專利名稱：一種用于電容式傳感器的端口復(fù)用接口電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種端口復(fù)用電路，特別涉及一種用于電容式傳感器的端口復(fù)用接口電路。
背景技術(shù)：
把被測的機械量，如位移、壓力等轉(zhuǎn)換為電容量變化的傳感器叫做電容式傳感器，70年代末以來，隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了與微型測量儀表封裝在一起的電容式傳感器，這種新型的傳感器能使分布電容的影響大為減小，使其固有的缺點得到克服，因此得到了廣泛的使用。電容式傳感器與電阻式、電感式等傳感器相比有如下一些優(yōu)點:(I)高阻抗、功率小，帶電極板間靜電引力極小，因此所需輸入能量極小，所以特別適宜用來解決輸入能量低的測量問題；( 2)溫度穩(wěn)定性好，傳感器的電容值一般與電極材料無關(guān)，有利于選擇溫度系數(shù)低的材料，又因本身發(fā)熱極小，對穩(wěn)定性影響甚微；(3)結(jié)構(gòu)簡單，適應(yīng)性強，待測體是導(dǎo)體或半導(dǎo)體均可，可在惡劣環(huán)境中工作，電容式傳感器結(jié)構(gòu)簡單、易于制造、可做得非常小巧，以實現(xiàn)某些特殊的測量；并且能工作在高低溫、強輻射及強磁場等惡劣的環(huán)境中，也能對帶有磁性的工件進(jìn)行測量。由于上述的這些優(yōu)點，電容式傳感器已廣泛應(yīng)用于民用工業(yè)控制和軍事等領(lǐng)域。在電容式傳感器系統(tǒng)設(shè)計中，電容式傳感器接口電路在一定程度上決定了傳感器系統(tǒng)對檢測量的分辨率，但現(xiàn)有的易于集成并廣泛采用的電容式傳感器只能用于電容的檢測，用途單一，要使用其他功能則必須與其他電路進(jìn)行集成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用不方便。

發(fā)明內(nèi)容
`有技術(shù)的不足，提供一種能夠在同一端口同時施加靜電力和進(jìn)行電容檢測的一種用于電容式傳感器的端口復(fù)用接口電路，該接口電路在實現(xiàn)電容檢測的同時不會降低靜電力的大小，采用全差分方式實現(xiàn)施加靜電力和進(jìn)行電容檢測，能夠有效的抑制電源以及共模噪聲。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:一種用于電容式傳感器的端口復(fù)用接口電路，vds+、Vds_分別對應(yīng)電容式傳感器的固定端口，Vma對應(yīng)電容式傳感器的可動端口:Vds+通過電容Ccids與全差分運算放大器Al的一個輸入端V11+相連,通過另外一個電容Cfb與全差分運算放大器Al的一個輸出端Vra_連接，Vds+還通過電容Cedss與三端輸入單端輸出運算放大器A3的一個負(fù)端輸入VIs2_相連，Vds+通過另外一個電容Cm與節(jié)點Vs相連；Vds_通過電容Ccids與全差分運算放大器Al的另一個輸入端Vn_相連，通過另外一個電容Cfb與全差分運算放大器Al的另一個輸出端Vra+連接，Vds_還通過電容Cedss與三端輸入單端輸出運算放大器A3的另一個負(fù)端輸入VIsl_相連，Vds_通過另外一個電容Cm與節(jié)點Vs相連；三端輸入單端輸出運算放大器A3的正端輸出通過一個開關(guān)與節(jié)點Vs相連，節(jié)點Vs則通過兩個開關(guān)分別于兩個直流電壓\+、相連；全差分運算放大器Al的輸出端Vra+、Vra_分別通過一個電容Csl與下一級的全差分運算放大器A2輸入端VI2+、VI2_相連。所述的三端輸入單端輸出運算放大器A3的三端輸入為兩個負(fù)端輸入和一個正端輸入，輸出為一個正端輸出。全差分運算放大器Al的輸入端VI1+、Vn_和輸出端VM_、VM+分別通過開關(guān)與共模電壓V 相連；三端輸入單端輸出運算放大器A3的正端輸入直接與共模電壓Vem相連，兩個負(fù)端輸入VIsl_和VIs2_分別通過開關(guān)與共模電壓Vm相連，A3的正端輸出還通過開關(guān)與共模電壓V 相連，同時該正端輸出還外接一個電容后與地相連；全差分運算放大器A2的輸入端VI2+、VI2_和輸出端\_、V0+分別通過開關(guān)與共模電壓V 相連。全差分運算放大器A2的輸入端V12+通過電容Cfi與全差分運算放大器A2的輸出端相連，同時輸入端V12+還通過一個開關(guān)與全差分運算放大器A2的輸出端相連；全差分運算放大器A2的輸入端\2_通過電容Cfi與全差分運算放大器A2的輸出端Vch相連，同時輸入端VI2_還通過一個開關(guān)與全差分運算放大器A2的輸出端Vch相連。所述的電容式傳感器的可動端口 Vma還通過兩個開關(guān)分別于兩個直流電壓VK+、 相連，固定端口 Vds+和vds_分別通過開關(guān)與產(chǎn)生靜電力作用的電壓Vd+和vd_相連。所述的全差分運算放大器Al的輸出端VM_與輸入端V11+的極性相反，另一個輸出端Vm+與輸入端Vn_的極性相反 。所述的全差分運算放大器A2的輸出端Vp與輸入端V12+的極性相反，另一個輸出端I與輸入端\2_的極性相反。三端輸入單端輸出運算放大器A3的正端輸出還外接一個電容后與地相連支路可以采用外接電容后與任何一個直流電壓相連替換。本發(fā)明的有益效果是:能在同一端口同時施加靜電力和進(jìn)行電容檢測，實現(xiàn)端口復(fù)用功能，與時分復(fù)用的實現(xiàn)方式不同，本發(fā)明的電路在實現(xiàn)電容檢測的同時不會降低靜電力的大小，能夠提供一個穩(wěn)定的靜電力；采用全差分方式實現(xiàn)施加靜電力和進(jìn)行電容檢測，能夠有效的抑制電源以及共模噪聲，提高電容檢測的準(zhǔn)確率和靜電力的穩(wěn)定性。


圖1為本發(fā)明的電路連接圖；圖2為本發(fā)明的工作時序圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案，但本發(fā)明所保護(hù)的內(nèi)容不局限于以下所述。如圖1所示，一種用于電容式傳感器的端口復(fù)用接口電路，Vds+、Vds_分別對應(yīng)電容式傳感器的固定端口，Vnia對應(yīng)電容式傳感器的可動端口:
Vds+通過電容Ceds與全差分運算放大器Al的一個輸入端V11+相連,通過另外一個電容Cfb與全差分運算放大器Al的一個輸出端Vra_連接，Vds+還通過電容Cedss與三端輸入單端輸出運算放大器A3的一個負(fù)端輸入VIs2_相連，Vds+通過另外一個電容Cm與節(jié)點Vs相連；Vds_通過電容Ccids與全差分運算放大器Al的另一個輸入端Vn_相連，通過另外一個電容Cfb與全差分運算放大器Al的另一個輸出端Vra+連接，Vds_還通過電容Cedss與三端輸入單端輸出運算放大器A3的另一個負(fù)端輸入VIsl_相連，Vds_通過另外一個電容Cm與節(jié)點Vs相連；三端輸入單端輸出運算放大器A3的正端輸出通過一個開關(guān)與節(jié)點Vs相連，節(jié)點Vs則通過兩個開關(guān)分別于兩個直流電壓vK+、vE_相連；全差分運算放大器Al的輸出端Vra+、Vra_分別通過一個電容Csl與下一級的全差分運算放大器A2輸入端VI2+、VI2_相連。所述的三端輸入單端輸出運算放大器A3的三端輸入為兩個負(fù)端輸入和一個正端輸入，輸出為一個正端輸出。所述的全差分運算放大器Al的輸入端VI1+、Vn_和輸出端VM_、VM+分別通過開關(guān)與共模電壓Vail相連；三端輸入單端輸出運算放大器A3的正端輸入直接與共模電壓Vem相連，兩個負(fù)端輸入VIsl_和VIs2_分別通過開關(guān)與共模電壓Vm相連，A3的正端輸出還通過開關(guān)與共模電壓V 相連，同時該正端輸出還外接一個電容后與地相連；全差分運算放大器A2的輸入端VI2+、VI2_和輸出端Vp vo+分別通過開關(guān)與共模電壓V 相連。 全差分運算放大器A2的輸入端V12+通過電容Cfi與全差分運算放大器A2的輸出端相連，同時輸入端V12+還通過一個開關(guān)與全差分運算放大器A2的輸出端相連；全差分運算放大器A2的輸入端\2_通過電容Cfi與全差分運算放大器A2的輸出端Vch相連，同時輸入端VI2_還通過一個開關(guān)與全差分運算放大器A2的輸出端Vch相連。所述的電容式傳感器的可動端口 Vma還通過兩個開關(guān)分別于兩個直流電壓VK+、 相連，固定端口 Vds+和vds_分別通過開關(guān)與產(chǎn)生靜電力作用的電壓Vd+和vd_相連。所述的全差分運算放大器Al的輸出端VM_與輸入端V11+的極性相反，另一個輸出端Vm+與輸入端Vn_的極性相反。所述的全差分運算放大器A2的輸出端Vp與輸入端V12+的極性相反，另一個輸出端I與輸入端\2_的極性相反。所述的三端輸入單端輸出運算放大器A3的正端輸出還外接一個電容后與地相連支路可以采用外接電容后與任何一個直流電壓相連替換。如圖2所示，本發(fā)明的各端點電壓在各個相位時分別為:1、T1 相位:Vds+=Vd+、Vds_=Vd_、VI1+=Vcm、Vn_=Vcm、V01+=Vcm, N01=Ncm, VI2+=Vcm、N12=Ncm,Vma=VE_, Nlsl=Ncm, VIs2_=Vm、Vs=Vk+ ;這個時候傳感器上下極板的電壓為Vd+和Vd_，中間極板的電壓是VK_，這樣就達(dá)到施加靜電力的效果，同時所有運算放大器的輸入和輸出被置為固定電平。2、T2相位:這段時間內(nèi)傳感器的電容變化量非常微小，這樣與Vds+和Vds_兩個節(jié)點相連的所有支路上沒有電流，所以這兩個節(jié)點的電壓的電壓不會發(fā)生變化，即:vds+=vd+、
V=V V =V V =V V =V V =V V =V V =V V =V V =V V =V V =V
Vds_ vd_、vIl+ vcm、vIl- vcm、v 01+ vcm、vOl- vcm、v 12+ vcm、v 12- vcm、vma v R-A vIsl- vcm、vIs2_ vcm、vS vR+03、T3相位:與T2相位類似，根據(jù)電荷守恒原理，得到:Vds+=Vd+、Vds_=Vd_、VI1+=Vcm,Vn-=Vcm> V01+=vcm, V01-=Vcm, V12+=vcm, V12-=Vcm, Vma=VE_, VIsl_=Vcm, Vls2-=Vcm, vs=vK+。4、T4 相位:傳感器中間極板的電壓 Vnia 由 — VE+,同時 VIs2_、VIsl_、VI1+、Vn_、VI2+、V12-作為運算放大器的輸入端(對于理想的運算放大器，運算放大器的輸入端電流通路)，這些點的電壓不會發(fā)生改變，所以 νη+=νΜ、N11=Ncm, VI2+=VCffl, VI2_=V 、Nlsl=Ncm, VIs2_=VCffl,根據(jù)上面的推導(dǎo)，運算放大器的輸入端電壓不發(fā)生變化，那么Vds+、Vds_也不會發(fā)生改變，即Vds+=Vd+、Vds-=Vd-;有了這些結(jié)論，可以計算得出如下結(jié)果:
權(quán)利要求
1.一種用于電容式傳感器的端口復(fù)用接口電路，其特征在于:vds+、vds_分別對應(yīng)電容式傳感器的固定端口，Vnia對應(yīng)電容式傳感器的可動端口: Vds+通過電容Ceds與全差分運算放大器Al的一個輸入端V11+相連，通過另外一個電容Cfb與全差分運算放大器Al的一個輸出端νω_連接,Vds+還通過電容Cedss與三端輸入單端輸出運算放大器A3的一個負(fù)端輸入VIs2_相連，Vds+通過另外一個電容Cm與節(jié)點Vs相連； Vds-通過電容Ceds與全差分運算放大器Al的另一個輸入端Vn_相連，通過另外一個電容Cfb與全差分運算放大器Al的另一個輸出端Vra+連接，Vds_還通過電容Cedss與三端輸入單端輸出運算放大器A3的另一個負(fù)端輸入VIsl_相連，Vds_通過另外一個電容Cm與節(jié)點Vs相連； 三端輸入單端輸出運算放大器A3的正端輸出通過一個開關(guān)與節(jié)點Vs相連，節(jié)點Vs則通過兩個開關(guān)分別于兩個直流電壓VK+、Vk-相連； 全差分運算放大器Al的輸出端^…^卜分別通過一個電容Csl與下一級的全差分運算放大器A2輸入端VI2+、VI2_相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于電容式傳感器的端口復(fù)用接口電路，其特征在于:所述的三端輸入單端輸出運算放大器A3的三端輸入為兩個負(fù)端輸入和一個正端輸入,輸出為一個正端輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種用于電容式傳感器的端口復(fù)用接口電路，其特征在于:所述的全差分運算放大器Al的輸入端VI1+、Vn_和輸出端VM_、Vw+分別通過開關(guān)與共模電壓Vm相連； 三端輸入單端輸出運算放大器A3的正端輸入直接與共模電壓V 相連，兩個負(fù)端輸入Vlsl-和VIs2_分別通過開關(guān)與共模電壓Vm相連，A3的正端輸出還通過開關(guān)與共模電壓Vm相連，同時該正端輸出還外接一個電容后與地相連； 全差分運算放大器A2的輸入端VI2+、VI2_和輸出端\_、\+分別通過開關(guān)與共模電壓Vm相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于電容式傳感器的端口復(fù)用接口電路，其特征在于:所述的全差分運算放大器A2的輸入端V12+通過電容Cfi與全差分運算放大器A2的輸出端V0_相連，同時輸入端V12+還通過一個開關(guān)與全差分運算放大器A2的輸出端相連；全差分運算放大器A2的輸入端VI2_通過電容Cfi與全差分運算放大器A2的輸出端V&相連，同時輸入端VI2_還通過一個開關(guān)與全差分運算放大器A2的輸出端Vch相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于電容式傳感器的端口復(fù)用接口電路，其特征在于:所述的電容式傳感器的可動端口 Vma還通過兩個開關(guān)分別于兩個直流電壓VK+、νκ_相連，固定端口 Vds+和Vds_分別通過開關(guān)與產(chǎn)生靜電力作用的電壓Vd+和vd_相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于電容式傳感器的端口復(fù)用接口電路，其特征在于:所述的全差分運算放大器Al的輸出端Vra_與輸入端V11+的極性相反,另一個輸出端Vra+與輸入端Vn_的極性相反。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于電容式傳感器的端口復(fù)用接口電路，其特征在于:所述的全差分運算放大器A2的輸出端AV與輸入端V12+的極性相反,另一個輸出端Vt)+與輸入端VI2_的極性相反。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于電容式傳感器的端口復(fù)用接口電路，其特征在于:所述的三端輸入單端輸出運算放大器A3的正端輸出還外接一個電容后與地相連支路可以采用外接電容后與任 何一個直流電壓相連替換。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于電容式傳感器的端口復(fù)用接口電路，Vds+、Vds-分別對應(yīng)電容式傳感器的固定端口，Vma對應(yīng)電容式傳感器的可動端口Vds+、Vds-分別與全差分運算放大器A1的兩個輸入端相連，Vds+、Vds-還分別通過電容與三端輸入單端輸出運算放大器A3的兩個負(fù)端輸入相連，Vds+和Vds-分別通過另外的電容與節(jié)點Vs相連，A3的正端輸出通過一個開關(guān)與節(jié)點Vs相連；全差分運算放大器A1輸出端分別通過電容與全差分運算放大器A2輸入端相連。本發(fā)明能在同一端口施加靜電力和進(jìn)行電容檢測，實現(xiàn)端口復(fù)用，采用全差分方式實現(xiàn)不會降低靜電力的大小，能夠有效的抑制電源以及共模噪聲。
文檔編號G01R27/26GK103245840SQ20131019557
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月23日
發(fā)明者熊飛 申請人:成都國騰電子技術(shù)股份有限公司