JPH0638088B2 - 容量測定用回路 - Google Patents
容量測定用回路Info
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- JPH0638088B2 JPH0638088B2 JP17223285A JP17223285A JPH0638088B2 JP H0638088 B2 JPH0638088 B2 JP H0638088B2 JP 17223285 A JP17223285 A JP 17223285A JP 17223285 A JP17223285 A JP 17223285A JP H0638088 B2 JPH0638088 B2 JP H0638088B2
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
- G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
- G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
- G01R27/2605—Measuring capacitance
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- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、キャパシタの容量値を測定するための回路に
関する。
関する。
容量測定には、例えば電子通信ハンドブック（電子通信
学会編、オーム社１９７９年）１１７〜１２０頁に示さ
れているように、変成器ブリッヂやシェリング・ブリッ
ヂ等の交流ブリッヂ法、被測定キャパシタの電圧・電流
を検出して容量値を算出する四端子ブリッヂ法や、金井
寛，斉藤正男著「電気磁気測定の基礎」第２版（昭和５
９年１１月９日，昭晃堂）ｐｐ９４−９５に示されてい
るように演算増幅器を用いた電子回路で、被測定キャパ
シタに蓄積した電荷を電圧に変換して容量値を算出する
方法等が従来一般に用いられている。
学会編、オーム社１９７９年）１１７〜１２０頁に示さ
れているように、変成器ブリッヂやシェリング・ブリッ
ヂ等の交流ブリッヂ法、被測定キャパシタの電圧・電流
を検出して容量値を算出する四端子ブリッヂ法や、金井
寛，斉藤正男著「電気磁気測定の基礎」第２版（昭和５
９年１１月９日，昭晃堂）ｐｐ９４−９５に示されてい
るように演算増幅器を用いた電子回路で、被測定キャパ
シタに蓄積した電荷を電圧に変換して容量値を算出する
方法等が従来一般に用いられている。
交流ブリッヂ法によれば、広範囲の容量値が精度１ppm
で測定でき、又、四端子法では高精度自動測定が可能で
ある。しかし、これらの測定方法には高安定正弦波発振
器、低雑音増幅器、検波器等が必要なため、装置が複雑
で高価となる。発振器方法はより簡便であるが、周波数
選択回路として一般にはインダクタンスを用いるので、
ブリッヂ方法と同様に、測定回路を集積化することが困
難である。
で測定でき、又、四端子法では高精度自動測定が可能で
ある。しかし、これらの測定方法には高安定正弦波発振
器、低雑音増幅器、検波器等が必要なため、装置が複雑
で高価となる。発振器方法はより簡便であるが、周波数
選択回路として一般にはインダクタンスを用いるので、
ブリッヂ方法と同様に、測定回路を集積化することが困
難である。
また従来の電子回路を用いた方法では、回路の集積化は
可能であるが、測定値が被測定キャパシタ周辺の寄生容
量の影響や、演算増幅器の入力オフセット電圧の影響を
受ける、などの問題点があり、精度良く測定できなかっ
た。
可能であるが、測定値が被測定キャパシタ周辺の寄生容
量の影響や、演算増幅器の入力オフセット電圧の影響を
受ける、などの問題点があり、精度良く測定できなかっ
た。
本発明はこのような点にかんがみて創案されたもので、
測定回路が集積化できる、簡便であり、かつ測定精度の
高い容量測定用回路を提供することを目的としている。
測定回路が集積化できる、簡便であり、かつ測定精度の
高い容量測定用回路を提供することを目的としている。
上記諸目的は、特許請求の範囲の第１項、第２項に記述
される回路構成によって達成される。
される回路構成によって達成される。
本発明の回路によれば、被測定キャパシタ周辺の寄生容
量の影響や演算増幅器の入力オフセット電圧などの影響
を受けず、精度良く容量値を求めることができる。
量の影響や演算増幅器の入力オフセット電圧などの影響
を受けず、精度良く容量値を求めることができる。
本発明の容量測定用回路の作用を第１図を用いて説明す
る。
る。
第１図からわかるように、この回路は演算増幅器、スイ
ッチ、キャパシタ、電圧源からなっている。これらはい
ずれも集積回路化は容易である。
ッチ、キャパシタ、電圧源からなっている。これらはい
ずれも集積回路化は容易である。
動作は、次の手順に従う。
手順１：先ず、スイッチ６、９、５３、５４を閉じる。
被測定キャパシタ１は電圧Ｅr に充電され、基準容量２
は放電され、積分用キャパシタ５２は放電される。
被測定キャパシタ１は電圧Ｅr に充電され、基準容量２
は放電され、積分用キャパシタ５２は放電される。
手順２：この後、スイッチ６、９、５３、５４を開き、
スイッチ７、８、５５を閉じると、被測定キャパシタ１
が放電され、また基準容量２が電圧Ｅｓに充電される。
被測定キャパシタ１から放電される電荷および基準容量
２に充電される電荷は、互いに逆方向から積分用キャパ
シタ５２に流れ込み、積分用キャパシタ５２の演算増幅
器５１の−入力端子に接続されている側には、被測定キ
ャパシタ１から放電される電荷と基準容量２に充電され
る電荷の差ΔＱ＝ＣｓＥｓ−ＣｘＥr の電荷が蓄積さ
れ、この時の演算増幅器５１の出力電圧Ｖ０はＶ０＝−
ΔＱ／ＣＦ＝（ＣｘＥｒ−ＣｓＥｓ）／ＣＦ……（Ａ）
となる。ここで、ＣＦは積分用キャパシタ５２の容量値
で既知である。第（Ａ）式の出力は直流電圧であるから
被測定キャパシタ１から放電される電荷と基準容量２に
充電される電荷の差ΔＱがＶ０よりΔＱ＝−ＣＦＶ０で
求められる。基準容量Ｃｓ、電圧ＥｒとＥｓは既知であ
るから、未知容量ＣｘがＣｘ＝（ＣｓＥｓ−ΔＱ）／Ｅ
ｒで求められる。
スイッチ７、８、５５を閉じると、被測定キャパシタ１
が放電され、また基準容量２が電圧Ｅｓに充電される。
被測定キャパシタ１から放電される電荷および基準容量
２に充電される電荷は、互いに逆方向から積分用キャパ
シタ５２に流れ込み、積分用キャパシタ５２の演算増幅
器５１の−入力端子に接続されている側には、被測定キ
ャパシタ１から放電される電荷と基準容量２に充電され
る電荷の差ΔＱ＝ＣｓＥｓ−ＣｘＥr の電荷が蓄積さ
れ、この時の演算増幅器５１の出力電圧Ｖ０はＶ０＝−
ΔＱ／ＣＦ＝（ＣｘＥｒ−ＣｓＥｓ）／ＣＦ……（Ａ）
となる。ここで、ＣＦは積分用キャパシタ５２の容量値
で既知である。第（Ａ）式の出力は直流電圧であるから
被測定キャパシタ１から放電される電荷と基準容量２に
充電される電荷の差ΔＱがＶ０よりΔＱ＝−ＣＦＶ０で
求められる。基準容量Ｃｓ、電圧ＥｒとＥｓは既知であ
るから、未知容量ＣｘがＣｘ＝（ＣｓＥｓ−ΔＱ）／Ｅ
ｒで求められる。
なお、既知基準容量２をあらかじめ充電、未知容量１を
あらかじめ放電しておき、その後、基準容量２を放電、
未知容量１を充電し、この時、基準容量２から放電され
る電荷と未知容量１に充電される電荷の差を検出するこ
とによっても上記未知容量Ｃｘの測定が行えることは、
第１図の回路で未知容量１と基準容量２は置換可能であ
ることから、明らかである。
あらかじめ放電しておき、その後、基準容量２を放電、
未知容量１を充電し、この時、基準容量２から放電され
る電荷と未知容量１に充電される電荷の差を検出するこ
とによっても上記未知容量Ｃｘの測定が行えることは、
第１図の回路で未知容量１と基準容量２は置換可能であ
ることから、明らかである。
また、２つの電圧源３、４は、電圧値が同じでもよいの
で、１つの電圧源で共用してもよい。
で、１つの電圧源で共用してもよい。
以下に本発明の特長である被測定キャパシタが従来法と
異なり精度良く測定し得ることを説明する。
異なり精度良く測定し得ることを説明する。
(1)本発明は第１図、被測定キャパシタ１や基準キャパ
シタ２周辺の浮遊容量の影響を受けないことの説明。
シタ２周辺の浮遊容量の影響を受けないことの説明。
第４図(a)おいて、 もし、図示のよに寄生容量Ｃstr1，Ｃstr2，Ｃstr3，Ｃ
str4があったとする。これらが測定値にどう影響する
か、考えてみる。
str4があったとする。これらが測定値にどう影響する
か、考えてみる。
演算増幅器５１の−入力端子の電位は一定で、一連の手
順の間に変化しないので、Ｃstr2，Ｃstr4に蓄積されて
いる電荷は変化しない。従ってＣstr2，Ｃstr4の影響は
ない。手順１で、スイッチ９を閉じた時にＣstr3の電荷
はスイッチ９を通して放電されてしまう。また、手順２
でスイッチ９を開き、スイッチ８を閉じた時にＣstr3に
も電荷が蓄積されるが、この電荷は演算増幅器５１の−
入力端子へは流れ込まないので、Ｃstr3の影響もない。
手順１でスイッチ６を閉じた時にＣstr1にも電荷が蓄積
されるが、この電荷は手順２でスイッチ７を閉じた時に
スイッチ７を通して放電されてしまうので、Ｃstr1の影
響もない。
順の間に変化しないので、Ｃstr2，Ｃstr4に蓄積されて
いる電荷は変化しない。従ってＣstr2，Ｃstr4の影響は
ない。手順１で、スイッチ９を閉じた時にＣstr3の電荷
はスイッチ９を通して放電されてしまう。また、手順２
でスイッチ９を開き、スイッチ８を閉じた時にＣstr3に
も電荷が蓄積されるが、この電荷は演算増幅器５１の−
入力端子へは流れ込まないので、Ｃstr3の影響もない。
手順１でスイッチ６を閉じた時にＣstr1にも電荷が蓄積
されるが、この電荷は手順２でスイッチ７を閉じた時に
スイッチ７を通して放電されてしまうので、Ｃstr1の影
響もない。
以上よりこの回路では図のように被測定キャパシタ付近
に寄与容量があってもその影響を受けない。
に寄与容量があってもその影響を受けない。
(2)本発明は第１図演算増幅器５１のオフセット電圧の
影響を受けないことの説明。
影響を受けないことの説明。
第４図(b)において、 仮り、演算増幅器５１に入力オフセット電圧Ｖ0sが存在
した場合、一連の手順の間、演算増幅器５１の−入力端
子の電位はＶ0sで一定値となる。測定値にこの入力オフ
セット電圧がどう影響するか考察する。
した場合、一連の手順の間、演算増幅器５１の−入力端
子の電位はＶ0sで一定値となる。測定値にこの入力オフ
セット電圧がどう影響するか考察する。
ａ．まず、Ｃｘに着目する。
まず、手順１では、スイッチ６，５３が閉じられていて
Ｃｘは充電される。Ｃｘのスイッチ７側にはＣｘ（Ｅｒ
−Ｖ0s）の電荷が蓄積される。
Ｃｘは充電される。Ｃｘのスイッチ７側にはＣｘ（Ｅｒ
−Ｖ0s）の電荷が蓄積される。
手順２ではスイッチ７が閉じられ、Ｃｘは放電される。
放電された後Ｃｘのスイッチ７側には−Ｃｘ・Ｖ0sの電
荷が蓄積されることになる。従って、放電される電荷は
Ｃｘ（Ｅｒ−Ｖ0s）−（−Ｃｘ・Ｖ0s）＝ＣｘＥｒとな
り、放電電荷は、演算増幅器５１の入力オフセット電圧
の影響を受けない。同様に、Ｃｓの充電電荷も演算増幅
器の影響を受けない。
放電された後Ｃｘのスイッチ７側には−Ｃｘ・Ｖ0sの電
荷が蓄積されることになる。従って、放電される電荷は
Ｃｘ（Ｅｒ−Ｖ0s）−（−Ｃｘ・Ｖ0s）＝ＣｘＥｒとな
り、放電電荷は、演算増幅器５１の入力オフセット電圧
の影響を受けない。同様に、Ｃｓの充電電荷も演算増幅
器の影響を受けない。
ｂ．次に、出力電圧とＣＦに着目する。
手順１ではスイッチ５３，５４が閉じられていて、ＣＦ
は放電される。この時ＣＦのスイッチ５４側には−ＣＦ
・Ｖ0sの電荷が蓄積されている。手順２では、スイッチ
５５が閉じられ、ΔＱがＣＦに流れ込む。前から蓄積さ
れていた電荷とあわせて、ＣＦのスイッチ５４側には−
ＣＦ・Ｖ0s−ΔＱの電荷が蓄積される。この時の出力電
圧Ｖ０は、Ｖ０＝Ｖ0s＋（−ＣＦ・Ｖ0s−ΔＱ）／ＣＦ
＝−ΔＱ／ＣＦ＝（ＣｘＥｒ−ＣｓＥｓ）／ＣＦとな
り、演算増幅器５１の入力オフセット電圧の影響を受け
ない。
は放電される。この時ＣＦのスイッチ５４側には−ＣＦ
・Ｖ0sの電荷が蓄積されている。手順２では、スイッチ
５５が閉じられ、ΔＱがＣＦに流れ込む。前から蓄積さ
れていた電荷とあわせて、ＣＦのスイッチ５４側には−
ＣＦ・Ｖ0s−ΔＱの電荷が蓄積される。この時の出力電
圧Ｖ０は、Ｖ０＝Ｖ0s＋（−ＣＦ・Ｖ0s−ΔＱ）／ＣＦ
＝−ΔＱ／ＣＦ＝（ＣｘＥｒ−ＣｓＥｓ）／ＣＦとな
り、演算増幅器５１の入力オフセット電圧の影響を受け
ない。
以上のことにより、第１図の回路の動作は、演算増幅器
の入力オフセット電圧の影響を受けない。
の入力オフセット電圧の影響を受けない。
(3)さらに、この回路を用いた測定では、Ｃｘの測定精
度は、Ｖ０の測定精度に左右される。一般に、Ｖ０の測
定精度は、有効数字桁数が一定の時、Ｖ０が０付近の時
に絶対精度が高く測定できる。従って、Ｃｘの値がＣｓ
Ｅｓ／Ｅｒの値の付近で精度高く測定できる。従って、
Ｃｘの値によってＥｓ，Ｅｒの値を調整してやることに
よって、Ｖ０を０付近になるようにすれば、Ｃｘの値を
精度良く測ることができる。もし、Ｅｓ＝Ｅｒであれ
ば、ＣｘはＣｓの値に近い方が精度良く測れることにな
る。
度は、Ｖ０の測定精度に左右される。一般に、Ｖ０の測
定精度は、有効数字桁数が一定の時、Ｖ０が０付近の時
に絶対精度が高く測定できる。従って、Ｃｘの値がＣｓ
Ｅｓ／Ｅｒの値の付近で精度高く測定できる。従って、
Ｃｘの値によってＥｓ，Ｅｒの値を調整してやることに
よって、Ｖ０を０付近になるようにすれば、Ｃｘの値を
精度良く測ることができる。もし、Ｅｓ＝Ｅｒであれ
ば、ＣｘはＣｓの値に近い方が精度良く測れることにな
る。
第２図は本発明の第１の実施例を示す回路図である。第
１図の２つの電圧源３と４は、第２図では１つの電圧源
３で共用されている。
１図の２つの電圧源３と４は、第２図では１つの電圧源
３で共用されている。
第２図からわかるように、この回路は演算増幅器、スイ
ッチ、キャパシタ、電圧源からなっている。これらはい
ずれも集積回路化は容易である。
ッチ、キャパシタ、電圧源からなっている。これらはい
ずれも集積回路化は容易である。
第２図では、次の手順で測定を行う。
手順１：先ず、スイッチ２６、２９、２５３、２５４を
閉じる。演算増幅器２５１の−入力端子は＋入力端子と
同じ０電位であるから、被測定キャパシタ１は電圧Ｅr
に充電され、基準容量２は放電され、積分用キャパシタ
２５２は放電される。この時の演算増幅器２５１の出力
電圧は０である。被測定キャパシタ１に充電される電荷
および基準容量２から放電される電荷は、スイッチ２５
３を通して流れるため（演算増幅器２５１が出力端子か
ら必要な電荷を供給する）、積分用キャパシタ２５２を
バイパスする。
閉じる。演算増幅器２５１の−入力端子は＋入力端子と
同じ０電位であるから、被測定キャパシタ１は電圧Ｅr
に充電され、基準容量２は放電され、積分用キャパシタ
２５２は放電される。この時の演算増幅器２５１の出力
電圧は０である。被測定キャパシタ１に充電される電荷
および基準容量２から放電される電荷は、スイッチ２５
３を通して流れるため（演算増幅器２５１が出力端子か
ら必要な電荷を供給する）、積分用キャパシタ２５２を
バイパスする。
手順２：この後、スイッチ２６、２９、２５３、２５４
を開き、スイッチ２７、２８、２５５を閉じると、被測
定キャパシタ１が放電され、また基準容量２が電圧Ｅr
に充電される。被測定キャパシタ１から放電される電荷
の放電経路は２７、２５１の出力端子、２５５、２５２
であり、基準容量２に充電される電荷の充電経路は２
８、２、２５２、２５５、２５１の出力端子であるか
ら、被測定キャパシタ１から放電される電荷および基準
容量２に充電される電荷は互いに逆方向から積分用キャ
パシタ２５２に流れ込み、積分用キャパシタ２５２の演
算増幅器２５１の−入力端子に接続されている側には、
被測定キャパシタ１から放電される電荷と基準容量２に
充電される電荷の差ΔＱ＝ＣsＥr −ＣxＥr の電荷が蓄
積される。従って、電荷検出回路５の出力電圧Ｖ０は、 Ｖ0＝−ΔＱ/ＣF＝（Ｃx−Ｃs）Ｅr/ＣＦ……(1) となる。ここで、ＣＦは積分用キャパシタ２５２の容量
値であり、自ら設計するものであるから自然既知であ
る。第(1)式の出力は直流電圧であるので、電圧計でこ
の値を読めば被測定キャパシタ１から放電される電荷と
基準容量２に充電される電荷の差ΔＱが第(1)式よりΔ
Ｑ＝−ＣＦＶ０で求められ、従って、未知容量ＣｘがＣ
ｘ＝（Ｃs Ｅr −ΔＱ）／Ｅr で求められる。また、Ｖ
０の値より、直接Ｃｘの値をＣx＝Ｃs ＋ＣＦＶ０/Ｆr
で求めることもできる。
を開き、スイッチ２７、２８、２５５を閉じると、被測
定キャパシタ１が放電され、また基準容量２が電圧Ｅr
に充電される。被測定キャパシタ１から放電される電荷
の放電経路は２７、２５１の出力端子、２５５、２５２
であり、基準容量２に充電される電荷の充電経路は２
８、２、２５２、２５５、２５１の出力端子であるか
ら、被測定キャパシタ１から放電される電荷および基準
容量２に充電される電荷は互いに逆方向から積分用キャ
パシタ２５２に流れ込み、積分用キャパシタ２５２の演
算増幅器２５１の−入力端子に接続されている側には、
被測定キャパシタ１から放電される電荷と基準容量２に
充電される電荷の差ΔＱ＝ＣsＥr −ＣxＥr の電荷が蓄
積される。従って、電荷検出回路５の出力電圧Ｖ０は、 Ｖ0＝−ΔＱ/ＣF＝（Ｃx−Ｃs）Ｅr/ＣＦ……(1) となる。ここで、ＣＦは積分用キャパシタ２５２の容量
値であり、自ら設計するものであるから自然既知であ
る。第(1)式の出力は直流電圧であるので、電圧計でこ
の値を読めば被測定キャパシタ１から放電される電荷と
基準容量２に充電される電荷の差ΔＱが第(1)式よりΔ
Ｑ＝−ＣＦＶ０で求められ、従って、未知容量ＣｘがＣ
ｘ＝（Ｃs Ｅr −ΔＱ）／Ｅr で求められる。また、Ｖ
０の値より、直接Ｃｘの値をＣx＝Ｃs ＋ＣＦＶ０/Ｆr
で求めることもできる。
又、２回日以降はスイッチ２５４を開いたままで（つま
り閉じることなく）、上記作用（手順１および手順２）
をｎ回目まで繰り返すと、積分用キャパシタ２５２の演
算増幅器２５１の−入力端子に接続されている側に蓄積
されたΔＱの電荷は放電されずにそのまま残り、さら
に、１回ごとに新たにΔＱの電荷が加わっていくので、
積分用キャパシタ２５２の演算増幅器２５１の−入力端
子に接続されている側にはｎ・ΔＱの電荷が蓄積され
る。従って、演算増幅器２５１の出力としては第(1)式
のｎ倍の電圧出力が得られるので、第２図の回路は電荷
検出と同時に増幅作用も行う。
り閉じることなく）、上記作用（手順１および手順２）
をｎ回目まで繰り返すと、積分用キャパシタ２５２の演
算増幅器２５１の−入力端子に接続されている側に蓄積
されたΔＱの電荷は放電されずにそのまま残り、さら
に、１回ごとに新たにΔＱの電荷が加わっていくので、
積分用キャパシタ２５２の演算増幅器２５１の−入力端
子に接続されている側にはｎ・ΔＱの電荷が蓄積され
る。従って、演算増幅器２５１の出力としては第(1)式
のｎ倍の電圧出力が得られるので、第２図の回路は電荷
検出と同時に増幅作用も行う。
第３図は本発明の第２の実施例を示す回路図であって、
第２図の回路に電圧ホールド用キャパシタ３５８と電圧
をサンプルするためのスイッチ３５６と３５７が追加さ
れたサンプル・ホールド型検出器となっている。
第２図の回路に電圧ホールド用キャパシタ３５８と電圧
をサンプルするためのスイッチ３５６と３５７が追加さ
れたサンプル・ホールド型検出器となっている。
この回路も第２図の回路と同様に、演算増幅器、スイッ
チ、キャパシタ、電圧源からなっており、容易に集積回
路化が実現できる。
チ、キャパシタ、電圧源からなっており、容易に集積回
路化が実現できる。
次に、本実施例の回路の動作を説明する。
手順１：先ず、スイッチ３６、３９、３５３、３５４、
３５６を閉じて回路を初期化する。被測定キャパシタ１
は電圧Ｅｒに充電され、既知基準容量２は放電され、積
分用キャパシタ３５２、ホールド用キャパシタ３５８は
放電される。この時の演算増幅器３５１の出力電圧は０
である。被測定キャパシタ１に充電される電荷および基
準容量２から放電される電荷は、スイッチ３５３を通し
て流れるため、積分用キャパシタ３５２およびホールド
用キャパシタ３５８をバイパスする。
３５６を閉じて回路を初期化する。被測定キャパシタ１
は電圧Ｅｒに充電され、既知基準容量２は放電され、積
分用キャパシタ３５２、ホールド用キャパシタ３５８は
放電される。この時の演算増幅器３５１の出力電圧は０
である。被測定キャパシタ１に充電される電荷および基
準容量２から放電される電荷は、スイッチ３５３を通し
て流れるため、積分用キャパシタ３５２およびホールド
用キャパシタ３５８をバイパスする。
手順２：次に、スイッチ３６、３９、３５３、３５４、
３５６を開いて、スイッチ３７、３８、３５５を閉じ
る。被測定キャパシタ１が放電され、また基準容量２が
電圧Ｅｓに充電される。第２図の回路と同様に、被測定
キャパシタ１から放電される電荷および基準容量２に充
電される電荷は、互いに逆方向から積分用キャパシタ３
５２に流れ込み、積分用キャパシタ３５２の演算増幅器
３５１の−入力端子に接続されている側には、被測定キ
ャパシタ１から放電される電荷と基準容量２に充電され
る電荷の差ΔＱ＝ＣsＥs−ＣxＥr の電荷が蓄積され
る。従って、演算増幅器３５１の出力電圧Ｖ０は、 Ｖ０＝−ΔＱ/ＣF＝(ＣxＥr−ＣsＥs)/ＣＦ……(2) となる。第２図の回路と全く同様に、被測定キャパシタ
１から放電される電荷と基準容量２に充電される電荷の
差ΔＱがΔＱ＝−ＣＦＶ０で求められ、従って、未知容
量ＣｘがＣｘ＝（ＣsＥs−ΔＱ）/Ｅr で求められる。
た、Ｖ０の値より、直接Ｃｘの値をＣｘ＝（ＣsＥs ＋
ＣＦＶ０）／Ｅr で求めることもできる。
３５６を開いて、スイッチ３７、３８、３５５を閉じ
る。被測定キャパシタ１が放電され、また基準容量２が
電圧Ｅｓに充電される。第２図の回路と同様に、被測定
キャパシタ１から放電される電荷および基準容量２に充
電される電荷は、互いに逆方向から積分用キャパシタ３
５２に流れ込み、積分用キャパシタ３５２の演算増幅器
３５１の−入力端子に接続されている側には、被測定キ
ャパシタ１から放電される電荷と基準容量２に充電され
る電荷の差ΔＱ＝ＣsＥs−ＣxＥr の電荷が蓄積され
る。従って、演算増幅器３５１の出力電圧Ｖ０は、 Ｖ０＝−ΔＱ/ＣF＝(ＣxＥr−ＣsＥs)/ＣＦ……(2) となる。第２図の回路と全く同様に、被測定キャパシタ
１から放電される電荷と基準容量２に充電される電荷の
差ΔＱがΔＱ＝−ＣＦＶ０で求められ、従って、未知容
量ＣｘがＣｘ＝（ＣsＥs−ΔＱ）/Ｅr で求められる。
た、Ｖ０の値より、直接Ｃｘの値をＣｘ＝（ＣsＥs ＋
ＣＦＶ０）／Ｅr で求めることもできる。
ここまでの動作は、第２図の回路の動作と同様である
が、この回路の特徴はこの後の動作にある。
が、この回路の特徴はこの後の動作にある。
手順３：スイッチ３５７を閉じる。ホールド用キャパシ
タ３５８が電圧Ｖ０に充電され、ホールド用キャパシタ
３５８の演算増幅器３５１の出力端子に接続されている
側には、−ΔＱＣＨ／ＣＦの電荷が蓄積される。ここ
で、ＣＨはホールドキャパシタ３５８の容量値である。
この時、被測定キャパシタ１、基準容量２、積分用キャ
パシタ３５２の３つのキャパシタとも蓄積されている電
荷は変化しない。また、演算増幅器３５１の出力電圧Ｖ
０も変化せず、手順２での値と同じである。
タ３５８が電圧Ｖ０に充電され、ホールド用キャパシタ
３５８の演算増幅器３５１の出力端子に接続されている
側には、−ΔＱＣＨ／ＣＦの電荷が蓄積される。ここ
で、ＣＨはホールドキャパシタ３５８の容量値である。
この時、被測定キャパシタ１、基準容量２、積分用キャ
パシタ３５２の３つのキャパシタとも蓄積されている電
荷は変化しない。また、演算増幅器３５１の出力電圧Ｖ
０も変化せず、手順２での値と同じである。
手順４：次に、スイッチ３７、３８、３５５、３５７を
開いて、スイッチ３６、３９、３５４、３５６を閉じ
る。被測定キャパシタ１は電圧Ｅｒに充電され、基準容
量２は放電され、蓄積用キャパシタ３５２は放電され
る。被測定キャパシタ１に充電される電荷および基準容
量２から放電される電荷、積分用キャパシタ３５２から
放電される電荷はすべてホールド用キャパシタ３５８に
新たに流れ込む。前から、ホールド用キャパシタ３５８
に蓄積されていた電荷とあわせて、ホールド用キャパシ
タ３５８の演算増幅器３５１の出力端子に接続されてい
る側に蓄積されている電荷ＱＨは、 ＱＨ＝−ΔＱＣＨ/ＣF−ΔＱ−ＣxＥr＋ＣsＥs ＝−ΔＱＣＨ/ＣＦ ……(3) となる。この時、演算増幅器３５１の出力電圧は、ＱＨ
/ ＣＨ＝−ΔＱ/ＣＦ＝Ｖ０であり、手順２および手順
３の時の値と同じである。
開いて、スイッチ３６、３９、３５４、３５６を閉じ
る。被測定キャパシタ１は電圧Ｅｒに充電され、基準容
量２は放電され、蓄積用キャパシタ３５２は放電され
る。被測定キャパシタ１に充電される電荷および基準容
量２から放電される電荷、積分用キャパシタ３５２から
放電される電荷はすべてホールド用キャパシタ３５８に
新たに流れ込む。前から、ホールド用キャパシタ３５８
に蓄積されていた電荷とあわせて、ホールド用キャパシ
タ３５８の演算増幅器３５１の出力端子に接続されてい
る側に蓄積されている電荷ＱＨは、 ＱＨ＝−ΔＱＣＨ/ＣF−ΔＱ−ＣxＥr＋ＣsＥs ＝−ΔＱＣＨ/ＣＦ ……(3) となる。この時、演算増幅器３５１の出力電圧は、ＱＨ
/ ＣＨ＝−ΔＱ/ＣＦ＝Ｖ０であり、手順２および手順
３の時の値と同じである。
第３図の回路は、この手順４で、回路の初期化と同じく
被測定キャパシタ１は電圧Ｅｒに充電、基準容量２は放
電されている状態で、演算増幅器３５１の出力電圧Ｖ０
に保持することができるのが特徴の一つである。
被測定キャパシタ１は電圧Ｅｒに充電、基準容量２は放
電されている状態で、演算増幅器３５１の出力電圧Ｖ０
に保持することができるのが特徴の一つである。
手順５：次に、スイッチ３６、３９、３５４、３５６を
開いて、スイッチ３７、３８、３５５を閉じる。ホール
ド用キャパシタ３５８に蓄積されている電荷は保持され
るが、これはこの手順５や以後の手順に何ら影響しな
い。回路のその他の動作は、手順２の時と全く同様にな
り、被測定キャパシタ１が放電され、また基準容量２が
電圧Ｅｓに充電される。積分用キャパシタ３５２の演算
増幅器３５１の−入力端子に接続されている側には、被
測定キャパシタ１から放電される電荷と基準容量２に充
電される電荷の差ΔＱ＝ＣsＥs−ＣX Ｅr の電荷が蓄積
され、演算増幅器３５１の出力電圧Ｖ０は、Ｖ０＝−Δ
Ｑ/ＣＦ＝（ＣxＥr−ＣsＥs）/ＣＦとなる。
開いて、スイッチ３７、３８、３５５を閉じる。ホール
ド用キャパシタ３５８に蓄積されている電荷は保持され
るが、これはこの手順５や以後の手順に何ら影響しな
い。回路のその他の動作は、手順２の時と全く同様にな
り、被測定キャパシタ１が放電され、また基準容量２が
電圧Ｅｓに充電される。積分用キャパシタ３５２の演算
増幅器３５１の−入力端子に接続されている側には、被
測定キャパシタ１から放電される電荷と基準容量２に充
電される電荷の差ΔＱ＝ＣsＥs−ＣX Ｅr の電荷が蓄積
され、演算増幅器３５１の出力電圧Ｖ０は、Ｖ０＝−Δ
Ｑ/ＣＦ＝（ＣxＥr−ＣsＥs）/ＣＦとなる。
第３図の回路の大きな特徴は、上に述べた手順３から手
順５を繰り返して、つまり、被測定キャパシタ１および
基準容量２が充電・放電を繰り返している時にでも、演
算増幅器３５１が、Ｖ０＝−ΔＱ/ＣＦ＝（ＣxＥr −Ｃ
sＥs ）/ＣＦの出力電圧を保持し続けることができるこ
とである。
順５を繰り返して、つまり、被測定キャパシタ１および
基準容量２が充電・放電を繰り返している時にでも、演
算増幅器３５１が、Ｖ０＝−ΔＱ/ＣＦ＝（ＣxＥr −Ｃ
sＥs ）/ＣＦの出力電圧を保持し続けることができるこ
とである。
このことを利用して、次のようにして被測定キャパシタ
１の未知容量Ｃｘを測定することもできる。
１の未知容量Ｃｘを測定することもできる。
手順１、手順２の後、手順３から手順５を何度も繰り返
している間に、２つの電圧源のうちどちらか、例えば電
圧源４の電圧Ｅｓを変化させる。第(2)式から明らかな
ように、電圧源４の電圧Ｅｓを変化させると、それに従
って演算増幅器３５１の出力電圧Ｖ０は変わる。ここ
で、演算増幅器３５１の出力電圧Ｖ０が０になるよう
に、電圧源４の電圧Ｅｓを調節する。演算増幅器３５１
の出力電圧Ｖ０は被測定キャパシタ１から放電される電
荷と基準容量２に充電される電荷の差を示す電圧であり
（Ｖ０＝−ΔＱ／ＣＦ）、演算増幅器３５１の出力電圧
Ｖ０が０になるようにするということは、被測定キャパ
シタ１から放電される電荷と基準容量２に充電される電
荷の差が０になる、つまり、等しくなるようにするとい
うことである。この時、演算増幅器３５１は電圧Ｅｓの
値によって決まる出力電圧を保持し続けるため、演算増
幅器３５１の出力電圧Ｖ０が０になるように電圧源４の
弐電圧Ｅｓを調節することは、容易である。演算増幅器
３５１の出力電圧Ｖ０が０になれば、ΔＱ＝ＣsＥs −
ＣxＥr＝０であるから、 Ｃx＝Ｃs・Ｅs/Ｅr ……(4) により、未知容量Ｃｘが求められる。また、電圧源３の
電圧Ｅｒを変化させても、全く同様に未知容量Ｃｘを求
めることができる。第２図の回路では（もちろん、第３
図の回路のように２つの電圧源を用いる必要があるの
で、そうしたとするが）手順１、手順２を繰り返してい
る間に、演算増幅器２５１の出力電圧は一定ではなく、
手順１のときには０、手順２の時にはＶ０＝−ΔＱ/Ｃ
Ｆ＝（ＣxＥr−ＣsＥs）/ＣＦとなり、２つの異なる電
圧が交互に出力され、時間的に変動するため、電圧源の
電圧値を調整するのは容易ではない。
している間に、２つの電圧源のうちどちらか、例えば電
圧源４の電圧Ｅｓを変化させる。第(2)式から明らかな
ように、電圧源４の電圧Ｅｓを変化させると、それに従
って演算増幅器３５１の出力電圧Ｖ０は変わる。ここ
で、演算増幅器３５１の出力電圧Ｖ０が０になるよう
に、電圧源４の電圧Ｅｓを調節する。演算増幅器３５１
の出力電圧Ｖ０は被測定キャパシタ１から放電される電
荷と基準容量２に充電される電荷の差を示す電圧であり
（Ｖ０＝−ΔＱ／ＣＦ）、演算増幅器３５１の出力電圧
Ｖ０が０になるようにするということは、被測定キャパ
シタ１から放電される電荷と基準容量２に充電される電
荷の差が０になる、つまり、等しくなるようにするとい
うことである。この時、演算増幅器３５１は電圧Ｅｓの
値によって決まる出力電圧を保持し続けるため、演算増
幅器３５１の出力電圧Ｖ０が０になるように電圧源４の
弐電圧Ｅｓを調節することは、容易である。演算増幅器
３５１の出力電圧Ｖ０が０になれば、ΔＱ＝ＣsＥs −
ＣxＥr＝０であるから、 Ｃx＝Ｃs・Ｅs/Ｅr ……(4) により、未知容量Ｃｘが求められる。また、電圧源３の
電圧Ｅｒを変化させても、全く同様に未知容量Ｃｘを求
めることができる。第２図の回路では（もちろん、第３
図の回路のように２つの電圧源を用いる必要があるの
で、そうしたとするが）手順１、手順２を繰り返してい
る間に、演算増幅器２５１の出力電圧は一定ではなく、
手順１のときには０、手順２の時にはＶ０＝−ΔＱ/Ｃ
Ｆ＝（ＣxＥr−ＣsＥs）/ＣＦとなり、２つの異なる電
圧が交互に出力され、時間的に変動するため、電圧源の
電圧値を調整するのは容易ではない。
以上、実施例の回路では被測定キャパシタや基準キャパ
シタ周辺の浮遊容量や演算増幅器の入力オフセット電圧
の影響を受けない。また、Ｃｘの値によってＥｓ，Ｅ
ｒ，Ｃｓの値を適当に選びＶ０を０付近になる様にでき
るため、有効桁数が同じ時絶対精度が高く測定できる。
シタ周辺の浮遊容量や演算増幅器の入力オフセット電圧
の影響を受けない。また、Ｃｘの値によってＥｓ，Ｅ
ｒ，Ｃｓの値を適当に選びＶ０を０付近になる様にでき
るため、有効桁数が同じ時絶対精度が高く測定できる。
以上述べてきたように、本発明によれば、極めて簡単
で、かつ精度良く容量測定を行うことができる。又、本
測定回路は集積回路で実現できるので、容量型センサの
信号処理に極めて有用である。
で、かつ精度良く容量測定を行うことができる。又、本
測定回路は集積回路で実現できるので、容量型センサの
信号処理に極めて有用である。
第１図は本発明の容量測定用回路を示す回路図、第２図
と第３図は本発明の第１および第２の実施例を示す回路
図、第４図(a)(b)は第１図の回路の効果の説明図であ
る。 第１図〜第４図において、１は被測定キャパシタ、２は
基準キャパシタ、３と４は直流電圧源である。
と第３図は本発明の第１および第２の実施例を示す回路
図、第４図(a)(b)は第１図の回路の効果の説明図であ
る。 第１図〜第４図において、１は被測定キャパシタ、２は
基準キャパシタ、３と４は直流電圧源である。
Claims (2)
- 【請求項１】非反転入力端子（＋端子）が接地された演
算増幅器(51)と 一端が演算増幅器(51)の反転入力端子（−端子）に接続
された未知容量の被測定キャパシタ(1) と、 一端が演算増幅器(51)の反転入力端子（−端子）に接続
された既知容量の基準キャパシタ(2) と、 一端が接地された第一の電圧源(3) と、 一端が接地された第二の電圧源(4) と、 未知容量の被測定キャパシタ(1) の２つの端子のうち演
算増幅器(51)の反転入力端子（−端子）に接続されてい
ない端子と、第一の電圧源(3) の２つの端子のうち接地
されていない端子との間を開閉するスイッチ(6) と、 既知容量の基準キャパシタ(2) の２つの端子の演算増幅
器(51)の反転入力端子（−端子）に接続されていない端
子と、第二の電圧源(4) の２つの端子のうち接地されて
いない端子との間を開閉するスイッチ(8) と、 未知容量の被測定キャパシタ(1) の２つの端子のうち演
算増幅器(51)の反転入力端子（−端子）に接続されてい
ない端子と、接地電位との間を開閉するスイッチ(7)
と、 既知容量の基準キャパシタ(2) の２つの端子のうち演算
増幅器(51)の反転入力端子（−端子）に接続されていな
い端子と、接地電位との間を開閉するスイッチ(9) と、 一端が演算増幅器(51)の反転入力端子（−端子）に接続
された積分用キャパシタ(52)と、 積分用キャパシタ(52)の２つの端子のうち演算増幅器(5
1)の反転入力端子（−端子）に接続されていない端子
と、演算増幅器(51)の出力端子との間を開閉するスイッ
チ(55)と、 積分用キャパシタ(52)の２つの端子のうち演算増幅器(5
1)の反転入力端子（−端子）に接続されていない端子
と、接地電位との間を開閉するスイッチ(54)と、 演算増幅器(51)の反転入力端子（−端子）と、演算増幅
器(51)の出力端子との間を開閉するスイッチ(53)とを具
備することを特徴とする容量測定用回路。 - 【請求項２】第二の電圧源(4) が第一の電圧源(3) で代
用されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の容量測定用回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17223285A JPH0638088B2 (ja) | 1985-08-05 | 1985-08-05 | 容量測定用回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17223285A JPH0638088B2 (ja) | 1985-08-05 | 1985-08-05 | 容量測定用回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6232372A JPS6232372A (ja) | 1987-02-12 |
| JPH0638088B2 true JPH0638088B2 (ja) | 1994-05-18 |
Family
ID=15938052
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17223285A Expired - Lifetime JPH0638088B2 (ja) | 1985-08-05 | 1985-08-05 | 容量測定用回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0638088B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2675583B1 (fr) * | 1991-04-18 | 1993-08-27 | Marelli Autronica | Procede et dispositif de mesure de condensateur. |
| DE10316901A1 (de) * | 2003-04-12 | 2004-10-28 | Roche Diagnostics Gmbh | Kontrollsystem und Kontrollverfahren zum Überprüfen der Funktion von LCD-Anzeigen |
| JP4310695B2 (ja) * | 2004-03-30 | 2009-08-12 | アイシン精機株式会社 | 静電容量変化検出装置 |
| JP4604739B2 (ja) * | 2005-01-28 | 2011-01-05 | アイシン精機株式会社 | 静電容量検出装置 |
| JP4816487B2 (ja) * | 2007-02-13 | 2011-11-16 | アイシン精機株式会社 | 静電容量検出装置 |
| TWI397843B (zh) * | 2009-10-30 | 2013-06-01 | Orise Technology Co Ltd | 用於觸控面板之偵測電路 |
| WO2019144303A1 (zh) * | 2018-01-24 | 2019-08-01 | 深圳市汇顶科技股份有限公司 | 电容检测电路、触控装置和终端设备 |
-
1985
- 1985-08-05 JP JP17223285A patent/JPH0638088B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 金井寛他著「電気磁気測定の基礎」第２版（昭５９−１１−９）昭晃堂，Ｐ．９４−９５ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6232372A (ja) | 1987-02-12 |
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