一種微小電容測量方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種微小電容測量方法及裝置，涉及信號處理領(lǐng)域，該微小電容測量裝置包括：待測電容移相電路，用對參考基波信號V(Sin)進(jìn)行移相處理和波形反向處理；信號運(yùn)算處理單元，用于通過參考基波信號V(Sin)獲得參數(shù)電壓值A(chǔ)INO、AIN1；處理器，用于設(shè)置正弦波發(fā)生器DDS的輸出信號頻率f和獲取參數(shù)電壓值A(chǔ)INO和AIN1，然后通過該輸出信號頻率f和參數(shù)電壓值A(chǔ)INO和AIN1計算出待測電容Cx的容值。本發(fā)明適用于包括電容式傳感器和電容式觸控面板在內(nèi)的所有以微電容感應(yīng)技術(shù)為基礎(chǔ)的電子產(chǎn)品，相對于目前傳統(tǒng)的微電容檢測技術(shù)，本發(fā)明同時具備測量精度高、測量速度快、抗干擾能力強(qiáng)、能夠有效抑制雜散電容等一系列優(yōu)點。
【專利說明】
一種微小電容測量方法及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及信號處理領(lǐng)域，具體涉及強(qiáng)干擾環(huán)境下的微電容高精度檢測方法及裝 置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著以微電容感應(yīng)技術(shù)為基礎(chǔ)的電容式傳感器和電容式觸控面板在工業(yè)領(lǐng)域和 消費(fèi)電子產(chǎn)品領(lǐng)域的日益普及，這類產(chǎn)品的市場需求量越來越大。電容式傳感器是把被測 的機(jī)械量的變化，如位移、壓力等轉(zhuǎn)換為電容量變化的傳感器，其感應(yīng)部分就是具有容值可 變特性的微小電容器;而電容式觸控面板是在超薄玻璃的表面貼合上一層具有特殊走線圖 案的透明ΙΤ0半導(dǎo)體(納米銦錫金屬氧化物)涂層，當(dāng)手指觸摸在此ΙΤ0半導(dǎo)體涂層上時，觸 點附近的ΙΤ0走線節(jié)點電容就會發(fā)生變化，然后與之相連的微電容檢測電路就會通過偵測 此ΙΤ0走線節(jié)點電容的變化來判斷觸摸的位置信息，其感應(yīng)部分同樣也是容值可變的微小 電容器。上述的兩類產(chǎn)品在生產(chǎn)質(zhì)檢和實際應(yīng)用的過程中都需要使用到微電容檢測設(shè)備來 檢測感應(yīng)電容的容值，目前這些微電容檢測設(shè)備一般都采用充/放電電容測量法、TDC(時間 數(shù)字轉(zhuǎn)換）電容測量法以及AC電橋電容測量法等技術(shù)，而這些技術(shù)在不同程度上都有測量 速度慢、易受外界電磁噪聲干擾、雜散電容難以抑制等缺陷，因此，需要發(fā)明一種測量速度 快、抗干擾能力強(qiáng)、能夠抑制雜散電容而且具備精準(zhǔn)測量能力的微小電容測量方法及裝置 來提升上述產(chǎn)品的性能指標(biāo)以及生產(chǎn)質(zhì)量的卡控能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，一方面，本發(fā)明提供一種微小電容測量方法， 其特征在于，所述測量方法包括：
[0004] 步驟S1，生成參考基波信號V(Sin)、參考基波的反向信號V(-Sin)、參考基波的移 相?目號V(_Cos);
[0005] 步驟S2,參考基波信號V(Sin)在經(jīng)過以待測電容Cx為移相電容的-90°移相電路處 理之后輸出移相之后的信號VO(-Cos)，經(jīng)過波形反向電路調(diào)理之后生成反向信號VO(Cos);
[0006] 步驟S3,生成參考信號SW1、SW2及反向信號-SW1和-SW2;
[0007] 步驟S4,信號V(Sin)、信號V(-Sin)、參考信號SW1和參考信號-SW1經(jīng)過運(yùn)算處理后 輸出交流信號V0;信號V0(-C〇s)、信號VO(Cos)、參考信號SW2和參考信號-SW2經(jīng)過運(yùn)算處理 后輸出交流信號VI;
[0008] 步驟S5,分別將交流信號V0和交流信號VI的交流分量濾除并輸出其直流分量ΑΙΝ0 和ΑΙΝ1，對直流電壓ΑΙΝΟ和直流電壓ΑΙΝ1采樣并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；
[0009] 步驟S6,設(shè)置正弦波發(fā)生器DDS的輸出信號頻率f和獲取模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC所采集到 的直流電壓ΑΙΝ0和AIN1，對獲取到的電壓值A(chǔ)IN0、AIN1和已知參數(shù)cojg加以運(yùn)算得出待測 電容Cx的容彳| 其中正弦波發(fā)生器的輸出信號頻率/ = ^：，Rg為移相電 路中的增益電阻。
[0010] 進(jìn)一步地，步驟SI、S2 中，V( Sin)為A · sin(c〇t)，V(_Sin)為-A · sirKcothAK-Cos) 為-A · cos( ω t) ，V0(_Cos) 為-A · ω · Cx · Rg · cos(wt) ，V0(Cos) 為A · ω · Cx · Rg · cos(wt)，其中A為此正弦波信號的電壓幅度，ω為此正弦波信號的角速度。
[0011] 進(jìn)一步地，步驟S3具體為:使用一高速電壓比較器將信號V(-Cos)和門限電壓VSET 比較之后生成參考信號SW2,使用一高速電壓比較器將信號V(Sin)和門限電壓VSET比較之 后生成參考信號SW1，使用基于邏輯非門的數(shù)字信號反向器分別將參考信號SW1和參考信號 SW2轉(zhuǎn)換為反向信號-SW1和-SW2。
[0012] 進(jìn)一步地，步驟S4中，信號V(Sin)、信號V(-Sin)、參考信號SW1和參考信號-SW1經(jīng) 過運(yùn)算處理后輸出交流信號V0的具體過程為:信號V(Sin)和參考信號SW1相乘得出信號F0; 信號V(-Sin)和參考信號-SW1相乘得出信號F1;F0和F1經(jīng)過加法電路處理之后輸出信號V0 = F0+Fl〇
[0013] 進(jìn)一步地，步驟S5中，使用LPF有源低通濾波器分別將交流信號V0和交流信號VI的 交流分量濾除并輸出其直流分量ΑΙΝ0和AIN1。
[0014] 進(jìn)一步地，步驟S6中，所述設(shè)置正弦波發(fā)生器DDS的輸出信號頻率f和獲取模數(shù)轉(zhuǎn) 換器ADC所采集到的直流電壓ΑΙΝ0和AIN1具體為:M⑶通過SPI總線通訊的方式設(shè)置正弦波 發(fā)生器DDS的輸出信號頻率f和獲取模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC所采集到的直流電壓ΑΙΝ0和AIN1。
[0015] 另一方面，本發(fā)明提供微小電容測量裝置，其特征在于，所述測量裝置包括：
[0016] 待測電容移相電路，用于將參考基波信號V(Sin)在經(jīng)過以待測電容Cx為移相電容 的-90°移相電路處理之后輸出移相之后的信號VO(-Cos)，經(jīng)過波形反向電路調(diào)理之后生成 反向信號VO(Cos);
[0017] 信號運(yùn)算處理單元，用于通過對參考基波信號V(Sin)經(jīng)過一系列運(yùn)算處理后，獲 得參數(shù)電壓值A(chǔ)IMKAIN1;
[0018] 處理器，用于設(shè)置正弦波發(fā)生器DDS的輸出信號頻率f和獲取參數(shù)電壓值ΑΙΝ0和 ΑΙΝ1，然后通過對獲取到的電壓值ΑΙΝ0、ΑΙΝ1和已知參數(shù)《、取加以運(yùn)算最終得出待測電容
Cx的容，其中正弦波發(fā)生器的輸出信號頻率/ = ^，Rg為移相電路中 2π 的增益電阻。
[0019] 進(jìn)一步地，所述信號運(yùn)算處理單元具體包括信號生成單元、運(yùn)算處理子單元；其 中，
[0020] 信號生成單元，用于生成參考基波信號V(Sin)、參考基波的反向信號V(-Sin)、參 考基波的移相信號V(-Cos)、信號VO(-Cos)、反向信號VO(Cos);及生成參考信號SW1、SW2及 反向信號-SW1和-SW2;
[0021] 運(yùn)算處理子單元，用于
[0022] 對信號V(Sin)、信號V(-Sin)、參考信號SW1和參考信號-SW運(yùn)算處理后輸出交流信 號V0,其中信號V0的電壓幅度Α0=Α;
[0023] 對信號V0(-Cos)、信號VO(Cos)、參考信號SW2和參考信號-SW2經(jīng)過運(yùn)算處理后輸 出交流信號VI，其中信號VI的電壓幅度A1為Α· ω ?Cx·%;
[0024] 將交流信號V0和交流信號VI的交流分量濾除并輸出其直流分量ΑΙΝΟ和AIN1，對直 流電壓ΑΙΝΟ和直流電壓AIN1采樣并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。
[0025] 進(jìn)一步地，所述信號生成單元生成的V(Sin)為A · sin( ω t)，V(-Sin)為-A · sin (c〇t)，V(-Cos)S-A.cos(c〇t)，VO(-Cos)S-A.c〇.Cx.Rg.cos(wt)，VO(Cos)SA.c〇· Cx · Rg · cos(wt)〇
[0026] 進(jìn)一步地，所述信號生成單元，還包括高速電壓比較器，用于將信號V(-Cos)和門 限電壓VSET比較之后生成參考信號SW2,及用于將信號V(Sin)和門限電壓VSET比較之后生 成參考信號SW1。
[0027] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點：
[0028] 本發(fā)明可以適用于包括電容式傳感器和電容式觸控面板在內(nèi)的所有以微電容感 應(yīng)技術(shù)為基礎(chǔ)的電子產(chǎn)品，相對于傳統(tǒng)的微電容檢測技術(shù)本發(fā)明可以有效的抑制測量端子 到被測物之間的信號傳輸路徑上所引入的雜散電容和電磁噪聲信號，而且同時還具備較高 的測量速度和測量精度，其中測量速度高達(dá)330次/秒，測量誤差最小可達(dá)± 1 %，如果將本 發(fā)明應(yīng)用于上述電子產(chǎn)品的實際使用和生產(chǎn)質(zhì)檢環(huán)節(jié)中就可以有效的提升其性能指標(biāo)和 生產(chǎn)質(zhì)量卡控能力。
【附圖說明】
[0029]下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中：
[0030]圖1為本發(fā)明技術(shù)方案框圖；
[0031 ]圖2為本發(fā)明微小電容測量裝置測量原理示意圖。
【具體實施方式】
[0032]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不 用于限定本發(fā)明。
[0033] -方面，本發(fā)明提供一種微小電容測量方法，其特征在于，所述測量方法包括：
[0034] 步驟S1，生成參考基波信號V(Sin)、參考基波的反向信號V(-Sin)、參考基波的移 相?目號V(_Cos);
[0035] 步驟S2,參考基波信號V(Sin)在經(jīng)過以待測電容Cx為移相電容的-90°移相電路處 理之后輸出移相之后的信號VO(-Cos)，經(jīng)過波形反向電路調(diào)理之后生成反向信號VO(Cos);
[0036] 步驟S3,生成參考信號SW1、SW2及反向信號-SW1和-SW2;
[0037] 步驟S4,信號V(Sin)、信號V(-Sin)、參考信號SW1和參考信號-SW1經(jīng)過運(yùn)算處理后 輸出交流信號V0;信號V0(-C〇s)、信號VO(Cos)、參考信號SW2和參考信號-SW2經(jīng)過運(yùn)算處理 后輸出交流信號VI;
[0038]步驟S5,分別將交流信號V0和交流信號VI的交流分量濾除并輸出其直流分量ΑΙΝ0 和ΑΙΝ1，對直流電壓ΑΙΝΟ和直流電壓ΑΙΝ1采樣并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；
[0039]步驟S6,設(shè)置正弦波發(fā)生器DDS的輸出信號頻率f和獲取模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC所采集到 的直流電壓ΑΙΝ0和AIN1，對獲取到的電壓值A(chǔ)IN0、AIN1和已知參數(shù)cojg加以運(yùn)算得出待測
(〇 電容cx的容值 ，其中正弦波發(fā)生器的輸出信號頻率/ = g，Rg為移相電 路中的增益電阻。
[0040] 進(jìn)一步地，步驟SI、S2 中，V( Sin)為A · sin(c〇t)，V(_Sin)為-A · sirKcothAK-Cos) 為-A · cos( ω t) ，V0(_Cos) 為-A · ω · Cx · Rg · cos(wt) ，V0(Cos) 為A · ω · Cx · Rg · cos(wt)，其中A為此正弦波信號的電壓幅度，ω為此正弦波信號的角速度。
[0041] 進(jìn)一步地，步驟S3具體為:使用一高速電壓比較器將信號V(-Cos)和門限電壓VSET 比較之后生成參考信號SW2,使用一高速電壓比較器將信號V(Sin)和門限電壓VSET比較之 后生成參考信號SW1，使用基于邏輯非門的數(shù)字信號反向器分別將參考信號SW1和參考信號 SW2轉(zhuǎn)換為反向信號-SW1和-SW2。
[0042] 進(jìn)一步地，步驟S4中，信號V(Sin)、信號V(-Sin)、參考信號SW1和參考信號-SW1經(jīng) 過運(yùn)算處理后輸出交流信號V0的具體過程為:信號V(Sin)和參考信號SW1相乘得出信號F0; 信號V(-Sin)和參考信號-SW1相乘得出信號F1;F0和F1經(jīng)過加法電路處理之后輸出信號V0 = F0+Fl〇
[0043]進(jìn)一步地，步驟S5中，使用LPF有源低通濾波器分別將交流信號V0和交流信號VI的 交流分量濾除并輸出其直流分量ΑΙΝ0和AIN1。
[0044]進(jìn)一步地，步驟S6中，所述設(shè)置正弦波發(fā)生器DDS的輸出信號頻率f和獲取模數(shù)轉(zhuǎn) 換器ADC所采集到的直流電壓ΑΙΝ0和AIN1具體為:M⑶通過SPI總線通訊的方式設(shè)置正弦波 發(fā)生器DDS的輸出信號頻率f和獲取模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC所采集到的直流電壓ΑΙΝ0和AIN1。
[0045] 另一方面，本發(fā)明提供微小電容測量裝置，其特征在于，所述測量裝置包括：
[0046] 待測電容移相電路，用于將參考基波信號V(Sin)在經(jīng)過以待測電容Cx為移相電容 的-90°移相電路處理之后輸出移相之后的信號VO(-Cos)，經(jīng)過波形反向電路調(diào)理之后生成 反向信號VO(Cos);
[0047] 信號運(yùn)算處理單元，用于通過對參考基波信號V(Sin)經(jīng)過一系列運(yùn)算處理后，獲 得參數(shù)電壓值A(chǔ)IMKAIN1;
[0048] 處理器，用于設(shè)置正弦波發(fā)生器DDS的輸出信號頻率f和獲取參數(shù)電壓值ΑΙΝ0和 ΑΙΝ1，然后通過對獲取到的電壓值ΑΙΝ0、ΑΙΝ1和已知參數(shù)《、取加以運(yùn)算最終得出待測電容
Cx的容倡 其中正弦波發(fā)生器的輸出信號頻率/ = ^，Rg為移相電路中 2π 的增益電阻。
[0049]進(jìn)一步地，所述信號運(yùn)算處理單元具體包括信號生成單元、運(yùn)算處理子單元；其 中，
[0050] 信號生成單元，用于生成參考基波信號V(Sin)、參考基波的反向信號V(-Sin)、參 考基波的移相信號V(-Cos)、信號VO(-Cos)、反向信號VO(Cos);及生成參考信號SW1、SW2及 反向信號-SW1和-SW2;
[0051] 運(yùn)算處理子單元，用于
[0052] 對信號V(Sin)、信號V(-Sin)、參考信號SW1和參考信號-SW運(yùn)算處理后輸出交流信 號V0,其中信號V0的電壓幅度Α0=Α;
[0053] 對信號V0(-Cos)、信號VO(Cos)、參考信號SW2和參考信號-SW2經(jīng)過運(yùn)算處理后輸 出交流信號VI，其中信號VI的電壓幅度A1為Α· ω ?Cx·%;
[0054] 將交流信號V0和交流信號VI的交流分量濾除并輸出其直流分量ΑΙΝΟ和AIN1，對直 流電壓ΑΙΝΟ和直流電壓AIN1采樣并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。
[0055] 進(jìn)一步地，所述信號生成單元生成的V(Sin)為A · sin( ω t)，V(-Sin)為-A · sin (c〇t)，V(-Cos)S-A.cos(c〇t)，VO(-Cos)S-A.c〇.Cx.Rg.cos(wt)，VO(Cos)SA.c〇· Cx · Rg · cos(wt)〇
[0056] 進(jìn)一步地，所述信號生成單元，還包括高速電壓比較器，用于將信號V(-Cos)和門 限電壓VSET比較之后生成參考信號SW2,及用于將信號V(Sin)和門限電壓VSET比較之后生 成參考信號SW1。
[0057]圖1為本發(fā)明技術(shù)方案框圖，具體為：
[0058]使用一低噪聲參考電壓源生成參考電壓，在經(jīng)過運(yùn)放的放大/縮減、擴(kuò)流之后分別 生成本裝置內(nèi)部ADC所使用的參考電壓源VREF、共模電壓VC0M和高速比較器所使用的比較 門限電壓VSET，其中，VREF用于量化采集到的電壓信號，待測信號減去VC0M可以消除待測信 號中的共模電壓。
[0059]使用一高速、高分辨率的DDS(直接數(shù)字式頻率合成器)作為正弦波發(fā)生器生成一 路電流型的正弦波信號I(Sin)，此信號在經(jīng)過I-V轉(zhuǎn)換電路調(diào)理之后轉(zhuǎn)換為電壓型的正弦 波信號V(Sin)，V(Sin)作為本裝置內(nèi)部所使用的參考基波信號可用函數(shù)式V(Sin)=A· sin (?t)定義，其中A為此正弦波信號的電壓幅度，ω為此正弦波信號的角速度。
[0060] 參考基波信號V(Sin)在經(jīng)過一路以CS+端子和CS-端子之間待測電容Cx為移相電 容的-90°移相電路處理之后輸出移相之后的信號VO(-Cos)，此信號在經(jīng)過波形反向電路調(diào) 理之后生成反向信號V0(Cos)，V0(-Cos)可用函數(shù)式V0(-Cos)=_A· ω ·〇χ·Ι^·(：〇8(ω t)定義，VO(Cos)可用函數(shù)式V0(Cos)=A · ω · Cx · Rg · cos( ω?)定義，其中Cx為CS+端子 和CS-端子之間的待測電容，Rg為移相電路中的增益電阻。
[0061] 參考基波信號V(Sin)在經(jīng)過一路波形反向電路調(diào)理之后生成反向信號V(-Sin)，V (-Sin)可用函數(shù)式V(-Sin)=-A · sin( ω?)定義。
[0062] 使用一路具有固定增益的-90°移相電路對參考基波信號V(Sin)進(jìn)行調(diào)理之后生 成移相信號V(-C〇S)，V(-C 〇S)可用函數(shù)式V(-C〇S)=-Kl · A· C〇S(c〇t)定義，其中K1為信號 電壓幅度增益，其取值由信號角速度ω、移相電容C1、增益電阻R1三者的乘積決定，而在本 裝置中已通過配置合適的移相電容C1和增益電阻R1將Κ1的取值設(shè)定為整數(shù)1，所以移相信 號V(-Cos)實際上可用函數(shù)式V(-Cos)=_A · cos( ω?)定義。
[0063] 使用一高速電壓比較器將信號V(-Cos)和門限電壓VSET比較之后生成參考信號 SW2，SW2為數(shù)字方波信號并且與信號V(-Cos)的相位同步。
[0064] 使用一高速電壓比較器將信號V(Sin)和門限電壓VSET比較之后生成參考信號 SW1，SW1為數(shù)字方波信號并且與信號V(Sin)的相位同步。
[0065]使用基于邏輯非門的數(shù)字信號反向器分別將參考信號SW1和參考信號SW2轉(zhuǎn)換為 反向信號-SW1和-SW2,其中-SW1與信號V(Sin)的相位相反，-SW2與信號V(-Cos)的相位相 反。
[0066] 信號V(Sin)、信號V(-Sin)、參考信號SW1和參考信號-SW1經(jīng)過運(yùn)算處理后輸出交 流信號V0,其參考信號SW1和信號V(Sin)的相位同步，參考信號-SW1和信號V(-Sin)的相位 同步，信號處理過程類似全波整流原理，只不過最終輸出的信號V0是電壓信號，其中信號V0 的電壓幅度Α0=Α;
[0067] 具體地，
[0068] 信號V(Sin)和參考信號SW1相乘得出信號F0;
[0069]信號V(-Sin)和參考信號-SW1相乘得出信號F1;
[0070] F0和F1經(jīng)過加法電路處理之后輸出信號V0=F0+F1。
[0071] 信號VO(-Cos)、信號VO(Cos)、參考信號SW2和參考信號-SW2經(jīng)過運(yùn)算處理后輸出 交流信號VI，其參考信號SW2和信號V0(-C 〇s)的相位同步，參考信號-SW2和信號VO(Cos)的 相位同步，信號處理過程類似全波整流原理，只不過最終輸出的信號VI是電壓信號，其中信 號VI的電壓幅度Α1=Α · ω · Cx · Rg。
[0072] 使用LPF(有源低通濾波器)分別將交流信號V0和交流信號VI的交流分量濾除并輸 出其直流分量ΑΙΝ0和AIN1，其中信號V0的直流分量ΑΙΝ0=(2Λ) · A0,信號VI的直流分量 AIN1 = (2/jt) · Α1〇
[0073] 使用一低噪聲、高分辨率的雙采樣通道ADC分別對直流電壓ΑΙΝΟ和直流電壓AIN1 采樣并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。
[0074] 使用一 MCU通過SPI總線通訊的方式分別設(shè)置正弦波發(fā)生器(DDS)的輸出信號頻率 和獲取模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)所采集到的直流電壓ΑΙΝ0和AIN1，然后MCU通過對獲取到的電壓值 ΑΙΝ0、ΑΙΝ1和已知參數(shù)ω、取加以運(yùn)算最終得出待測電容Cx的容倡
并通過I2C 總線上傳，其中正弦波發(fā)生器的輸出信號頻率/ = _$_。 JJJI.
[0075]圖2為本發(fā)明微小電容測量裝置測量原理示意圖。具體為：
[0076] 一電容式觸控面板，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示具有5根TX類型的ΙΤ0走線和4根RX類型 的ΙΤ0走線(此處舉例說明，實際走線數(shù)量更多），其中C11~C14、C21~C24、C31~C34、C41~ C44、C51~C54均為面板內(nèi)部的ΙΤ0走線節(jié)點電容，是觸控面板的觸摸感應(yīng)單元。
[0077] 在電容式觸控面板的生產(chǎn)質(zhì)檢過程中需要通過檢測面板內(nèi)部的所有ΙΤ0走線節(jié)點 電容容值是否正常的方式來判斷被測面板是否存在制程上的缺陷。
[0078] 使用本微電容測量裝置檢測面板內(nèi)部的ΙΤ0走線節(jié)點電容，其中CS+和CS-分別為 本裝置的正向測量端子和負(fù)向測量端子，它們通常會通過PCB走線連接、FPC連接、線纜連接 等方式轉(zhuǎn)接到觸控面板的測量端子上。
[0079] 以觸控面板內(nèi)部的ΙΤ0走線節(jié)點電容C22的測量方式來舉例說明，C22是TX2走線和 RX2走線之間的節(jié)點電容，將TX2和RX2測量端子分別轉(zhuǎn)接到正向測量端子CS+和負(fù)向測量端 子CS-上，在測量開始前將除了 TX2和RX2測量端子之外其它所有不參與此次測量的端子的 接地開關(guān)（電子模擬開關(guān))全部閉合，然后本裝置開始執(zhí)行測量任務(wù)并反饋測量結(jié)果，其它 節(jié)點電容的測量方式同上。
[0080] 需要說明的是將上述觸控面板內(nèi)部不參與當(dāng)前測量的端子全部接地是為了在TX2 走線和RX2走線附近形成包地環(huán)路，這樣可以有效的抑制TX2走線、RX2走線與周邊ΙΤ0走線 之間的雜散電容。
[0081] 由于觸控面板的生產(chǎn)質(zhì)檢工序通常都在電磁干擾較強(qiáng)的自動化線體中完成，所以 在本裝置的測量端子CS+和CS-到觸控面板測量端子TX、RX之間的信號傳輸路徑上會引入較 強(qiáng)的噪聲信號，普通的微電容測量設(shè)備在測量中一般很難抑制這種噪聲信號，所測得的電 容值往往存在很大的波動，測量的準(zhǔn)確性難以得到保證，而本裝置在測量中可以有效的抑 制這種噪聲信號，所測得的電容值的波動范圍最低可達(dá)± 0.01PF。
[0082] 由于本裝置中使用了相敏檢波電路，且輸入的參考信號和待測信號之間同頻同 相，所以在實際測量微電容的時候可以利用相敏檢波器的選頻特性有效的抑制測量線路中 所參雜的偶次諧波(基波信號為V(Sin))噪聲，同時對各奇次諧波噪聲也有一定的抑制能 力。
[0083] 由于本裝置中使用了-90°移相電路，所以在實際測量微電容的時候可以通過對測 量線路包地的方法有效的抑制雜散電容。
[0084] 本裝置還具備測量速度快、測量靈敏度高等優(yōu)點，其中測量速度高達(dá)330次/秒，可 偵測到的最小電容變化量可達(dá)± 〇. 〇 1 pF。
[0085] 最后應(yīng)說明的是：以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明， 盡管參照前述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可 以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。 凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保 護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種微小電容測量方法，其特征在于，所述測量方法包括： 步驟S1，生成參考基波信號V(Sin)、參考基波的反向信號V(-Sin)、參考基波的移相信 號V(-Cos); 步驟S2,參考基波信號V(Sin)在經(jīng)過W待測電容Cx為移相電容的-90°移相電路處理之 后輸出移相之后的信號VO(-Cos)，經(jīng)過波形反向電路調(diào)理之后生成反向信號VO(Cos); 步驟S3，生成參考信號SW1、SW2及反向信號-SW1和-SW2; 步驟S4,信號V(Sin)、信號V(-Sin)、參考信號SW1和參考信號-SW1經(jīng)過運(yùn)算處理后輸出 交流信號V0;信號VO(-Cos)、信號VO(Cos)、參考信號SW2和參考信號-SW2經(jīng)過運(yùn)算處理后輸 出交流信號VI; 步驟S5,分別將交流信號V0和交流信號VI的交流分量濾除并輸出其直流分量ΑΙΝΟ和 ΑΙΝ1，對直流電壓ΑΙΝΟ和直流電壓ΑΙΝ1采樣并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號； 步驟S6,設(shè)置正弦波發(fā)生器DDS的輸出信號頻率f和獲取模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC所采集到的直 流電壓ΑΙΝΟ和AIN1，對獲取到的電壓值A(chǔ)IN0、AIN1和已知參數(shù)〇、雌加 W運(yùn)算得出待測電容 Cx的容隹，其中正弦波發(fā)生器的輸出信號頻率Rg為移相電路中 的增益電阻。2. 如權(quán)利要求1所述微小電容測量方法，其特征在于，步驟S1、S2中，V(Sin)為A· sin (ω t)，V(-Sin)為-A · sin(wt)，V(-Cos)為-A · cos( ω t)，V0(-Cos)為-A · ω · Cx · Rg · cos(wt)，V0(Cos)為A· ω ?Cx.Rg.cosl^wt)，其中A為此正弦波信號的電壓幅度，ω為此正 弦波信號的角速度。3. 如權(quán)利要求1所述微小電容測量方法，其特征在于，步驟S3具體為:使用一高速電壓 比較器將信號W-Cos)和口限電壓VSET比較之后生成參考信號SW2,使用一高速電壓比較器 將信號V(Sin)和口限電壓VSET比較之后生成參考信號SW1，使用基于邏輯非口的數(shù)字信號 反向器分別將參考信號SW1和參考信號SW2轉(zhuǎn)換為反向信號-SW1和-SW2。4. 如權(quán)利要求1所述微小電容測量方法，其特征在于，步驟S4中，信號V(Sin)、信號V(- Sin)、參考信號SW1和參考信號-SW1經(jīng)過運(yùn)算處理后輸出交流信號VO的具體過程為：信號V (Sin)和參考信號SW1相乘得出信號F0;信號V(-Sin)和參考信號-SW1相乘得出信號F1;F0和 F1經(jīng)過加法電路處理之后輸出信號V0 = F0+F1。5. 如權(quán)利要求1所述微小電容測量方法，其特征在于，步驟S5中，使用LPF有源低通濾波 器分別將交流信號V0和交流信號VI的交流分量濾除并輸出其直流分量ΑΙΝΟ和AIN1。6. 如權(quán)利要求1所述微小電容測量方法，其特征在于，步驟S6中，所述設(shè)置正弦波發(fā)生 器DDS的輸出信號頻率f和獲取模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC所采集到的直流電壓ΑΙΝΟ和ΑΙΝ1具體為:MCU 通過SPI總線通訊的方式設(shè)置正弦波發(fā)生器DDS的輸出信號頻率f和獲取模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC所 采集到的直流電壓ΑΙΝΟ和AIN1。7. -種微小電容測量裝置，其特征在于，所述測量裝置包括： 待測電容移相電路，用于將參考基波信號V(Sin)在經(jīng)過W待測電容Cx為移相電容的- 90°移相電路處理之后輸出移相之后的信號VO(-Cos)，經(jīng)過波形反向電路調(diào)理之后生成反 向信號VO(Cos); 信號運(yùn)算處理單元，用于通過對參考基波信號V(Sin)經(jīng)過一系列運(yùn)算處理后，獲得參 數(shù)電壓值A(chǔ)IN0、AIN1; 處理器，用于設(shè)置正弦波發(fā)生器DDS的輸出信號頻率f和獲取參數(shù)電壓值ΑΙΝΟ和AINl， 然后通過對獲取到的電壓值A(chǔ)IMKAIN1和已知參數(shù)ω、I?g加 W運(yùn)算最終得出待測電容Cx的 容值，其中正弦波發(fā)生器的輸出信號頻率/ = ^，Rg為移相電路中的增 益電阻。8. 如權(quán)利要求7所述微小電容測量裝置，其特征在于，所述信號運(yùn)算處理單元具體包括 信號生成單元、運(yùn)算處理子單元;其中， 信號生成單元，用于生成參考基波信號V(Sin)、參考基波的反向信號V(-Sin)、參考基 波的移相信號V(-Cos)、信號VO(-Cos)、反向信號VO(Cos);及生成參考信號SW1、SW2及反向 信號-SW1和-SW2; 運(yùn)算處理子單元，用于 對信號V(Sin)、信號V(-Sin)、參考信號SW1和參考信號-SW運(yùn)算處理后輸出交流信號 V0,其中信號V0的電壓幅度A0=A; 對信號VO(-Cos)、信號VO(Cos)、參考信號SW2和參考信號-SW2經(jīng)過運(yùn)算處理后輸出交 流信號VI，其中信號VI的電壓幅度A1為A· ω ?Cx-Rg; 將交流信號VO和交流信號VI的交流分量濾除并輸出其直流分量ΑΙΝΟ和AINl，對直流電 壓ΑΙΝΟ和直流電壓AIN1采樣并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。9. 如權(quán)利要求8所述微小電容測量裝置，其特征在于，所述信號生成單元生成的V(Sin) 為A · sin(wt)，V(-Sin)為-A · sin(wt)，V(-Cos)為-A · cos( ω t)，V0(-Cos)為-A · ω · Cx · Rg · cos(wt)，V0(Cos)為A · ω · Cx · Rg · cos(wt)。10. 如權(quán)利要求8所述微小電容測量裝置，其特征在于，所述信號生成單元，還包括高速 電壓比較器，用于將信號V(-Cos)和口限電壓VSET比較之后生成參考信號SW2,及用于將信 號八5山)和口限電壓VSET比較之后生成參考信號SW1。
【文檔編號】G01R27/26GK105974203SQ201610473844
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月24日
【發(fā)明人】夏少俊
【申請人】武漢精測電子技術(shù)股份有限公司