基于充放电原理的小电容测量电路的设计

陈莉

（陕西国防工业职业技术学院陕西西安710302）

随着现代半导体行业的迅速发展，电容的制作工艺以及性能指标越来越精密。目前检测精度在微位移领域已达到纳米级，电容电量的变化一方面是由微小位移量的变化产生的。因此，由纳米级位移变化已经引起了电容的变化在fF量级[1]，寄生电容干扰在pF。故寄生电容对电容测量的影响是一个急需解决的问题。目前，电容测量技术均在大的噪声信号干扰下。当干扰信号存在时，显然测量得到的电容值会严重受到影响。

目前电容的测量不仅面临着信号的各种干扰问题，由于精密检测电容的微小变化过程是一个瞬态变化过程，这就要求测量电路具有较高的采样率。目前，对微小电容测量电路的采样率要求在100 kHz左右[2]。因此，需要具有更高采样率的测量电容电路。传统的微弱电容测量电路能够达到的采样率在50 kHz，且采样率越高带来的噪声就越大[3]，不利于目前微弱电容的测量。通过对上述弊端的认知，本文着手设计了充放电原理的小电容测量电路。

1 PS021微小电容测量电路

目前电容测量电路的最高采样率可达50 kHz，其以基于PS021[4]的小电容测量电路为代表，如图1所示。其中内部虚线框出的模块，电容检测芯片PS021、传感器电容、标准电容3个模块是信号调理电路的实现模块[5]。其的工作原理为传感器电容经过测量得到电容信号，电容信号和基准电容值相比，得到换算之后的放电时间比，并转换为24位的数字信号[6]。……