專利名稱：用于測量電容的系統(tǒng)與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上針對電路的電容測試。特別地，本發(fā)明針對用于檢測耦合到驅(qū)動電路的輸出的電路的電容的裝置與方法。
背景技術(shù)：
對電路的電容測試已經(jīng)進(jìn)行很長時(shí)間了。測試耦合到驅(qū)動電路(例如，IC芯片) 的輸出的電路的電容給出了新的挑戰(zhàn)?，F(xiàn)在，集成電路芯片廣泛地用于控制或者驅(qū)動多種致動器(例如，微致動器，微機(jī)電(MEMS)致動器)。例如，IC用在如照相機(jī)的電子裝備中， 以控制或驅(qū)動電機(jī)，所述電機(jī)驅(qū)動可調(diào)節(jié)的機(jī)械部件(例如，透鏡)。耦合到IC芯片的致動器可以看作耦合到該IC芯片的輸出引腳的電容器。對于IC芯片來說，測試耦合到該IC芯片的輸出的電路的電容(例如，在利用激活電流驅(qū)動引腳之前，自身確定是否有負(fù)載裝置連接到該芯片引腳)將是期望的。還沒有用于為此提供簡單、廉價(jià)的電路的已知的測試。相應(yīng)地，在本領(lǐng)域中需要以最小的復(fù)雜度有效地測試耦合到IC引腳的電路的電容的電路。


圖IA和IB是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的電容感測電路的示意圖。圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的電容感測電路的示例性信號輸出的圖。圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的電容感測電路的示例性信號輸出的圖。圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式、利用電容感測電路的處理的流程圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的電容感測電路的示意圖。圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的電容感測電路的示例性信號輸出的圖。圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式、利用電容感測電路的處理的流程圖。
具體實(shí)施例方式提供了用于測試連接到驅(qū)動電路的輸出引腳的負(fù)載電路的電容的系統(tǒng)與方法。在一種實(shí)施方式中，該方法可以包括將該輸出引腳處的電壓驅(qū)動至第一電壓；將預(yù)定電流施加至該輸出引腳；比較該輸出引腳處的電壓與參考電壓；以及當(dāng)該輸出引腳處的電壓與所述參考電壓匹配時(shí)，基于在計(jì)時(shí)電壓變化周期的開始與所述輸出引腳處的電壓與參考電壓匹配的時(shí)刻之間出現(xiàn)的時(shí)鐘循環(huán)數(shù)量來生成在所述輸出引腳處存在的電容的估計(jì)結(jié)果。圖IA是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的電容感測電路100的示意圖。電容感測電路100可以包括放大器102、比較器104和計(jì)數(shù)器(例如，定時(shí)器)108。放大器102可以生成施加到輸出引腳110的輸出電壓。比較器104可以比較施加到輸出引腳110的電壓與參考電壓VKEF。在一種實(shí)施方式中，電容感測電路100可以設(shè)置在一般的IC芯片中。負(fù)載電路(例如，圖1中建模為電容器106的負(fù)載裝置)可以經(jīng)引腳110耦合到IC芯片。放大器102可以在一個(gè)輸入引腳處取得輸入信號Vin并且經(jīng)反饋路徑在另一個(gè)輸入引腳處取得輸出電壓Vott。輸出電壓Vott可以與具有響應(yīng)延遲的輸入電壓Vin匹配。該響應(yīng)延遲可能受電壓Vot多快可以與Vin匹配的影響。因而，該響應(yīng)延遲可能受負(fù)載電路可以多快充電的影響。在這種實(shí)施方式中，充電電流可以由放大器102的輸出電流提供，該電流可以被電流源112的控制。電流源112可以針對放大器102的輸出電流提供恒定的充電電流1_『在一種實(shí)施方式中，放大器102可以是電壓輸出放大器，并且輸入Vin可以耦合到數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)的輸出。在另一種實(shí)施方式，反饋信號可以經(jīng)電阻分壓器耦合。比較器104和計(jì)數(shù)器108可以估計(jì)耦合到引腳110的負(fù)載電路充電至某個(gè)電壓的響應(yīng)時(shí)間。例如，如果負(fù)載裝置(例如，電容器106)耦合到引腳110，則該負(fù)載裝置可能具有電容。該電容可以由輸出電壓Vott匹配參考電壓Vkef的響應(yīng)延遲來確定。比較器104的輸出信號Votp可以耦合到計(jì)數(shù)器108的一個(gè)輸入引腳。計(jì)數(shù)器108的另一個(gè)輸入引腳可以耦合到時(shí)鐘信號FaK。由此，計(jì)數(shù)器108可以計(jì)數(shù)輸出電壓Vot匹配參考電壓Vkef的響應(yīng)時(shí)間(例如，響應(yīng)延遲)。相應(yīng)地，可以確定負(fù)載電路的電容。在一種實(shí)施方式中，計(jì)數(shù)器108 可以是用于估計(jì)耦合到引腳110的負(fù)載電路的電容的電容感測電路100的判定邏輯部(未示出)的一部分。電容的估計(jì)可以基于耦合到引腳110的負(fù)載電路充電至參考電壓的估計(jì)響應(yīng)時(shí)間。在一種或多種實(shí)施方式中，是否可能存在負(fù)載裝置可以基于該電容來確定。在如圖IA所示的實(shí)施方式中，輸出信號Vqut可以直接連接到比較器104的輸入引腳，以使比較器104比較Vqut與VKEF。在另一種實(shí)施方式中，比較器104使用的參考電壓可以是輸入電壓VIN。因而，輸出電壓Vott可以與輸入電壓Vin進(jìn)行比較。電容可以通過輸出電壓Vott匹配輸入電壓Vin的響應(yīng)延遲來確定。但是，如圖2(a)中所示，當(dāng)電平接近輸入電壓Vin時(shí)，輸出電壓Vott的上升可能不是線性的。因此，輸出信號Vot可以經(jīng)偏移電SVtw(以虛線顯示)連接到比較器 104的輸入引腳。圖IB是更具體地示出放大器102的輸出部分中的電容感測電路100的示意圖。放大器102的輸出部分可以包括晶體管114，并且電流源112可以耦合到晶體管114的一個(gè)端子。輸出引腳110可以耦合到晶體管114的另一個(gè)端子。晶體管114的控制端子可以耦合到放大器102的輸出。在圖IB所示的實(shí)施方式中，晶體管114可以是PMOS晶體管。但是，晶體管114不僅限于PMOS晶體管，還可以是NMOS晶體管或者雙極晶體管(ρ-溝道或者 η-溝道)。在一種實(shí)施方式中，電容感測電路100可以包括另一個(gè)晶體管(例如，NMOS晶體管，未示出)，作為將PMOS晶體管114的漏極耦合到地的電流吸收器。類似于PMOS晶體管 114,NMOS晶體管的柵極可以耦合到放大器102的輸出。因?yàn)镻MOS晶體管114可以使放大器102的輸出信號反相，所以與圖IA的放大器102相比，圖IB的放大器102的正和負(fù)輸入可以切換，從而在輸出引腳110生成類似的輸出信號。圖IB中所示的電容感測電路100的其它部件可以類似于圖IA中所示的對應(yīng)部分工作。圖2示出了可以由圖1的系統(tǒng)生成的示例波形。對于圖2中所示的實(shí)施方式，參考電壓Vkef可以設(shè)置成VIN。圖2(a)示出了響應(yīng)于輸入電壓Vin生成的放大器102的輸出電壓VOTT。從時(shí)刻、至?xí)r刻t1; Vin和Vott處于相同的電壓電平。在時(shí)刻t1; Vin可以突然改變 Δ V的量。輸出信號Vott將基于在輸出引腳110處存在的電容Cott在從、至t2的時(shí)間內(nèi)如下變化
權(quán)利要求
1.一種用于測試連接到驅(qū)動電路的輸出引腳的負(fù)載電路的電容的方法，所述方法包括將所述輸出引腳處的電壓驅(qū)動至第一電壓；將預(yù)定的電流施加到所述輸出引腳；將所述輸出引腳處的電壓與參考電壓進(jìn)行比較；以及當(dāng)所述輸出引腳處的電壓與所述參考電壓匹配時(shí)，基于在計(jì)時(shí)電壓變化周期的開始與所述輸出引腳處的電壓和所述參考電壓匹配的時(shí)刻之間出現(xiàn)的時(shí)鐘循環(huán)的數(shù)量，來生成對在所述輸出引腳處存在的電容的估計(jì)結(jié)果。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述電容基于所述輸出引腳處的電壓而變化，并且所述第一電壓是針對所述負(fù)載電路的期望電壓。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中比較電壓是通過比較器執(zhí)行的，其第一輸入耦合到所述輸出引腳，而第二輸入耦合到所述參考電壓。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述負(fù)載電路包括電動機(jī)，并且所述輸出引腳被電壓輸出放大器驅(qū)動至所述第一電壓，所述電壓輸出放大器從數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出控制信號。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中在所述電壓輸出放大器中設(shè)置電流源，并且該電流源以電流受限的模式連接到所述輸出引腳。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述計(jì)時(shí)電壓變化周期的開始通過所述電壓輸出放大器的輸入處的突然電壓變化來觸發(fā)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述輸出引腳經(jīng)由偏移電壓耦合到所述比較器的輸入，并且所述參考電壓等于所述第一電壓和所述突然電壓變化的組合。
8.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，在所述電壓輸出放大器的輸入處的突然電壓變化之后，當(dāng)所述輸出引腳處的電壓與所述參考電壓的第一值匹配時(shí)，所述計(jì)時(shí)電壓變化周期開始；并且，當(dāng)所述輸出引腳處的電壓與所述參考電壓的第二值匹配時(shí)，所述計(jì)時(shí)電壓變化周期結(jié)束，其中所述參考電壓的第一值小于所述參考電壓的第二值，并且所述參考電壓的第二值小于所述第一電壓與所述突然電壓變化的組合。
9.如權(quán)利要求4所述的方法，其中電流源是與所述電壓輸出放大器分開設(shè)置的。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述計(jì)時(shí)電壓變化周期的開始是通過將所述電流源連接到所述輸出引腳來觸發(fā)的，所述參考電壓等于所述第一電壓與所述電壓變化的組I=I O
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述預(yù)定電流是充電電流，并且所述輸出引腳在所述計(jì)時(shí)電壓變化周期內(nèi)充電。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述預(yù)定的電流是吸收電流，并且所述輸出引腳在所述計(jì)時(shí)電壓變化周期內(nèi)放電。
13.一種用于測試耦合到電路的輸出引腳的負(fù)載電路的電容的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 驅(qū)動放大器，具有耦合到所述輸出引腳的輸出，其中所述放大器的第一輸入耦合到輸入信號，并且所述放大器的第二輸入耦合到所述放大器的輸出；電流源，選擇性地耦合到所述輸出引腳，所述電流源在測試周期中將電流施加到所述輸出引腳；比較器，具有耦合到所述輸出引腳和參考電壓的輸入；以及判定邏輯部，耦合到所述比較器的輸出，以基于所述輸出引腳處的電壓的時(shí)間響應(yīng)來確定所述輸出引腳處存在的電容。
14.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述判定邏輯部包括計(jì)數(shù)器。
15.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)所述輸出引腳匹配所述參考電壓的計(jì)時(shí)電壓變化周期，并且所述判定邏輯部使用所述計(jì)時(shí)電壓變化周期、充電電流和充電速率來確定耦合到所述輸出引腳的負(fù)載電路的電容。
16.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中所述參考電壓是由所述輸入信號提供的，并且所述輸出引腳經(jīng)由偏移電壓耦合到所述比較器。
17.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述計(jì)時(shí)電壓變化周期是通過當(dāng)階躍變化施加到所述輸入信號時(shí)啟動計(jì)數(shù)器并且當(dāng)所述輸出引腳處的電壓達(dá)到所述參考電壓減去所述偏移電壓時(shí)停止計(jì)數(shù)器來確定的。
18.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中所述計(jì)時(shí)電壓變化周期是通過在階躍變化施加到所述輸入信號之后當(dāng)所述輸出處的電壓達(dá)到所述參考電壓的第一值時(shí)啟動計(jì)數(shù)器并且當(dāng)所述輸出引腳處的電壓達(dá)到所述參考電壓的第二值時(shí)停止計(jì)數(shù)器來確定的。
19.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述放大器是電壓輸出放大器，所述負(fù)載電路包括電動機(jī)，并且所述放大器從數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出針對所述電動機(jī)的控制信號。
20.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述外部電路的電容隨所述輸出引腳處的電壓而變化。
21.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述電流是充電電流，并且所述輸出引腳在所述計(jì)時(shí)電壓變化周期內(nèi)充電。
22.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述電流是吸收電流，并且所述輸出引腳在所述計(jì)時(shí)電壓變化周期內(nèi)放電。
23.一種用于測試耦合到電路的輸出引腳的負(fù)載電路的電容的系統(tǒng)，包括第一電開關(guān)和第二電開關(guān)；驅(qū)動放大器，具有經(jīng)所述第一電開關(guān)耦合到所述輸出引腳的輸出，其中所述放大器的第一輸入耦合到輸入信號，并且所述放大器的第二輸入耦合到所述放大器的輸出；電流源，經(jīng)所述第二電開關(guān)選擇性地耦合到所述輸出引腳，所述電流源在測試周期中將電流施加到所述輸出引腳；比較器，具有耦合到所述輸出引腳和參考電壓的輸入；以及判定邏輯部，耦合到所述比較器的輸出，以基于所述輸出引腳處的電壓的時(shí)間響應(yīng)確定所述輸出引腳處存在的電容。
24.如權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中所述判定邏輯部包括計(jì)數(shù)器，所述計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)所述輸出引腳從針對所述輸出引腳的期望電壓充電至所述參考電壓的計(jì)時(shí)電壓變化周期，并且所述判定邏輯部使用所述計(jì)時(shí)電壓變化周期、電流和改變速率確定耦合到所述輸出引腳的負(fù)載電路的電容。
25.如權(quán)利要求M所述的系統(tǒng)，其中所述計(jì)時(shí)電壓變化周期是通過當(dāng)所述第二電開關(guān)連接時(shí)啟動定時(shí)器并且當(dāng)所述輸出引腳處的電壓達(dá)到所述參考電壓時(shí)停止定時(shí)器來確定的。
26.如權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中所述放大器是電壓輸出放大器，所述負(fù)載電路包括電動機(jī)，并且所述放大器從數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出針對所述電動機(jī)的控制信號。
27.如權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中所述負(fù)載電路的電容隨所述輸出引腳處的電壓而變化。
28.如權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中所述電流是放電電流，并且所述輸出引腳在所述計(jì)時(shí)電壓變化周期內(nèi)放電。
29.如權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中所述電流是充電電流，并且所述輸出引腳在所述計(jì)時(shí)電壓變化周期內(nèi)充電。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于測試連接到驅(qū)動電路的輸出引腳的負(fù)載電路的電容的系統(tǒng)與方法。在一種實(shí)施方式中，該方法可以包括將所述輸出引腳處的電壓驅(qū)動至第一電壓；將預(yù)定的電流施加到所述輸出引腳；將所述輸出引腳處的電壓與參考電壓進(jìn)行比較；并且，當(dāng)所述輸出引腳處的電壓與所述參考電壓匹配時(shí)，基于在計(jì)時(shí)電壓變化周期開始與所述輸出引腳處的電壓與所述參考電壓匹配的時(shí)刻之間出現(xiàn)的時(shí)鐘循環(huán)數(shù)量來生成對在所述輸出引腳處存在的電容的估計(jì)結(jié)果。
文檔編號G01R27/26GK102576043SQ201080045900
公開日2012年7月11日 申請日期2010年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月27日
發(fā)明者M·莫菲, S·伊利亞特 申請人:美國亞德諾半導(dǎo)體公司