當(dāng)所述第二電流導(dǎo)弓I開關(guān)將所述第二恒定電流源耦合到所述第二電容器時(shí)，所述第二電容器上的第二電壓大體上隨時(shí)間線性增加；第二電路，其用于控制所述第二電流導(dǎo)引開關(guān)，其中所述第二電流導(dǎo)引開關(guān)在所述第二電路檢測(cè)到所述事件終止時(shí)將所述第二電容器耦合到所述第二恒定電流源；第一模擬比較器，其具有用于接收所述第一電壓的正輸入和用于接收第一參考電壓的負(fù)輸入；以及第二模擬比較器，其具有用于接收所述第二電壓的負(fù)輸入和用于接收第二參考電壓的正輸入；其中延遲事件開始在所述第一電壓等于或大于所述第一參考電壓時(shí)發(fā)生，且所述延遲事件終止在所述第二電壓等于或大于所述第二參考電壓時(shí)發(fā)生。
根據(jù)本發(fā)明的再一特定實(shí)例實(shí)施例，一種用于產(chǎn)生時(shí)間延遲事件的方法可包含以下步驟:開始時(shí)間延遲事件，其包含以下步驟:提供第一恒定電流源；提供具有已知電容值的第一電容器；閉合所述第一電流導(dǎo)引開關(guān)；在檢測(cè)到事件開始時(shí)從所述第一恒定電流源對(duì)所述第一電容器充電；將所述第一電容器上的第一電壓與第一參考電壓進(jìn)行比較；以及在所述第一電壓等于或大于所述第一參考電壓時(shí)開始所述時(shí)間延遲事件；以及終止所述時(shí)間延遲事件，其包含以下步驟:提供第二恒定電流源；提供具有已知電容值的第二電容器；在檢測(cè)到所述事件終止時(shí)從所述第二恒定電流源對(duì)所述第二電容器充電；將所述第二電容器上的第二電壓與第二參考電壓進(jìn)行比較；以及在所述第二電壓等于或大于所述第二參考電壓時(shí)終止所述時(shí)間延遲事件。


可通過參考結(jié)合附圖作出的以下描述內(nèi)容來獲得對(duì)本發(fā)明的更完整理解，附圖中:圖1是從恒定電流源充電的電容器的時(shí)間-電壓曲線圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的一特定實(shí)例實(shí)施例高分辨率時(shí)間周期測(cè)量電路的示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一特定實(shí)例實(shí)施例高分辨率電容測(cè)量電路的示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的又一特定實(shí)例實(shí)施例高分辨率長(zhǎng)時(shí)間周期測(cè)量電路的示意框圖；圖5是圖4的高分辨率長(zhǎng)時(shí)間周期測(cè)量電路的示意時(shí)序圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的再一特定實(shí)例實(shí)施例高分辨率時(shí)間延遲電路的示意框圖；以及圖7是圖6的聞分辨率時(shí)間延遲電路的不意時(shí)序圖。雖然本發(fā)明容許有各種修改和替代形式，但其特定實(shí)例實(shí)施例已展示于圖式中且在本文中得到詳細(xì)描述。然而，應(yīng)理解，本文中對(duì)特定實(shí)例實(shí)施例的描述并不希望將本發(fā)明限于本文中所揭示的特定形式，而相反，本發(fā)明將涵蓋如由所附權(quán)利要求書界定的所有修改和等效物。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)參看圖式,示意說明實(shí)例實(shí)施例的細(xì)節(jié)。在圖式中，相同元件將由相同標(biāo)號(hào)表示，且類似元件將由具有不同小寫字母后綴的相同標(biāo)號(hào)表示。參看圖1，描繪從恒定電流源充電的電容器的時(shí)間-電壓曲線圖。當(dāng)電容器118經(jīng)由恒定電流源104充電時(shí)，越過電容器118的電壓V根據(jù)等式(I)隨時(shí)間線性增加:I = C*dV/dT 等式(I)其中C為電容器118的電容值，I為來自恒定電流源104的電流且V為在時(shí)間T處電容器118上的電壓。當(dāng)已知電流I ;時(shí)間T ;和電壓V中的任兩個(gè)值時(shí)，可根據(jù)所述兩個(gè)已知值計(jì)算出另一未知值。舉例來說，如果已知電容器118的電容和來自恒定電流源104的充電電流，那么可確定電壓V1下的時(shí)間T1和電壓V2下的時(shí)間T2。以類似方式，如果已知電壓V1和V2 (例如,V1與V2之間的電壓差)和時(shí)間T1與T2之間的消逝時(shí)間，那么可確定電容C0
現(xiàn)參看圖2，描繪根據(jù)本發(fā)明的一特定實(shí)例實(shí)施例高分辨率時(shí)間周期測(cè)量電路的示意圖。通常由標(biāo)號(hào)200表示的高分辨率時(shí)間測(cè)量電路可包含恒定電流源104、電流導(dǎo)引開關(guān)112與114、電容器118、可選電壓取樣開關(guān)116和電荷漏極開關(guān)120?？赏ㄟ^閉合電荷漏極開關(guān)120將電容器118初始化為大體上零電荷，以使電容器118上的任何電荷(電壓)得以移除(短路到接地或共同，Vss)。電容器118上的初始電荷(電壓)還可通過閉合電壓取樣開關(guān)116而用模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 108 (例如，Σ _△)對(duì)所述電壓進(jìn)行取樣來確定。電容器118可為切換式電容器逐次逼近模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的一部分，其中電壓取樣開關(guān)116為不必要的。電流導(dǎo)引開關(guān)112和114可為集成到集成電路襯底(未圖不)上的場(chǎng)效晶體管等，所述襯底還可含有本文中更充分論述的其它數(shù)字邏輯和模擬電路。電流導(dǎo)引開關(guān)112和114經(jīng)配置以使恒定電流源104始終經(jīng)歷一負(fù)載，即，當(dāng)開關(guān)114閉合且開關(guān)112斷開時(shí)恒定電流源104耦合到共同(Vss)，且當(dāng)開關(guān)112閉合且開關(guān)114斷開時(shí)恒定電流源104耦合到電容器118。電流導(dǎo)引開關(guān)112和114可由開始/停止控制信號(hào)132予以控制。舉例來說，當(dāng)開始/停止控制信號(hào)132處于邏輯"O"(低)時(shí)，開關(guān)114閉合且開關(guān)112斷開，或當(dāng)開始/停止控制信號(hào)132處于邏輯"I"(高)時(shí)，開關(guān)114斷開且開關(guān)112閉合。恒定電流源104直接視如通過上文中的等式I所確定的電流導(dǎo)引開關(guān)112閉合的時(shí)間長(zhǎng)度而將電容器118充電到電壓值。開始/停止控制信號(hào)132在時(shí)間周期待確定的事件起始(開始)時(shí)在發(fā)生正(例如，邏輯O到邏輯I)轉(zhuǎn)變(例如，丨事件邊緣I)后即可轉(zhuǎn)到邏輯I。電容器118將由恒定電流源104充電，直到電流導(dǎo)引開關(guān)112因開始/停止控制信號(hào)132在時(shí)間周期待確定的事件終止時(shí)在發(fā)生負(fù)(例如，邏輯I到邏輯O)轉(zhuǎn)變(例如，丨事件邊緣2)后即返回到邏輯O而斷開為止?？捎冒谝挥|發(fā)器126、第二觸發(fā)器128、AND門124和NAND門130的邏輯電路產(chǎn)生開始/停止控制信號(hào)132。 在事件發(fā)生之前，已重置第一觸發(fā)器126和第二觸發(fā)器128，以使Q輸出處于邏輯O (第一觸發(fā)器126和第二觸發(fā)器128是在NAND門130的輸出轉(zhuǎn)到邏輯O時(shí)予以重置或經(jīng)由其它外部重置(例如，通過數(shù)字處理器106)予以重置)。處于邏輯O的這些Q輸出使得AND門124輸出處于邏輯O。AND門124的輸出產(chǎn)生開始/停止控制信號(hào)132。當(dāng)丨事件邊緣I在第一觸發(fā)器126的時(shí)鐘輸入處出現(xiàn)時(shí)，其Q輸出轉(zhuǎn)到邏輯I。因?yàn)榈诙|發(fā)器128的非Q輸出也處于邏輯1，所以AND門124的輸出將轉(zhuǎn)到邏輯1，因此產(chǎn)生用于開始/停止控制信號(hào)132的邏輯I。當(dāng)開始/停止控制信號(hào)132處于邏輯I時(shí)，電流導(dǎo)引開關(guān)112閉合(接通)且恒定電流源104起始對(duì)電容器118充電。恒定電流源104持續(xù)對(duì)電容器118進(jìn)行充電，直到開始/停止控制信號(hào)132返回到邏輯O為止，借此斷開(切斷)電流導(dǎo)引開關(guān)112。在此特定實(shí)例中，當(dāng)AND門124的輸入中的一者或一者以上處于邏輯O時(shí)，其輸出(即，開始/停止控制信號(hào)132)將轉(zhuǎn)到邏輯O。當(dāng)丨事件邊緣2在第二觸發(fā)器128的時(shí)鐘輸入處出現(xiàn)時(shí)，AND門124的輸入處的邏輯O出現(xiàn)。因此，電容器118僅在丨事件邊緣I的出現(xiàn)與丨事件邊緣2的出現(xiàn)之間充電。通過在丨事件邊緣2后用模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 108測(cè)量電容器118上的電壓，可將表示丨事件邊緣I與丨事件邊緣2之間的時(shí)間間隔(周期)的電壓與電容器118的已知電容值結(jié)合使用以計(jì)算具有極精確分辨率的時(shí)間間隔。舉例來說，事件時(shí)間周期的計(jì)算可用執(zhí)行上文中等式(I)的計(jì)算的數(shù)字處理器106通過使用電容器118上的所測(cè)量的電壓及其已知電容值來確定。因此，時(shí)間周期測(cè)量精度為ADC108分辨率(例如，10或12個(gè)位)和電容器118的所測(cè)量的電容的精確度的函數(shù)。電荷漏極開關(guān)120和電壓取樣開關(guān)116僅用于標(biāo)準(zhǔn)取樣和保持操作，其中電容器118可為將所取樣模擬電壓饋送到ADC108的模擬輸入的取樣和保持電路的一部分，或可為逐次逼近ADC的一部分。高分辨率時(shí)間周期測(cè)量電路200、ADC108和數(shù)字處理器106可制造于集成電路裸片250上，且集成電路裸片250可封閉于集成電路封裝(未圖示)中?，F(xiàn)參看圖3，其描繪根據(jù)本發(fā)明的另一特定實(shí)例實(shí)施例的高分辨率電容測(cè)量電路的示意圖。通常由標(biāo)號(hào)300表示的高分辨率電容測(cè)量電路可包含恒定電流源104、電流導(dǎo)引開關(guān)112和114、可選電壓取樣開關(guān)116、電荷漏極開關(guān)120，以及用于耦合到待測(cè)量的外部電容器318的連接端子326和324?？赏ㄟ^閉合電荷漏極開關(guān)120將外部電容器318上的電荷初始化為大體上為零，以使外部電容器318上的任何電荷(電壓)被移除(短路到接地或共同，Vss)。還可通過閉合電壓取樣開關(guān)116用模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 108 (例如，Σ -Λ)對(duì)所述電壓進(jìn)行取樣來確定外部電容器318上的初始電荷(電壓)。電容器328表示高分辨率電容測(cè)量電路300的雜散電路電容，可在計(jì)算外部電容器318的電容值時(shí)確定其電容貢獻(xiàn)且析出因數(shù)。電容器328可為切換式電容器逐次逼近模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的一部分，其中電壓取樣開關(guān)116為不必要的。電流導(dǎo)引開關(guān)112和114可為集成到集成電路襯底(未圖不)上的場(chǎng)效晶體管等，所述襯底還可含有本文中更充分論述的其它數(shù)字邏輯和模擬電路。電流導(dǎo)引開關(guān)112和114經(jīng)配置以使恒定電流源104始終經(jīng)歷一負(fù)載，即，當(dāng)開關(guān)114閉合且開關(guān)112斷開時(shí)恒定電流源104耦合到共同(Vss)，且當(dāng)開關(guān)112閉合且開關(guān)114斷開時(shí)恒定電流源104耦合到電容器118。電流導(dǎo)引開關(guān)112和114可由開始/停止控制信號(hào)132控制。舉例來說，當(dāng)開始/停止控制信號(hào)132處于邏輯"O"(低)時(shí)，開關(guān)114閉合且開關(guān)112斷開，或當(dāng)開始/停止控制信號(hào)132處于邏輯"I"(高)時(shí)，開關(guān)114斷開且開關(guān)112閉合。恒定電流源104直接依據(jù)如通過上文中的等式I所確定的電流導(dǎo)引開關(guān)112閉合的時(shí)間長(zhǎng)度而將電容器318和328充電到一電壓值。開始/停止控制信號(hào)132在發(fā)生正(例如，邏輯O到邏輯I)轉(zhuǎn)變(例如，丨系統(tǒng)時(shí)鐘)后即可轉(zhuǎn)到邏輯I。電容器318和328將由恒定電流源104充電，直到電流導(dǎo)引開關(guān)112因開始/停止控制信號(hào)132在發(fā)生負(fù)(例如，邏輯I到邏輯O)轉(zhuǎn)變(例如，丨系統(tǒng)時(shí)鐘)后即返回到邏輯O而斷開為止。開始/停止控制信號(hào)132可用包含第一觸發(fā)器126、第二觸發(fā)器128、AND門124和NAND門130的邏輯電路產(chǎn)生。在丨系統(tǒng)時(shí)鐘之前，第一觸發(fā)器126和第二觸發(fā)器128已經(jīng)重置，以使Q輸出處于邏輯O (第一觸發(fā)器126和第二觸發(fā)器128在NAND門130的輸出轉(zhuǎn)到邏輯O時(shí)重置或經(jīng)由其它外部重置(例如，通過數(shù)字處理器106)來重置)。處于邏輯O的這些Q輸出使得AND門124輸出處于邏輯O。AND門124的輸出產(chǎn)生開始/停止控制信號(hào)132。當(dāng)丨系統(tǒng)時(shí)鐘在第一觸發(fā)器126的時(shí)鐘輸入處出現(xiàn)時(shí)，其Q輸出轉(zhuǎn)到邏輯I。因?yàn)榈诙|發(fā)器128的非Q輸出也處于邏輯1，所以AND門124的輸出將轉(zhuǎn)到邏輯1，因此產(chǎn)生用于開始/停止控制信號(hào)132的邏輯I。
當(dāng)開始/停止控制信號(hào)132處于邏輯I時(shí)，電流導(dǎo)引開關(guān)112閉合(接通)且恒定電流源104起始對(duì)電容器318和328充電。恒定電流源104持續(xù)對(duì)電容器318和328充電，直到開始/停止控制信號(hào)132返回到邏輯O為止，借此斷開(切斷)電流導(dǎo)引開關(guān)112。在此特定實(shí)例中，當(dāng)AND門124的輸入中的一者或一者以上處于邏輯O時(shí)，其輸出(即，開始/停止控制信號(hào)132)將轉(zhuǎn)到邏輯O。當(dāng)丨系統(tǒng)時(shí)鐘在第二觸發(fā)器128的時(shí)鐘輸入處出現(xiàn)時(shí)，AND門124的輸入處的邏輯O出現(xiàn)。因此，電容器318和328僅經(jīng)處于丨系統(tǒng)時(shí)鐘與
I系統(tǒng)時(shí)鐘之間的時(shí)間周期充電。系統(tǒng)時(shí)鐘頻率(即，丨系統(tǒng)時(shí)鐘與丨系統(tǒng)時(shí)鐘之間的周期)可從聞穩(wěn)定且精確的晶體振蕩器廣生。通過在丨系統(tǒng)時(shí)鐘后用模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 108測(cè)量電容器318和328上的電壓，可將表示丨系統(tǒng)時(shí)鐘與丨系統(tǒng)時(shí)鐘之間的時(shí)間間隔(周期)的電壓與系統(tǒng)時(shí)鐘的已知周期(時(shí)間間隔)結(jié)合使用以計(jì)算電容器318與328的并聯(lián)組合的電容值，接著可針對(duì)未知電容器318的電容值從此結(jié)果減去電容器328的已知電容值。舉例來說，未知電容器318的電容值的計(jì)算可用執(zhí)行上文中等式(I)的計(jì)算的數(shù)字處理器106通過使用電容器318和328上的所測(cè)量的電壓和已知系統(tǒng)時(shí)鐘周期(例如，丨系統(tǒng)時(shí)鐘與丨系統(tǒng)時(shí)鐘之間的時(shí)間間隔)來確定。因此，電容測(cè)量精度為ADC108分辨率(例如，10或12個(gè)位)和系統(tǒng)時(shí)鐘頻率的精確度(分辨率)的函數(shù)。電荷漏極開關(guān)120和電壓取樣開關(guān)116僅用于標(biāo)準(zhǔn)取樣和保持操作，其中電容器328可為將所取樣模擬電壓饋送到ADC108的模擬輸入的取樣和保持電路的一部分，或可為逐次逼近ADC的一部分。高分辨率電容測(cè)量電路300、ADC108和數(shù)字處理器106可制造于集成電路裸片350上，且集成電路裸片350可封閉于集成電路封裝(未圖示)中。預(yù)期且處于本發(fā)明的范圍內(nèi)，高分辨率電容測(cè)量電路300可在確定電容觸摸式傳感器何時(shí)已被激活時(shí)測(cè)量電容觸摸式傳感器的電容。現(xiàn)參看圖4和圖5，描繪根據(jù)本發(fā)明的又一特定實(shí)例實(shí)施例高分辨率長(zhǎng)時(shí)間周期測(cè)量電路的示意框圖和圖4的高分辨率長(zhǎng)時(shí)間周期測(cè)量電路的示意時(shí)序圖。大致由標(biāo)號(hào)400表示的高分辨率長(zhǎng)時(shí)間周期測(cè)量電路可包含時(shí)鐘間隔計(jì)數(shù)器402、第一時(shí)間測(cè)量單元404、第二時(shí)間測(cè)量單元406、模擬多路復(fù)用器408和邏輯電路，所述邏輯電路可包含觸發(fā)器410、412和418 ;反相器414和420 (兩者可組合成一個(gè)反相器)，和NAND門416。另外，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 108和數(shù)字處理器106可用于確定長(zhǎng)時(shí)間周期測(cè)量的時(shí)間周期。高分辨率長(zhǎng)時(shí)間周期測(cè)量電路400、ADC108和數(shù)字處理器106可制造于集成電路裸片450上，且集成電路裸片450可封閉于集成電路封裝(未圖示)中。第一測(cè)量單元404和第二測(cè)量單元406可以與上文中所描述的高分辨率時(shí)間測(cè)量電路200大體上相同的方式操作。根據(jù)本發(fā)明的教示，其中當(dāng)丨事件邊緣I被施加于觸發(fā)器412的時(shí)鐘輸入時(shí)，其Q輸出轉(zhuǎn)到邏輯I且在第一時(shí)間測(cè)量單元404的開始/停止輸入上產(chǎn)生邏輯I信號(hào)426，借此第一定時(shí)電容器(未圖示)起始充電，直到出現(xiàn)丨系統(tǒng)時(shí)鐘周期為止，借此觸發(fā)器412被重置且信號(hào)426返回到邏輯O。這提供如圖5中所示的時(shí)間周期Ta的測(cè)量。丨事件邊緣I還在觸發(fā)器410的Q輸出轉(zhuǎn)到邏輯I時(shí)啟用時(shí)鐘間隔計(jì)數(shù)器402，借此在時(shí)鐘間隔計(jì)數(shù)器402的啟用輸入上產(chǎn)生啟用信號(hào)424。一旦時(shí)鐘間隔計(jì)數(shù)器402的啟用輸入被啟用，便如圖5中所示在其中對(duì)丨系統(tǒng)時(shí)鐘周期進(jìn)行計(jì)數(shù)。當(dāng)丨事件邊緣2出現(xiàn)時(shí)，觸發(fā)器418的Q輸出轉(zhuǎn)到邏輯I且第二時(shí)間測(cè)量單元406起始對(duì)第二定時(shí)電容器(未圖示)充電，直到出現(xiàn)丨系統(tǒng)時(shí)鐘周期為止。這提供如圖5中所示的時(shí)間周期Tb的測(cè)量。在出現(xiàn)丨系統(tǒng)時(shí)鐘周期后，第二時(shí)間測(cè)量單元406即停止對(duì)第二定時(shí)電容器(未圖示)充電，且時(shí)鐘間隔計(jì)數(shù)器402不再被啟用且將借此停止對(duì)丨系統(tǒng)時(shí)鐘周期進(jìn)行計(jì)數(shù)。反相器424和420(可為相同反相器-未圖示)在出現(xiàn)每一丨系統(tǒng)時(shí)鐘周期時(shí)分別對(duì)觸發(fā)器412和418進(jìn)行清零(重置)。因此，由第一時(shí)間測(cè)量單元402和第二時(shí)間測(cè)量單元406測(cè)量的時(shí)間周期始終小于一個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期。然而，當(dāng)將所得計(jì)算出的高分辨率時(shí)間周期Ta和Tb與來自時(shí)鐘間隔計(jì)數(shù)器402的已消逝的系統(tǒng)時(shí)鐘周期計(jì)數(shù)組合時(shí)，可僅視系統(tǒng)時(shí)鐘振蕩器(通常為晶體受控的)的頻率穩(wěn)定性和精確度以及ADC108在讀取第一和第二定時(shí)電容器(未圖示)上的定時(shí)電壓時(shí)的分辨率而定以極精細(xì)的分辨率測(cè)量極長(zhǎng)時(shí)間周期事件。時(shí)鐘間隔計(jì)數(shù)器輸出可經(jīng)由數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)總線430耦合到數(shù)字處理器106。第一和第二定時(shí)電容器(未圖示)上的電壓可分別經(jīng)由模擬信號(hào)434和436耦合到多路復(fù)用器408。多路復(fù)用器408又將經(jīng)由模擬信號(hào)432將這些模擬電壓中的每一者耦合到ADC108。ADC108的輸出可經(jīng)由數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)總線438耦合到數(shù)字處理器106。高分辨率長(zhǎng)時(shí)間周期測(cè)量電路400、ADC108、模擬多路復(fù)用器498和數(shù)字處理器106可制造于集成電路裸片(未圖示)上，且集成電路裸片可封閉于集成電路封裝(未圖示)中。參看圖5，可通過將Ta加到由時(shí)鐘間隔計(jì)數(shù)器402所計(jì)數(shù)的系統(tǒng)時(shí)鐘周期Tse的數(shù)目的累積時(shí)間(所示的六個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期)且減去Tb來計(jì)算事件時(shí)間周期。因此，事件的第一次發(fā)生由第一測(cè)量單元404俘獲作為時(shí)間周期Ta，直到時(shí)鐘間隔計(jì)數(shù)器402接收后續(xù)
系統(tǒng)時(shí)鐘周期為止，接著第二測(cè)量單元406確定表示事件終止與時(shí)間上后續(xù)的丨系統(tǒng)時(shí)鐘周期之間的時(shí)間周期的時(shí)間周期Tb。根據(jù)本發(fā)明的教示，這允許長(zhǎng)時(shí)間周期事件的極高分辨率測(cè)量。 現(xiàn)參看圖6和圖7，分別描繪根據(jù)本發(fā)明的又一特定實(shí)例實(shí)施例高分辨率時(shí)間延遲電路的不意框圖和圖6的聞分辨率時(shí)間延遲電路的不意時(shí)序圖。通常由標(biāo)號(hào)600表不的高分辨率時(shí)間延遲電路可包含第一時(shí)間測(cè)量單元602、第二時(shí)間測(cè)量單元604、第一模擬比較器610、第二模擬比較器612、AND門614、第一數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC) 616、第二數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC) 618，以及第一觸發(fā)器606和第二觸發(fā)器608。另外，根據(jù)本發(fā)明的教示，數(shù)字處理器102可將數(shù)字延遲設(shè)置點(diǎn)發(fā)送到DAC616和618。高分辨率時(shí)間延遲電路600、DAC616和618以及數(shù)字處理器106可制造于集成電路裸片650上，且集成電路裸片650可封閉于集成電路封裝(未圖示)中。第一時(shí)間測(cè)量單元602和第二時(shí)間測(cè)量單元604可以與上文中所描述的高分辨率時(shí)間測(cè)量電路200大體上相同的方式操作。根據(jù)本發(fā)明的教示，其中當(dāng)丨事件邊緣I施加于觸發(fā)器606的時(shí)鐘輸入時(shí)，其Q輸出轉(zhuǎn)到邏輯I且對(duì)第一時(shí)間測(cè)量單元602的開始/停止輸入產(chǎn)生邏輯I信號(hào)，借此第一定時(shí)電容器(未圖示)起始充電。模擬輸入比較器610將第一定時(shí)電容器上的電壓與第一參考電壓Vkefi進(jìn)行比較,其中當(dāng)?shù)谝欢〞r(shí)電容器上的電壓等于或大于第一參考電壓VKEn時(shí)，比較器610的輸出轉(zhuǎn)到邏輯I，借此AND門614的輸出轉(zhuǎn)到邏輯I。AND門614的輸出為延遲事件且所述延遲事件可在時(shí)間上從事件延遲等于Tvkefi的時(shí)間，參見圖7。Tvkefi與第一參考電壓Vkefi成正比，且可通過改變參考電壓Vkefi的值而隨時(shí)間變化。根據(jù)本發(fā)明的教示，當(dāng)I事件邊緣2出現(xiàn)時(shí)，觸發(fā)器608的Q輸出轉(zhuǎn)到邏輯I且第二時(shí)間測(cè)量單元406起始對(duì)第二定時(shí)電容器(未圖示)充電。模擬輸入比較器612將第二定時(shí)電容器上的電壓與第二參考電壓Vkef2進(jìn)行比較，其中當(dāng)?shù)诙〞r(shí)電容器上的電壓大于第二參考電壓Vkef2時(shí)，比較器612的輸出轉(zhuǎn)到邏輯0，借此AND門614的輸出轉(zhuǎn)到邏輯O。AND門614的輸出為延遲事件且所述延遲事件終止可在時(shí)間上從事件終止延遲等于Tvkef2的時(shí)間，參見圖7。Tveef2與第二參考電SVkef2成正比，且可通過改變第二參考電SVkef2的值而隨時(shí)間變化。第一參考電壓Vkefi和第二參考電壓Vkef2可相同，例如來自同一來源，借此產(chǎn)生具有與原始事件大體上相同的時(shí)間周期但在時(shí)間上延遲了延遲時(shí)間Tvkef的延遲事件。雖然已參考本發(fā)明的實(shí)例實(shí)施例描繪、描述和界定了本發(fā)明的實(shí)施例，但此類參考并不暗示對(duì)本發(fā)明的限制，且不應(yīng)推斷出此類限制。如相關(guān)領(lǐng)域的且得到本發(fā)明的益處的一般技術(shù)人員將了解，所揭示的標(biāo)的物能夠在形式和功能上具有相當(dāng)多的修改、變更和等效物。本發(fā)明的所描繪和描述的實(shí)施例僅為實(shí)例，且并非詳盡闡明本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于測(cè)量時(shí)間周期的設(shè)備，其包含: 恒定電流源； 電流導(dǎo)引開關(guān)，其耦合到所述恒定電流源； 電容器，其耦合到所述電流導(dǎo)引開關(guān)，所述電容器具有已知電容值，其中當(dāng)所述電流導(dǎo)引開關(guān)將所述恒定電流源耦合到所述電容器時(shí)，所述電容器上的電壓大體上隨時(shí)間線性增加； 電路，其用于控制所述電流導(dǎo)引開關(guān)，其中所述電流導(dǎo)引開關(guān)在所述電路檢測(cè)到事件的開始時(shí)將所述電容器耦合到所述恒定電流源，且在所述電路檢測(cè)到所述事件的終止時(shí)將所述電容器從所述恒定電流源去耦； 模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，其用于將所述 電容器上的所述電壓轉(zhuǎn)換成其數(shù)字表示；以及數(shù)字處理器，其用于將所述電容器上的所述電壓的所述數(shù)字表示轉(zhuǎn)換成表示所述事件的開始與終止之間的時(shí)間周期的時(shí)間值， 其中所述用于控制所述電流導(dǎo)引開關(guān)的電路包含: 第一觸發(fā)器，其具有耦合到指示所述事件起始的第一事件信號(hào)邊緣的時(shí)鐘輸入； 第二觸發(fā)器，其具有耦合到指示所述事件終止的第二事件信號(hào)邊緣的時(shí)鐘輸入；以及與門，其具有耦合到所述第一觸發(fā)器的Q輸出的第一輸入、耦合到所述第二觸發(fā)器的非Q輸出的第二輸入和耦合到所述電流導(dǎo)引開關(guān)的控制輸入的輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述ADC為逐次逼近ADC。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述ADC為Σ-AADC0
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包含用于對(duì)所述電容器上的所述電壓進(jìn)行取樣且將所述取樣的電壓耦合到所述Σ -AADC的電壓取樣電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述數(shù)字處理器根據(jù)所述已知電容值和所述電壓的所述數(shù)字表示計(jì)算所述事件的所述時(shí)間周期。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述數(shù)字處理器為微控制器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包含與非門，所述與非門具有耦合到所述第一觸發(fā)器的所述Q輸出的第一輸入、耦合到所述第二觸發(fā)器的Q輸出的第二輸入以及耦合到所述第一和第二觸發(fā)器的重置輸入的輸出。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述恒定電流源、所述電流導(dǎo)引開關(guān)、所述電容器、所述用于控制所述電流導(dǎo)引開關(guān)的電路、所述ADC和所述數(shù)字處理器制造于集成電路裸片上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述集成電路裸片封閉于集成電路封裝中。
10.一種用于測(cè)量時(shí)間周期的方法，所述方法包含以下步驟: 提供恒定電流源； 提供具有已知電容值的電容器； 一旦接收到第一事件信號(hào)邊緣，設(shè)定具有耦合到所述第一事件信號(hào)邊緣的時(shí)鐘輸入的第一觸發(fā)器，從而指示事件起始，且一旦接收到第二事件信號(hào)邊緣，設(shè)定具有耦合到所述第二事件信號(hào)邊緣的時(shí)鐘輸入的第二觸發(fā)器，指示所述事件終止； 對(duì)所述第一觸發(fā)器的Q輸出和第二觸發(fā)器的非Q輸出進(jìn)行與運(yùn)算，以控制用于從所述恒定電流源對(duì)具有已知電容值的所述電容器進(jìn)行充電的電流導(dǎo)弓I開關(guān)；在所述事件的終止后，將所述電容器上的電壓轉(zhuǎn)換成其數(shù)字表示；以及 將所述電壓的所述數(shù)字表示轉(zhuǎn)換成表示所述事件開始與終止之間的時(shí)間周期的時(shí)間值。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述將所述電壓的所述數(shù)字表示轉(zhuǎn)換成時(shí)間值的步驟包含:在所述事件的所述終止時(shí)根據(jù)所述已知電容值和所述電容器上的所述電壓的所述數(shù)字表示計(jì)算所述事件的所述時(shí)間周期的步驟。
12.一種用于測(cè)量時(shí)間周期的方法，其包含: 提供恒定電流源； 提供電流導(dǎo)引開關(guān)，其耦合到所述恒定電流源； 提供電容器，其耦合到所述電流導(dǎo)引開關(guān)，其中當(dāng)所述電流導(dǎo)引開關(guān)將所述恒定電流源耦合到所述電容器時(shí)，所述電容器上的電壓大體上隨時(shí)間線性增加； 一旦接收到第一事件信號(hào)邊緣，設(shè)定具有耦合到所述第一事件信號(hào)邊緣的時(shí)鐘輸入的第一觸發(fā)器，從而指示事件起始，且一旦接收到第二事件信號(hào)邊緣，設(shè)定具有耦合到所述第二事件信號(hào)邊緣的時(shí)鐘輸入的第二觸發(fā)器，指示所述事件終止； 對(duì)所述第一觸發(fā)器的Q輸出和第二觸發(fā)器的非Q輸出進(jìn)行與運(yùn)算，以控制用于將所述電容器耦合到所述恒定電流源或者將所述電容器從所述恒定電流源去耦的電流導(dǎo)引開關(guān); 在接收到所述停止信號(hào)后，將所述電容器上的所述電壓轉(zhuǎn)換為其數(shù)字表示。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，進(jìn)一步包含從已知電容值以及所述電壓的數(shù)字表示來確定所述開始與停止信號(hào)之間的時(shí)間周期的。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進(jìn)一步包含從所述開始和所述停止信號(hào)的已知時(shí)間周期以及所述電壓的數(shù)字表示來確定電容器的電容值。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述開始信號(hào)由第一控制信號(hào)的上升邊緣提供，且所述停止信號(hào)由第二控制信號(hào)的下降邊緣提供。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述開始信號(hào)由控制信號(hào)的上升邊緣提供，且所述停止信號(hào)由所述控制信號(hào)的下降邊緣提供。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述開始信號(hào)由第一控制信號(hào)的上升邊緣提供，且所述停止信號(hào)由第二控制信號(hào)的上升邊緣提供。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述第一控制信號(hào)是異步信號(hào)且所述第二控制信號(hào)是系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述開始信號(hào)由第一控制信號(hào)的下降邊緣提供，且所述停止信號(hào)由第二控制信號(hào)的上升邊緣提供。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述第一控制信號(hào)是異步信號(hào)且所述第二控制信號(hào)是系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)。
21.一種用于測(cè)量時(shí)間周期的設(shè)備，其包含: 恒定電流源； 電流導(dǎo)引開關(guān)，其耦合到所述恒定電流源； 電容器，其耦合到所述電流導(dǎo)引開關(guān)，其中當(dāng)所述電流導(dǎo)引開關(guān)將所述恒定電流源耦合到所述電容器時(shí)，所述電容器上的電壓大體上隨時(shí)間線性增加；邏輯電路，其用于控制所述電流導(dǎo)引開關(guān)，所述電流導(dǎo)引開關(guān)包含用于接收開始信號(hào)和停止信號(hào)的第一和第二輸入，其中當(dāng)所述電路接收到所述開始信號(hào)時(shí)，所述電流導(dǎo)引開關(guān)將所述電容器耦合到所述恒定電流源，且當(dāng)所述電路接收到所述停止信號(hào)時(shí)，所述電流導(dǎo)引開關(guān)將所述電容器從所述恒定電流源去耦； 模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，其用于將所述電容器上的所述電壓轉(zhuǎn)換成其數(shù)字表示； 其中所述用于控制所述電流導(dǎo)引開關(guān)的邏輯電路包含: 第一觸發(fā)器，其具有耦合到形成所述開始信號(hào)的第一事件信號(hào)邊緣的時(shí)鐘輸入； 第二觸發(fā)器，其具有耦合到形成所述停止信號(hào)的第二事件信號(hào)邊緣的時(shí)鐘輸入；以及與門，其具有耦合到所述第一觸發(fā)器的Q輸出的第一輸入、耦合到所述第二觸發(fā)器的非Q輸出的第二輸入和耦合到所述電流導(dǎo)引開關(guān)的控制輸入的輸出。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其中所述開始信號(hào)由第一控制信號(hào)的上升邊緣提供，且所述停止信號(hào)由第二控制信號(hào)的下降邊緣提供。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其中所述開始信號(hào)由控制信號(hào)的上升邊緣提供，且所述停止信號(hào)由所述控制信號(hào)的下降邊緣提供。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其中所述開始信號(hào)由第一控制信號(hào)的上升邊緣提供，且所述停止信號(hào)由第二控制信號(hào)的上升邊緣提供。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其中所述第一控制信號(hào)是異步信號(hào)且所述第二控制信號(hào)是系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)。
26.根據(jù)權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其中所述開始信號(hào)由第一控制信號(hào)的下降邊緣提供，且所述停止信號(hào)由第二控制信號(hào)的上升邊緣提供。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的設(shè)備，其中所述第一控制信號(hào)是異步信號(hào)且所述第二控制信號(hào)是系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)。
28.一種用于產(chǎn)生時(shí)間延遲事件的設(shè)備，其包含: 第一時(shí)間測(cè)量單元，其包含: 第一恒定電流源； 第一電流導(dǎo)引開關(guān)，其耦合到所述第一恒定電流源； 第一電容器，其稱合到所述第一電流導(dǎo)引開關(guān)，所述第一電容器具有已知電容值，其中當(dāng)所述第一電流導(dǎo)引開關(guān)將所述第一恒定電流源耦合到所述第一電容器時(shí)，所述第一電容器上的第一電壓大體上隨時(shí)間線性增加； 第一電路，其用于控制所述第一電流導(dǎo)引開關(guān)，其中所述第一電流導(dǎo)引開關(guān)在所述第一電路檢測(cè)到事件的開始時(shí)，將所述第一電容器耦合到所述第一恒定電流源； 第二時(shí)間測(cè)量單元，其包含: 第二恒定電流源； 第二電流導(dǎo)引開關(guān)，其耦合到所述第二恒定電流源； 第二電容器，其耦合到所述第二電流導(dǎo)引開關(guān)，所述第二電容器具有已知電容值，其中當(dāng)所述第二電流導(dǎo)弓I開關(guān)將所述第二恒定電流源耦合到所述第二電容器時(shí)，所述第二電容器上的第二電壓大體上 隨時(shí)間線性增加； 第二電路，其用于控制所述第二電流導(dǎo)引開關(guān)，其中所述第二電流導(dǎo)引開關(guān)在所述第二電路檢測(cè)到所述事件的終止時(shí)，將所述第二電容器耦合到所述第二恒定電流源；第一模擬比較器，其具有用于接收所述第一電壓的正輸入和用于接收第一參考電壓的負(fù)輸入；以及 第二模擬比較器，其具有用于接收所述第二電壓的負(fù)輸入和用于接收第二參考電壓的正輸入； 其中延遲事件的開始出現(xiàn)在所述第一電壓等于或大于所述第一參考電壓時(shí)，且所述延遲事件的終止出現(xiàn)在所述第二電壓等于或大于所述第二參考電壓時(shí)。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包含用于提供所述第一參考電壓的第一數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)，和用于提供所述第二參考電壓的第二 DAC。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包含用于控制所述第一和第二DAC的數(shù)字處理器。
31.根據(jù)權(quán)利要求28所述的設(shè)備，其中所述第一和第二參考電壓大體上為相同的電壓。
32.根據(jù)權(quán)利要求28所述的設(shè)備，其中所述第一和第二參考電壓為不同電壓。
33.根據(jù)權(quán)利要求30所述的設(shè)備，其中所述第一和第二測(cè)量單元、所述第一和第二DAC以及所述數(shù)字處理器制造于集成電路裸片上。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的設(shè)備，其中所述集成電路裸片封閉于集成電路封裝中。
35.一種用于產(chǎn)生時(shí)間延遲事件的方法，所述方法包含以下步驟: 開始時(shí)間延遲事件，其包含以下步驟: 提供第一恒定電流源； 提供具有已知電容值的第一電容器； 閉合第一電流導(dǎo)引開關(guān)； 在檢測(cè)到事件開始時(shí)，從所述第一恒定電流源對(duì)所述第一電容器充電； 將所述第一電容器上的第一電壓與第一參考電壓進(jìn)行比較；以及在所述第一電壓等于或大于所述第一參考電壓時(shí)開始所述時(shí)間延遲事件；以及終止所述時(shí)間延遲事件，其包含以下步驟: 提供第二恒定電流源； 提供具有已知電容值的第二電容器； 在檢測(cè)到所述事件終止時(shí)，從所述第二恒定電流源對(duì)所述第二電容器充電； 將所述第二電容器上的第二電壓與第二參考電壓進(jìn)行比較；以及 在所述第二電壓等于或大于所述第二參考電壓時(shí)終止所述時(shí)間延遲事件。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中分別用第一和第二數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)產(chǎn)生所述第一和第二參考電壓。
37.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中所述第一和第二參考電壓大體上為相同的電壓。
38.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中所述第一和第二參考電壓為不同電壓。
39.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中用數(shù)字處理器控制所述第一和第二DAC。
全文摘要
通過在事件期間從恒定電流源對(duì)已知值電容器充電來確定所述事件的時(shí)間周期。所述電容器上的所得電壓與所述事件時(shí)間周期成比例且可根據(jù)所述所得電壓和已知電容值予以計(jì)算。通過在已知時(shí)間周期期間從恒定電流源對(duì)電容器充電來測(cè)量電容。所述電容器上的所得電壓與其電容成比例且可根據(jù)所述所得電壓和已知時(shí)間周期予以計(jì)算?？赏ㄟ^在所述事件開始時(shí)對(duì)第一電容器充電和在所述事件終止時(shí)對(duì)第二電容器充電且同時(shí)對(duì)其間的時(shí)鐘時(shí)間進(jìn)行計(jì)數(shù)來測(cè)量長(zhǎng)時(shí)間周期事件。通過在事件起始和終止時(shí)充電第一和第二電容器上的電壓且同時(shí)將其上的電壓與參考電壓進(jìn)行比較來進(jìn)行所述事件的延遲。
文檔編號(hào)G01R27/26GK103207560SQ201310051670
公開日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2008年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月12日
發(fā)明者詹姆斯·E·巴特林 申請(qǐng)人:密克羅奇普技術(shù)公司