專利名稱：對(duì)傳感器信號(hào)線性化及溫度補(bǔ)償?shù)碾娐返闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及容性傳感器信號(hào)的線性化和溫度補(bǔ)償，因?yàn)檫@些傳感器的電容量相對(duì)被測(cè)試對(duì)象(如壓力)和溫度常常呈現(xiàn)出非線性關(guān)系。
容性傳感器可作為容性壓力傳感器用于測(cè)量壓力，或作為容性濕度傳感器用于測(cè)量濕度，也可用來(lái)檢測(cè)由于渦流計(jì)中卡爾曼渦流而導(dǎo)致的壓力變化。
美國(guó)專利5257210號(hào)已綜合介紹了如何對(duì)被測(cè)對(duì)象中的有誤部分進(jìn)行線性化和補(bǔ)償。這種線性化和補(bǔ)償?shù)脑瓌t是只有先從被測(cè)對(duì)象取得一個(gè)電信號(hào)(下稱“傳感器信號(hào)”)，然后才能針對(duì)每次的干擾變化使另一個(gè)傳感器產(chǎn)生的干預(yù)信號(hào)作用于傳感器信號(hào)上。
因此，在涉及帶有測(cè)量電容器和基準(zhǔn)電容器的容性壓力傳感器的美國(guó)專利5257210號(hào)之實(shí)施例中，干擾信號(hào)都是經(jīng)過(guò)處理的，而且只是在測(cè)量和基準(zhǔn)電容器之后的線路利用電荷傳輸經(jīng)過(guò)量化的開關(guān)式電容器與傳感器信號(hào)一并處理的。為實(shí)現(xiàn)這一目的，需要加配幾個(gè)由時(shí)鐘信號(hào)控制的功能單元，此時(shí)鐘信號(hào)的計(jì)時(shí)周期是基本時(shí)鐘信號(hào)的40倍。這些功能單元的電路結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，所以需要的元件總數(shù)量十分可觀，而且，在舊有技術(shù)線路產(chǎn)生出經(jīng)過(guò)補(bǔ)償和理想平滑的輸出信號(hào)之前，40倍于基本時(shí)鐘信號(hào)的周期必須先行結(jié)束。
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種比舊有線路所需元件要少，又能更快地獲得經(jīng)過(guò)補(bǔ)償和平滑的輸出信號(hào)的線路。
為達(dá)到如此目的，本發(fā)明的要點(diǎn)是提供一種線路，用于根據(jù)容性傳感器對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行線性化和補(bǔ)償。此線路的組成包括—一個(gè)測(cè)量電容器—一個(gè)帶有連接在工作電位和第一基底電位(即地電位)之間的阻性溫度傳感器的熱變分壓器，用來(lái)檢測(cè)測(cè)量電容器的溫度；—一個(gè)供線路輸出信號(hào)使用的時(shí)鐘調(diào)節(jié)電路，通過(guò)模似信號(hào)作用于測(cè)量電容器和基準(zhǔn)電容器；調(diào)節(jié)電路的第一輸入端聯(lián)在工作電位上，第二輸入端聯(lián)在溫度傳感器上；—一段在時(shí)鐘控制下可與測(cè)量電容器和基準(zhǔn)電容器相連的積分線路，其輸出端連接在調(diào)節(jié)電路的第三輸入端上，并且作為整個(gè)線路的輸出端；—一個(gè)時(shí)鐘發(fā)生器輸出信號(hào)(S)應(yīng)滿足以下公式S=U·[a0+a1·vt+(a2+a3·vt)·cv]b0+b1·cv,]]>其中，Cv—以下電容比之一Cv1＝(Cm-Cr)/Cm·，Cv2＝(Cm-Cr)/(Cm+Cr)，
Cv3＝(Cm-Cr)/Cr；Cm—測(cè)量電容器的電容量；Cr—基準(zhǔn)電容器的電容量；V—工作電位；a0—零點(diǎn)調(diào)整值，a1—溫度系數(shù)零點(diǎn)調(diào)整值；a2—第一段刻度調(diào)整值；a3—溫度系數(shù)刻度調(diào)整值；b0—第二段刻度調(diào)整值；b1—線性化調(diào)整值；Vt—分壓器的熱變阻值比。
在本發(fā)明的一個(gè)最佳實(shí)施例中，積分線路包括一個(gè)第一積分器和一個(gè)第二積分器，第一積分器包括一個(gè)在時(shí)鐘控制下極性顛倒的電容器，第二積分器則在時(shí)鐘控制下可連到第一積分器的輸出端上。
在本發(fā)明的另一個(gè)最佳實(shí)施例中，調(diào)節(jié)電路包括—第一數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器，用于提供一個(gè)正向轉(zhuǎn)換器信號(hào)和一個(gè)反向轉(zhuǎn)換器信號(hào)，其基準(zhǔn)輸入即是調(diào)節(jié)電路的第一輸入，其第一信號(hào)輸入是數(shù)字化零點(diǎn)調(diào)整值(A0)，其第二信號(hào)輸入是數(shù)字化第一刻度調(diào)整值(A2)，其第一和第二信號(hào)的輸入由時(shí)鐘發(fā)生器控制；—第二數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器，用于提供一個(gè)正向轉(zhuǎn)換器信號(hào)和一個(gè)反向轉(zhuǎn)換器信號(hào)。其基準(zhǔn)輸入就是調(diào)節(jié)電路的第二輸入，其第一信號(hào)輸入是數(shù)字化溫度系數(shù)零點(diǎn)調(diào)整值A(chǔ)1，其第二信號(hào)輸入是數(shù)字化溫度系數(shù)刻度調(diào)整值A(chǔ)3，其第一和第二信號(hào)輸入由時(shí)鐘發(fā)生器控制；—第三數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器，用于提供一個(gè)正向轉(zhuǎn)換器信號(hào)和一個(gè)反向轉(zhuǎn)換器信號(hào)。其基準(zhǔn)輸入即是調(diào)節(jié)電路的第三輸入，其第一信號(hào)輸入是數(shù)字化第二段刻度調(diào)整值B0，其第二信號(hào)輸入是數(shù)字化的線性化調(diào)整值B1，其第一和第二信號(hào)輸入由時(shí)鐘發(fā)生器控制；—一個(gè)第一加法器和一個(gè)第二加法器，每個(gè)加法器有一個(gè)輸出端和六個(gè)輸入端。第一加法器的第一和第二輸入端借助第1和第2開關(guān)分別接收第三數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器的正向和反向轉(zhuǎn)換器信號(hào)，第二加法器的第一和第二輸入端借助第3和第4開關(guān)分別接收第三數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器的正向和反向轉(zhuǎn)換器信號(hào)，第一加法器的第三和第四輸入端借助第5和第6開關(guān)分別接收第一數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的正向和反向轉(zhuǎn)換器信號(hào)，第二加法器的第三和第四輸入端借助第7和第8開關(guān)分別接收第一數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的正向和反向轉(zhuǎn)換器信號(hào)，第一加法器的第五和第六輸入端借助第9和第10開關(guān)分別接收第二數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的正向和反向轉(zhuǎn)換器信號(hào)，第二加法器的第五和第六輸入端借助第11和第12開關(guān)分別接收第二數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的正向和反向轉(zhuǎn)換器信號(hào)，同時(shí)，第一加法器和第二加法器的輸出端借助于第13和第14開關(guān)分別連接到測(cè)量電容器上，并借助于第15和第16開關(guān)分別連接在基準(zhǔn)電容器上，測(cè)量電容器和基準(zhǔn)電容器遠(yuǎn)離開關(guān)的各終端連接在第一基準(zhǔn)電位上。
在本發(fā)明另一個(gè)最佳實(shí)施例中，電容比為Cv1＝(Cp-Cr)/Cp或Cv2＝(Cp-Cr)/(Cp-Cr)，第一積分器包括—第一工作放大器，其反向輸入端借助第17開關(guān)與測(cè)量電容器相連，且借助第18開關(guān)與基準(zhǔn)電容器相連，第18開關(guān)與基準(zhǔn)電容器的聯(lián)接點(diǎn)借助第19開關(guān)與第二基準(zhǔn)電位相接；其非反向輸入端也接在第二基準(zhǔn)電位上；其反向輸入端通過(guò)三個(gè)并聯(lián)支路與輸出端相連，并聯(lián)支路中的第一支路包含串聯(lián)聯(lián)接的第20和第21開關(guān)；第二支路包含串聯(lián)聯(lián)接的第22和第23開關(guān)；第三支路包含第24開關(guān)。電容器接在第20和第21開關(guān)的接點(diǎn)與第22和第23開關(guān)的接點(diǎn)之間。在本發(fā)明的又一個(gè)最佳實(shí)施例中，第二積分器包括—第二工作放大器，其反向輸入端借助第25開關(guān)聯(lián)接在第20和第21開關(guān)的連接點(diǎn)上，并通過(guò)一個(gè)固定電容器與線路的輸出端相連；其非反向輸入端接在第二基準(zhǔn)電位上。
如果使用的電容比為Cv3＝(Cm-Cr)/Cr，則第26開關(guān)必須接在基準(zhǔn)電位和第17開關(guān)與測(cè)量電容器的連接點(diǎn)之間。
在本發(fā)明的另一最佳實(shí)施例中，積分線路的輸出與濾波線路相聯(lián)接。
在本發(fā)明又一個(gè)最佳實(shí)施例中，為控制第26開關(guān)和三個(gè)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器各相應(yīng)啟動(dòng)信號(hào)的輸入，時(shí)鐘發(fā)生器從基本時(shí)鐘信號(hào)中產(chǎn)生具有幾段正電平和幾大段負(fù)電平的時(shí)鐘信號(hào)，至少在一個(gè)基本時(shí)鐘信號(hào)周期的1/8時(shí)間內(nèi)至少產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的電平。
本發(fā)明的一些特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)下面附圖中對(duì)所示實(shí)施例的描述而更加顯而易見，其中

圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例的電路示意圖；圖2為本發(fā)明第二實(shí)施例的電路示意圖3為顯示更多優(yōu)點(diǎn)的圖1線路的電路示意圖；圖4為顯示更多優(yōu)點(diǎn)的圖2線路的電路示意圖；圖5顯示了在電容比(Cm-Cr)/Cm即將由圖3或圖4所示線路進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)時(shí)鐘信號(hào)的波形；圖6顯示了在電容比(Cm-Cr)/(Cm+Cr)即將由圖3或圖4所示線路進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)時(shí)鐘信號(hào)的波形；圖7顯示了在電容比(Cm-Cr)/Cr即將由圖3或圖4所示線路進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)時(shí)鐘信號(hào)的波形；圖8為用于本發(fā)明線路中的專用電流復(fù)制器電路的示意圖；圖9顯示了與圖8中的電路相連時(shí)使用的電流/電壓轉(zhuǎn)換器；圖10顯示了在圖5中所示D段期間內(nèi)圖3線路中的開關(guān)位置；圖11顯示了在圖5中所示D2段期間內(nèi)圖3線路中的開關(guān)位置；圖12顯示了在圖5中所示D3段期間內(nèi)圖3線路中的開關(guān)位置；圖13顯示了在圖5中所示D4段期間內(nèi)圖3線路中的開關(guān)位置；圖14顯示了在圖5中所示D5段期間內(nèi)圖3線路中的開關(guān)位置；圖15顯示了在圖5中所示D6段期間內(nèi)圖3線路中的開關(guān)位置；圖16顯示了在圖5中所示D7段期間內(nèi)圖3線路中的開關(guān)位置；
圖17顯示了在圖5中所示D8段期間內(nèi)圖3線路中的開關(guān)位置；圖18顯示了在圖5中所示D9段期間內(nèi)圖3線路中的開關(guān)位置；圖1電路示意圖中包含一個(gè)電容值為Cm的測(cè)量電容器Kn和一個(gè)電容值為Cr的基準(zhǔn)電容器Kr。在使用壓力傳感器時(shí)，測(cè)量電容器Km是與壓力有關(guān)的，而基準(zhǔn)電容器Kr則很可能與壓力無(wú)關(guān)，兩個(gè)電容器最好都裝在壓力傳感器內(nèi)。這種容性壓力傳感器的制作可根據(jù)如上述圖2中美國(guó)專利5257210號(hào)或美國(guó)專利5005421號(hào)實(shí)施。
在濕度傳感器配有濕感測(cè)量電容器(Km)的情況下，可通過(guò)加裝防潮保護(hù)層的方式使普通的濕度傳感器喪失對(duì)濕度的敏性，從而構(gòu)成一個(gè)基準(zhǔn)電容器(Kr)。在許多情況下，這反是個(gè)優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)榛鶞?zhǔn)電容器(Kr)對(duì)被測(cè)量對(duì)象越不敏感，就越可將測(cè)得的結(jié)果視為一個(gè)常量。
為了得到經(jīng)補(bǔ)償?shù)哪M輸出信號(hào)(S)，本發(fā)明使用了以下三個(gè)電容比中的一個(gè)Cv1＝(Cm-Cr)/CmCv2＝(Cm-Cr)/(Cm+Cr)Cv3＝(Cm-Cr)/Cr為了產(chǎn)生一個(gè)盡可能專用的表示傳感器溫度度量的信號(hào)，也就是為產(chǎn)生一個(gè)熱變信號(hào)，就要使用連接在線路的第一基準(zhǔn)電位(SN)和工作電位(u)之間的分壓器(71)。它包括一個(gè)阻值為(R0)的阻性溫度傳感器(θ)和一個(gè)阻值為(R72)的降壓電阻(72)。此分壓器的熱變阻值比定為Vt，因此，Vt＝Rθ/(Rθ+R72)，而分壓器(71)的抽頭就會(huì)提供一個(gè)信號(hào)S＝U·Vt＝U·Rθ/(Rθ+R72)。
分壓器(71)是最簡(jiǎn)單的溫度傳感器，但本發(fā)明的范圍不僅限于此。如果需要，還可以使用任何合適的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的與溫度有關(guān)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，例如，一個(gè)與溫度無(wú)關(guān)的電阻可以與阻性溫度傳感器并聯(lián)，或者使用一個(gè)熱變電橋電路。
第一基準(zhǔn)電位(SN)最好就是線路中電壓基準(zhǔn)點(diǎn)的電位。否則第一基準(zhǔn)電位(SN)值可以近似為諸如工作電位(u)的一半。
和上述美國(guó)專利5257210中所描述的線路不同，在本發(fā)明中提出的調(diào)節(jié)電路(30)可直接作用于測(cè)量電容器(Km)和基準(zhǔn)電容器(Kr)，以利于線性化和溫度補(bǔ)償。由調(diào)節(jié)電路(30)提供的模擬信號(hào)在時(shí)鐘控制下可直接作用于測(cè)量電容器(Km)和基準(zhǔn)電容器(Kr)，因此補(bǔ)償信號(hào)被饋入測(cè)量和基準(zhǔn)電容器(Km，Kr)，而線路的輸出信號(hào)(S)也就具有了理想的線性及溫度補(bǔ)償波形。
這種直接作用于傳感器信號(hào)的方法使它的應(yīng)用十分簡(jiǎn)單，此外還使它可以簡(jiǎn)單方法用于生成下面介紹的影響線性化和溫度補(bǔ)償信號(hào)，刻度調(diào)節(jié)信號(hào)，零點(diǎn)調(diào)節(jié)信號(hào)等。
調(diào)節(jié)電路(30)由時(shí)鐘發(fā)生器(61)產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)控制(見下文)，調(diào)節(jié)電路(30)的第一輸入端指在工作電位(u)上，第二輸入端接在熱度分壓器(71)的抽頭上，即溫度傳感器(θ)和電阻(72)的連接點(diǎn)上。
在時(shí)鐘控制下連接到測(cè)量電容器(Km)和基準(zhǔn)電容器(Kr)上的線路為積分線路(50)，其輸出就是整個(gè)線路的輸出并提供輸出信號(hào)(S)。此輸出接到調(diào)節(jié)電路(30)的第三輸入端上。
如果需要，輸出信號(hào)(S)可以通過(guò)濾波線路(55)進(jìn)行平滑處理，最簡(jiǎn)單的平滑方法是必須將具有足夠電容量的濾波電容器連接在積分線路(50)的輸出端上，如圖3所示。
在本發(fā)明中，輸出信號(hào)滿足下列公式S=U·[a0+a1·v1+(a2+a3·v1)·Cv]b0+b1·Cv]]>式中，Cv—為以下電容比中的一個(gè)Cv1＝(Cm-Cr)/Cm，Cv2＝(Cm-Cr)/(Cm+Cr)，Cv3＝(Cm-Cr)/Cr；Cm—測(cè)量電容器Km的電容量；Cr—基準(zhǔn)電容器Kr的電容量；U—工作電位；a0—零點(diǎn)調(diào)整值，a1—溫度系數(shù)零點(diǎn)調(diào)整值；a2—第一段刻度調(diào)整值；a3—溫度系數(shù)刻度調(diào)整值；b0—第二段刻度調(diào)整值；b1—線性化調(diào)整值；Vt—分壓器(71)的熱變阻值比。
調(diào)節(jié)電路(30)包括第一、二、三數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(31、32、33)，每個(gè)轉(zhuǎn)換器分別提供一個(gè)正向轉(zhuǎn)換器信號(hào)和一個(gè)反向轉(zhuǎn)換器信號(hào)。這兩個(gè)轉(zhuǎn)換器信號(hào)對(duì)第一基準(zhǔn)電位(SN)而言大小相等。各反向轉(zhuǎn)換器信號(hào)可以取自相應(yīng)的正向轉(zhuǎn)換器信號(hào)，例如，可利用模擬乘法器乘上一個(gè)系數(shù)(-1)即可得到。
三個(gè)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(31，32，33)的每個(gè)數(shù)字化輸入信號(hào)為A0，A1A2，A3，B0，B1，這些信號(hào)均由上述調(diào)整值如a0，a1，a2，a3，b0，b1形成，也可以來(lái)一個(gè)電子存儲(chǔ)器，如可存儲(chǔ)這些信號(hào)的電可擦只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)。然而也可以用對(duì)應(yīng)于模擬調(diào)整值a0，a1，a2，a3，b0，b1的數(shù)字值直接形成，并通過(guò)諸如適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)母線將它們直接應(yīng)用于數(shù)/模轉(zhuǎn)換器上。
每個(gè)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(31，32，33)都有一個(gè)基準(zhǔn)輸入。這些基準(zhǔn)輸入是由代表與各數(shù)/模轉(zhuǎn)換有關(guān)的相應(yīng)值的不同的模擬信號(hào)形成的。與各數(shù)字化輸入信號(hào)有關(guān)的是一個(gè)信號(hào)啟動(dòng)輸入，因此每個(gè)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器有兩個(gè)信號(hào)啟動(dòng)輸入，每個(gè)都由來(lái)自時(shí)鐘發(fā)生器(61)的時(shí)鐘信號(hào)(T27，T28)中的一個(gè)來(lái)形成。
第一個(gè)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(31)的基準(zhǔn)輸入端就是調(diào)節(jié)電路(30)的第一輸入端，如上所述，它聯(lián)接在工作電位(V)上。第一數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(31)的第一信號(hào)輸入端饋入的是數(shù)字化的零點(diǎn)調(diào)整值(A0)而第二信號(hào)輸入端饋入的是數(shù)字化的第一刻度調(diào)整值(A2)。
第二數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(32)的基準(zhǔn)輸入端是調(diào)節(jié)電路(30)的第二輸入端。這一輸入端聯(lián)接在熱變分壓器(71)的抽頭上，因此也就與熱變信號(hào)(U·Vt)相通。第二數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(32)的第一信號(hào)輸入端饋入的是數(shù)字化的溫度系數(shù)零點(diǎn)調(diào)整值(A1)，而第二信號(hào)輸入端饋入的是數(shù)字化的溫度系數(shù)刻度調(diào)整值(A3)。
第三數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(33)的基準(zhǔn)輸入端是調(diào)節(jié)電路(30)的第三輸入端，如上所述，它接收輸出信號(hào)(S)。第三數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(33)的第一信號(hào)輸入端饋入的是數(shù)字化的第二刻度調(diào)整值(B0)，而第二信號(hào)輸入端饋入的是數(shù)字化的線性調(diào)整值(B1)。
調(diào)節(jié)電路(30)還包括每個(gè)均有六個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端的一第一加法器(41)和第二加法器(42)。
第一加法器(41)的第一和第二輸入端分別借助第1和第2開關(guān)(1，2)接收第三數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(33)的正向和反向轉(zhuǎn)換器信號(hào)。
第二加法器(42)的第一和第二輸入端分別借助第3和第4開關(guān)(3，4)接收第3數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(33)的正向和反向轉(zhuǎn)換器信號(hào)。
第一加法器(41)的第三和第四輸入端分別借助第5和第6開關(guān)(5，6)接收第一數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(31)的正向和反向轉(zhuǎn)換器信號(hào)。
第二加法器(42)的第三和第四輸入端分別借助第7和第8開關(guān)(7、8)接收第一數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(31)的正向和反向轉(zhuǎn)換器信號(hào)。
第一加法器(41)的第五和第六輸入端分別借助第9和第10開關(guān)(9、10)接收第二數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(32)的正向和反向轉(zhuǎn)換器信號(hào)。
第二加法器(42)的第五和第六輸入端分別借助第11和第12開關(guān)(11，12)接收第二數(shù)/模轉(zhuǎn)器(32)的正向和反向轉(zhuǎn)換器信號(hào)。
遠(yuǎn)離開關(guān)的測(cè)量電容器(Km)和基準(zhǔn)電容器(Kr)的各端均接在第一基準(zhǔn)電位(SN)上。由于分壓器(71)和工作電位(u)也與第一基準(zhǔn)電位(SN)有關(guān)，所以在本線路中只處理比值。
第一和第二加法器(41、42)的輸出端通過(guò)第13開關(guān)(13)和第14開關(guān)(14)分別接在測(cè)量電容器(Km)上，并通過(guò)第15和第15開關(guān)(15，16)分別接在基準(zhǔn)電容器(Kr)上。
圖2為第二個(gè)實(shí)施例的示意電路圖。與圖1中第一個(gè)實(shí)施例的不同點(diǎn)在于去掉了三個(gè)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(31，32，33)，代之以有中間抽頭的電阻(Ra0，Ra1，Ra2，Ra3，Rb0，Rb1)，由它們產(chǎn)生模擬調(diào)整量(a0，a1，a2，a3b0，b1)。
圖2左邊的縱向虛線表示的是線路設(shè)備的分界線例如，帶抽頭的電阻可以運(yùn)用混合技術(shù)來(lái)形成而位于分界線右邊的線路部分可以運(yùn)用半導(dǎo)體單片式集成電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。
如果允許本線路的使用者至少部分改變調(diào)節(jié)量，則帶抽頭的電阻將作為分壓器來(lái)制作。如果線路由廠家預(yù)先設(shè)置，則帶抽頭的電阻最好被做成激光調(diào)整的半導(dǎo)體或薄膜電阻。
每個(gè)帶抽頭的電阻(Ra0，Ra2)作為分壓器連接在第一基準(zhǔn)電位(SN)和工作電位(u)之間。電阻(Ra0，Ra2)的抽頭通過(guò)另外的開關(guān)(271，281)分別連接到模擬轉(zhuǎn)換器(I1)的輸入端和第5、第7開關(guān)(5，7)上。模擬轉(zhuǎn)換器(I1)的輸出端連在第6和第8開關(guān)(6，8)上。開關(guān)(271)接收時(shí)鐘信號(hào)(T27)，開關(guān)(281)則接收時(shí)鐘信號(hào)(T28)。
帶抽頭電阻(Ra1，Ra3)的抽頭通過(guò)另一些開關(guān)(272、282)分別連接在溫度傳感器(θ)的非地電位一端模擬轉(zhuǎn)換器(I2)的輸入端及第9、第11開關(guān)(9、11)上。模擬轉(zhuǎn)換器(I2)的輸出端連在第10和第12開關(guān)(10，12)上。開關(guān)(272)接收時(shí)鐘信號(hào)(T27)，開關(guān)(282)接收時(shí)鐘信號(hào)(T28)。因此，圖2中的兩個(gè)分壓器相當(dāng)于圖1中的分壓器(71)，并且每個(gè)分壓器都包括有溫度傳感器(θ)，兩個(gè)分壓器在相關(guān)電阻開關(guān)(272，282)分別關(guān)閉時(shí)才能工作。
電阻(Rb0，Rb1)以每個(gè)抽頭作為分壓器連接在第一基準(zhǔn)電位(SN)和線路輸出端之間；因此這些電阻可以接收經(jīng)過(guò)平滑的輸出信號(hào)(S)。電阻(Rb0，Rb1)的抽頭，通過(guò)另一些開關(guān)(273，283)分別連在模擬轉(zhuǎn)換器(I3)的輸入端和第1、第3(1，3)開關(guān)上。模擬轉(zhuǎn)換器(I3)的輸出端連在第2和第4開關(guān)(2，4)上。開關(guān)(273)上接收時(shí)鐘信號(hào)(T27)，開關(guān)(283)則接收時(shí)鐘信號(hào)(T28)。
在分別顯示圖1和圖2線路的最佳實(shí)施例的圖3和圖4中，只有位于右側(cè)部分的線路才與圖1、2中的有區(qū)別，所以只需介紹在右半部分線路，它們是圖1、2中積分線路(50)的最佳實(shí)施例。
測(cè)量電容器和基準(zhǔn)電容器(Km，Kr)上出現(xiàn)的信號(hào)在時(shí)鐘的控制下作用于第一積分器(51)。第一積分器包括第一工作放大器(53)，其倒向輸入端通過(guò)第17開關(guān)(17)連在測(cè)量電容器(Km)上，通過(guò)第18開關(guān)(18)連在基準(zhǔn)電容器(Kr)上，并借助第18開關(guān)和基準(zhǔn)電容器的連接點(diǎn)通過(guò)第19開關(guān)(19)連在第二基準(zhǔn)電位(Ur)上。
第二基準(zhǔn)電位(Ur)不同于地電位和工作電位(u)，其電位值能更近似地位于第一基準(zhǔn)電位值(SN)和工作電位值(u)中間。因而，如果工作電位(u)值固定在+5V，則第二基準(zhǔn)電位值(Ur)將被選擇于+2.5V左右。
第一工作放大器(53)的非倒向輸入端也連在第二基準(zhǔn)電位上，其倒向輸入端通過(guò)三個(gè)并聯(lián)支路連在輸出端上。第一個(gè)并聯(lián)支路包含串聯(lián)的第20和第21開關(guān)(20，21)；第二個(gè)并聯(lián)支路包含串聯(lián)的第22和第23開關(guān)(22，23)；第三個(gè)并聯(lián)支路包含第24開關(guān)(24)。極性必須顛倒的電容器(Ku)連在第22和第23開關(guān)的連接點(diǎn)與第20和第21開關(guān)的連接點(diǎn)之間；后一個(gè)連接點(diǎn)也是第一個(gè)積分器(51)的輸出端。
出現(xiàn)在第一積分器(51)的輸出端上的信號(hào)在時(shí)鐘控制下作用于第二積分器(52)，后者包括第二工作放大器(54)，其倒向輸入端通過(guò)第25開關(guān)(25)與第20和第21開關(guān)的連接點(diǎn)相連，并通過(guò)一個(gè)固定電容器(Kf)與線路的輸出端相連，而其非倒向輸入端與第二基準(zhǔn)電位(Ur)相連。
在所述線路中，信號(hào)的處理是基于電容比Cv1＝(Cm-Cr)/Cm或Cv2＝(Cm-Cr)/(Cm+Cr)。如果取電容比為Cv3＝(Cm-Cr)/Cr，則第26開關(guān)(26)必須置于第二基準(zhǔn)電位(Ur)與第17開關(guān)和測(cè)量電容器(Km)的連接點(diǎn)之間。
時(shí)鐘發(fā)生器(61)根據(jù)基本時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生28個(gè)時(shí)鐘信號(hào)(T1…T28)，用于控制26個(gè)開關(guān)(1…26)和三個(gè)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(31，32，33)相應(yīng)的信號(hào)啟動(dòng)輸入(參見圖5-7)。時(shí)鐘信號(hào)T1…T28均有幾段正電平(H)和幾大段負(fù)電平(L)。每個(gè)電平至少會(huì)在基本時(shí)鐘周期D＝∑(D1…D8)的一個(gè)1/8的階段(D1…D8)內(nèi)出現(xiàn)。
相應(yīng)的電平(H)促使26個(gè)開關(guān)和三個(gè)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(31，32，33)的六個(gè)信號(hào)啟動(dòng)輸入的開關(guān)轉(zhuǎn)入導(dǎo)通狀態(tài)，而相應(yīng)的電平(L)促使三個(gè)開關(guān)轉(zhuǎn)入非導(dǎo)通狀態(tài)。這些開關(guān)最好由電子元件構(gòu)成，如晶體管，特別是絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管。
時(shí)鐘信號(hào)(T1…T28)是從時(shí)鐘發(fā)生器(61)中具有相等于D1周期的振蕩信號(hào)轉(zhuǎn)化而來(lái)的，即通過(guò)頻率分割和分頻信號(hào)的邏輯組合轉(zhuǎn)化而來(lái)。凡擅長(zhǎng)于本技術(shù)的人員對(duì)此是很熟悉的。上述基本時(shí)鐘信號(hào)則是通過(guò)將振蕩器信號(hào)頻率除以8而得到的。
例如，圖5中的時(shí)鐘信號(hào)(T13，T17)是通過(guò)將振蕩器信號(hào)除以2而得到的，并且兩個(gè)信號(hào)的相序相差180°。圖5中的時(shí)鐘信號(hào)(T4，T7，T11)也來(lái)自基本時(shí)鐘信號(hào)，且它們的電平(H)出現(xiàn)在周期(D)的第五個(gè)1/8階段(D5)。
現(xiàn)在，將詳細(xì)介紹各電平(H、L)對(duì)各1/8時(shí)鐘信號(hào)周期段的作用及其影響。
圖5顯示了在取電容比為Cv1＝(Cm-Cr)/Cm的情況下，在一個(gè)基本時(shí)鐘信號(hào)周期(D)內(nèi)時(shí)鐘信號(hào)(T)的波形。從中可見，有幾個(gè)時(shí)鐘信號(hào)始終保持(L)電平，這些信號(hào)即為T14，T26，因此由它們控制的開關(guān)(14，26)實(shí)際無(wú)需工作，也就無(wú)需產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)T14，T26。
圖6顯示了在取電容比為Cv1＝(Cm-Cr)/(Cm+Cr)的情況下，在一個(gè)基本時(shí)鐘信號(hào)周期(D)內(nèi)時(shí)鐘信號(hào)(T)的波形。這里同樣也有幾個(gè)時(shí)鐘信號(hào)始終保持(L)電平，這些信號(hào)即為T14，T15，T19，T26，因此由它們控制的開關(guān)(14，15，19，26)實(shí)際無(wú)需工作，也就無(wú)需產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)T14，T15，T19，T26。
圖7顯示了在取電容比為Cv1＝(Cm-Cr)/Cr的情況下，在一個(gè)基本時(shí)鐘信號(hào)周期(D)內(nèi)時(shí)鐘信號(hào)(T)的波形。這里同樣也有幾個(gè)時(shí)鐘信號(hào)始終保持(L)電平，這些信號(hào)即為T15，T19，因此由它們控制的開關(guān)(15，19)無(wú)需工作，也就無(wú)需產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)T15，T19。
之所以顯示這些無(wú)需形成相應(yīng)電容比的開關(guān)和時(shí)鐘信號(hào)是因?yàn)樵趫D1-4中顯示了用以形成線路的三個(gè)不同電容比(Cv1，Cv2，Cv3)如任一個(gè)的通用電路。鑒于要顯示本發(fā)明的分類體系，某一特定電容比所不需要的開關(guān)及相對(duì)應(yīng)的時(shí)鐘信號(hào)也分別包括在圖1-4和圖5-7中。
如果測(cè)量?jī)H僅基于三個(gè)電容比中的一個(gè)，那么那些始終處于(L)電平狀態(tài)的開關(guān)就無(wú)需使用，當(dāng)然也就不需要產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)的時(shí)鐘信號(hào)。
從圖5-7的時(shí)鐘信號(hào)的波形可看出，在第二個(gè)四周期階段(D5…D8)期間，與第一個(gè)四階段(D1…D4)期間相比，圖1和圖3中數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(31，32，33)的各個(gè)反向輸出信號(hào)以及圖2和圖4中抽頭電阻的反向信號(hào)是通過(guò)相應(yīng)的開關(guān)作用于電容器(Km，Kr)上的。
此外，在圖3和圖4的實(shí)施例中，電容器(Ku)的極性借助有關(guān)的開關(guān)在第二個(gè)四周期階段(D5…D8)中與在第一個(gè)四周期階段相比是相反的。這種周期性的極性顛倒使得補(bǔ)償線路中工作放大器的偏置電壓的產(chǎn)生成為可能，這種方法也可以叫作“變換技術(shù)”。
圖8顯示的是一個(gè)特殊的電流鏡像電路的示意圖，為區(qū)別于普通的電流鏡像器，可將它標(biāo)為“電流復(fù)制器”。如果在圖2和圖4所示的實(shí)施例中，即在用電阻作為模擬調(diào)整量(a0，a1，a2，a3，b0，b1)發(fā)生器的實(shí)施例中，將盡可能理想的電壓信號(hào)輸送到加法器(41，42)的輸入端，也就是使用從內(nèi)阻盡可能小的電壓源得來(lái)的電壓，那么，這個(gè)電流復(fù)制器(80)的使用效果更好。如果用如圖2、4中出于簡(jiǎn)化目的所畫的分壓器的各抽頭，這一條件當(dāng)然是不能達(dá)到的。
圖8所示的電流復(fù)制器產(chǎn)生一個(gè)獨(dú)立于各分壓器抽頭電壓的電流。然后這個(gè)電流通過(guò)如圖9中所示的電流/電壓轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成可由低內(nèi)阻電壓源傳輸?shù)碾妷骸?br> 更詳盡參看圖8可以發(fā)現(xiàn)兩個(gè)互補(bǔ)導(dǎo)電型三極管(83，84)的第一個(gè)串聯(lián)組合(81)，它們的控制電流通道串接在工作電位(u)和第一基準(zhǔn)電位(SN)之間。
圖中還顯示了兩個(gè)互補(bǔ)導(dǎo)電型三極管(85，86)的第二個(gè)串聯(lián)組合(82)，它們的控制電流通道串聯(lián)在工作電位(u)和第一基準(zhǔn)電位(SN)之間。
一種導(dǎo)電型的兩個(gè)三極管(83，85)的控制端連接在一起，另一種導(dǎo)電型的兩個(gè)三極管(84，86)的控制端也連接在一起。
圖8中所示的每個(gè)串聯(lián)組合(81，82)中三極管的電路符號(hào)即為加強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的符號(hào)—三極管(83，85)為P溝道三極管，三極管(84，86)為N溝道三極管，但也可以使用其它型三極管；這取決于所運(yùn)用的具體技術(shù)方法。
第一個(gè)串聯(lián)組合(81)中兩個(gè)三極管(83，84)的電流通道的交點(diǎn)接在另一個(gè)工作放大器(87)的輸入端上，工作放大器的非倒向輸入端接在第二基準(zhǔn)電位(Ur)上。工作放大器(87)有兩個(gè)相異的輸出，其正極與兩個(gè)三極管(84，86)的控制極的交點(diǎn)相接，其負(fù)極與另兩個(gè)三極管(83，85)的控制極的交點(diǎn)相接。這兩極還通過(guò)電容器(88，89)分別接到第一個(gè)串聯(lián)組合(81)中三極管的控制電流通道的交點(diǎn)上。
圖8中還指明了相對(duì)輸入電流(I)的電流復(fù)制器的工作過(guò)程。輸入電流(I)分成流經(jīng)三極管(83)的“正”電流(Ip)，和流經(jīng)三極管(84)的“負(fù)”電流(IN)。各復(fù)制的電流(I’p，I’N))分別流經(jīng)第二個(gè)串聯(lián)組合中的三極管(85，86)，并相加形成復(fù)制的電流(I’)。
圖9中所示的電流/電壓轉(zhuǎn)換器(90)用來(lái)將圖8中的電流(I’)轉(zhuǎn)換成輸出電壓(Ua)。為此，電流復(fù)制器(80)的輸出端必須接到電流/電壓轉(zhuǎn)換器(90)的輸入端上。后者包括一個(gè)工作放大器(91)，此放大器的反向輸入端借助一個(gè)阻值為(R92)的電阻(92)與自身的輸出端相接，它還是電流/電壓轉(zhuǎn)換器(90)的輸入端，同時(shí)，其非反向輸入端連在第二基準(zhǔn)電位(Ur)上。因此，輸出電壓為Ua＝I’R92)。
如果將根據(jù)本發(fā)明設(shè)計(jì)的線路用作半導(dǎo)體集成電路，則圖8、9中的電路可以取得更好使用效果。
圖8中電流復(fù)制器的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是其輸入端不再需要緩沖放大器，因此也不需要放大器的電阻，在使用上述集成電路的情況下，將需要配備具有固有缺點(diǎn)的半導(dǎo)體電阻。另外，電流復(fù)制器的偏置電壓能通過(guò)運(yùn)用于本發(fā)明中的“變換轉(zhuǎn)術(shù)”得以補(bǔ)償(參見上文)。
上述本發(fā)明實(shí)施例的工作情況將參見圖10-18進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。圖3和圖5中的實(shí)施例描述的情況是第二基準(zhǔn)電位(Ur)等于第一基準(zhǔn)電位(SN)，而后者又等于地電位。所述內(nèi)容是基于使用電容比為Cv1＝(Cm-Cr)/Cm的實(shí)施例。
圖10-17的各圖顯示的是開關(guān)(1-26)在圖5中各相應(yīng)1/8周期段(D1…D8)內(nèi)的狀態(tài)，圖18顯示的是開關(guān)繼圖17的第8周期段(D8)之后第9周期段(D9)內(nèi)的狀態(tài)，其時(shí)鐘信號(hào)與第1周期段(D1)完全相同。在圖10-18中，因時(shí)鐘信號(hào)(T1…T26)的(H)電平的作用呈導(dǎo)通狀態(tài)的開關(guān)是用關(guān)閉的開關(guān)符號(hào)加以表示的。
圖10-18還用箭頭符號(hào)顯示了跨在電容器(Kn，Kr，Ku，Kf)上的瞬間電壓(Um，Ur，Uu，Uf)。在部分圖中，還用電流箭頭表示了電荷流量(dQm，dQr，dQ)。
電壓(Um，Ur，Uu，Uf)和電荷(dQm，dQr，dQ)都標(biāo)出了相應(yīng)周期段的序號(hào)，這樣Um1即表示屬于周期段(D1)。以下，電容器(Ku，Kf)的電容量分別用Cu和Cf表示。
周期段(D1)期間的開關(guān)狀態(tài)顯示在圖10中。在這個(gè)階段中，
開關(guān)(2，3，5，8，9，12，13，16，22，23，24，25)呈吸合狀態(tài)。這樣由于其它開關(guān)，尤其是開關(guān)(17，18，19，26)處于打開狀態(tài)，所以只有調(diào)節(jié)電路(30)作用于電容器(Km，Kr)。在時(shí)鐘信號(hào)(T28)的作用下數(shù)字信號(hào)(A2，A3，B1)被輸送到三個(gè)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(31，32，33)，以致模擬信號(hào)(±a2±a3±b1)便出現(xiàn)在相應(yīng)的轉(zhuǎn)換器輸出端上。這樣，信號(hào)(+a2、+a3、-b1)被輸送至加法器(41)，而信號(hào)(-a2，-a3，+b1)被輸送到加法器(42)。
于是，下列等式成立Um1＝-b1·s+(a2+a3·Vt)·u (11)Ur1＝+b1·s-(a2+a3·Vt)·u (21)Uu1＝0 (41)Uf1＝s (51)周期段(D2)期間的開關(guān)狀態(tài)顯示在圖11中。這時(shí)，開關(guān)(17，18，21，22)處于吸合狀態(tài)。調(diào)節(jié)電路(30)與電容器(Km，Kr)斷開，后者的電荷被輸送到電容器Ku，由于所有其它開關(guān)都處于打開狀態(tài)，且工作放大器(53)的反向輸入實(shí)際為地電位，即電壓為OV，所以在周期段(D2)期間，各電容器(Km，Kr)的兩端電位也為OV因此，下列等式成立dQm2＝(Um2-Um1)·Cm＝-[-b1·S+(a2+a3·vt)·U]·Cm(12)dQr2＝(Ur2-Ur1)·Cr＝-[+b1·S-(a2+a3·vt)·U]·Cr(22)dQ2＝dQm2+dQr2＝+[+b1·S-(a2+a3·vt)·U](Cm-Cr) (32)Uu2＝Uu1-dQ2/Cu＝+[+b1·S-(a2+a3·vt)·U](Cm-Cr)/Cu(42)Uf2＝S (52)
周期段(D3)期間的開關(guān)狀態(tài)顯示在圖12中。這時(shí)開關(guān)(2、5、9、13、15、21、22)處于吸合狀態(tài)。調(diào)節(jié)電路(30)為電容器(Km，Kr)供電，但電壓與圖10中的不同。其它開關(guān)全處于開路狀態(tài)。時(shí)鐘信號(hào)(T27)導(dǎo)致數(shù)字信號(hào)(A0，A1，B0)被輸送到三個(gè)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(31，32，33)中，因此模擬信號(hào)(±a0，±a1，x±b0)出現(xiàn)在相應(yīng)轉(zhuǎn)換器的輸出端。這樣，信號(hào)(+a0，+a1-b0)作用于加法器(41)，與此同時(shí)加法器(42)不接收任何信號(hào)。
因此，下列等式成立Um3＝-b0·S+(a0+a1·vt)·U (13)Ur3＝Um3＝-b0·S+(a0+a1·vt)·U (23)Uu3＝Uu2＝+[+b1·S-(a2+a3·vt)·U](Cm-Cr)/Cu(43)Uf3＝S (53)周期段(D4)期間的開關(guān)狀態(tài)顯示在圖13中。這時(shí)開關(guān)(17，19，21，22)處于吸合狀態(tài)。調(diào)節(jié)電路(30)與電容器(Km，Kr)斷開，電容器(Kr)向地電位放電，以致只有電容器(Km)向電容器(Kr)充電。由于其它開關(guān)均處于開啟狀態(tài)且工作放大器(53)的反向輸入實(shí)際就是地電位，即OV電壓，所以在周期段(D4)期間電容器(Km)兩端的電位也為OV。
因此，下列等式成立dQm4＝(Um4-Um3)·Cm＝-[-b0·S+(a0+a1·vt)·U]·Cm(14)dQr4＝Ur4＝0(24)dQ4＝dQm4＝-[-b0·S+(a0+a1·vt)·U]·Cm(34)Uu4＝Uu3+dQ4/Cu＝[b1·S-(a2+a3·vt)·U]·(Cm-Cr)/Cu-[-b0·S+(a0+a1·vt)·U]·Cm/Cu(44)Uf4＝Uf3＝Uf2＝S (54)
周期段(D5)期間的開關(guān)狀態(tài)顯示在圖14中。這時(shí)開關(guān)(1，4，6，7，10，11，13，16，22，23，24，25)處于吸合狀態(tài)。調(diào)節(jié)電路(30)向電容器(Km，Kr)供電，但電壓與圖10和圖12中的不同。其它開關(guān)均處于開啟狀態(tài)。如圖10中所示，時(shí)鐘信號(hào)(T28)致使數(shù)字信號(hào)(A2，A3，B1)被傳送到三個(gè)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(31，32，33)中，進(jìn)而模擬信號(hào)(±a2，±a3±b1)出現(xiàn)在相應(yīng)的轉(zhuǎn)換器輸出端上；然而作用于加法器(41，42)上的信號(hào)不是圖10所示的那些信號(hào)，而是相對(duì)應(yīng)的反向信號(hào)，即通向加法器(41)的信號(hào)(-a2，-a3，+b1)和通向加法器(42)的信號(hào)(+a2，+a3，-b1)。
因此，下列等式成立Um5＝+b1·S-(a2+a3·vt)·U (15)Ur5＝-b1·S+(a2+a3·vt)·U (25)dQf5＝(Uu5-Uu4)·Cu＝＝-[+b1·S-(a2+a3·vt)·U]·(Cm-Cr)-[+b0·S-(a0+a1·vt)·U]·Cm＝-k1·(Cm-Cr)-k2·Cm(35)Uu5＝0 (45)Uf5＝Uf4+dQf5/Cf＝S-k1·(Cm-Cr)/Cf-k2·Cm/Cf(55)周期段(D6)期間的開關(guān)狀態(tài)顯示在圖15中。開關(guān)(17，18，20，23)處于吸合狀態(tài)。調(diào)節(jié)電路(30)與電容器(Km，Kr)斷開，后者的電荷被傳送到電容器(Ku)上。由于其它所有開關(guān)都處于開啟狀態(tài)且工作放大器(53)的反向輸入實(shí)際為地電位，即OV，所以在周期段(D6)期間，每個(gè)電容器(Km，Kr)的兩端電位也為OV。因此，下列等式成立dQm6＝(Um6-Um5)·Cm＝-[+b1·S-(a2+a3·vt)·U ]·Cm(16)dQr6＝(Ur6-Ur5)·Cr＝-[-b1·S+(a2+a3·vt)·U ]·Cr(26)dQ6＝dQm6(+dQr6＝-[+b1·S-(a2-+a3·vt)·U](Cm-Cr)(36)＝-k3·(Cm-Cr)Uu6＝Uu5-dQ6/Cu＝k3·(Cm-Cr)/Cu(46)Uf6＝Uf5＝S-k1·(Cm-Cr)/Cf-k2·Cm/Cf(56)周期段(D7)期間的開關(guān)狀態(tài)顯示在圖16中。這時(shí)開關(guān)(1，6，10，13，15，20，23)處于吸合狀態(tài)。調(diào)節(jié)電路(30)向電容器(Km，Kr)供電，但電壓與圖10中的不同。其它所有開關(guān)都處于開啟狀態(tài)。時(shí)鐘信號(hào)(T27)致使數(shù)字信號(hào)(A0，A1，B0)被輸送到三個(gè)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器中，進(jìn)而模擬信號(hào)(±a0，±a1，±b0)出現(xiàn)在相應(yīng)的轉(zhuǎn)換器的輸出端上。這樣，信號(hào)(-a0，-a1，+b0)作用于加法器(41)與此同時(shí)加法器(42)沒(méi)有接收到任何信號(hào)。
因此，下列等式成立Um7＝k2＝+b0·S-(a0+a1·vt)·U (17)Ur7＝Um7＝k2(27)Uu7＝Uu6＝+k3·(Cm-Cr)/Cu(47)Uf7＝Uf6＝S-k1·(Cm-Cr)/Cf-k2·Cm/Cf(57)周期段(D8)期間的開關(guān)狀態(tài)顯示在圖17中。開關(guān)(17，19，20，23)處于吸合狀態(tài)，調(diào)節(jié)電路(30)與電容器(Km，Kr)斷開，并且電容器(Kr)向地電位放電，以致只有電容器(Km)向電容器(Ku)
充電。由于其它所有開關(guān)都處于開啟狀態(tài)且工作放大器的反向輸入實(shí)際為地電位，即OV，所以在周期段(D8)期間電容器(Km)兩端的電位也為OV。
因此，下列等式成立dQm8＝(Um8-Um7)·Cm＝-[+b0·S-(a0+a1·vt)·U]·Cm＝-k4·Cm(18)dQr8＝Ur8＝0 (28)dQ8＝dQm8＝-k4·Cm(38)Uu8＝Uu7-dQ8/Cu＝+k3·(Cm-Cr)/Cu+k4·Cm/Cu(48)Uf8＝Uf7＝S-k1·(Cm-Cr)/Cf-k2·Cm/Cf(58)到了與周期段(D1)相對(duì)的周期段(D9)，一個(gè)循環(huán)期即告完成。周期段(D9)期間的開關(guān)狀態(tài)顯示在圖18中。這時(shí)一方面，開關(guān)(2，3，5，8，9，12，13，16，22，23，24，25)處于吸合狀態(tài)，如圖10中所示，由于其它開關(guān)，特別是開關(guān)(17，18，19，26)處于開啟狀態(tài)，所以僅調(diào)節(jié)電路(30)作用于電容器(Km，Kr)。時(shí)鐘信號(hào)T28致使數(shù)字信號(hào)(A2，A3，B1)被輸送到三個(gè)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(31，32，33)中，以致模擬信號(hào)(±a2，±a3，±b1)出現(xiàn)在相應(yīng)的轉(zhuǎn)換器的輸出端上。這樣，信號(hào)(+a2，+a3，-b1)再次被傳送到加法器(41)，信號(hào)(-a2，-a3，+b1)則被傳送到加法器(42)。
另一方面，電荷在積分器(51，52)的電容器(Ku，Kf)之間傳送。由于開關(guān)(17，18)處于開啟狀態(tài)，電荷不能作用于測(cè)量電容器和基準(zhǔn)電容器(Km，Kr)上。
除了上述等式(11)…(51)外，還有下列等式成立dQf9＝(Uu9-Uu8)·Cu＝[-k3·(Cm-Cr)/Cu-k4·Cm/Cu]·Cu(19)
Uu9＝0 (49)Uf9＝Uf8+dQf9/Cf＝S-(k1+k3)(Cm-Cr)/Cf-(k2+k4)Cm/Cf(59)如果(i)是8個(gè)周期階段(D1…D8)循環(huán)的連續(xù)序號(hào)，則下列通用關(guān)系式是正確的S8·(i+1)+1＝S8·i+1-(k1+k3)(Cm-Cr)/Cf-(k2+k4)Cm/Cf(6)如果i＝0，則等式(6)變成S9＝S1-(k1+k3)(Cm-Cr)/Cf-(k2+k4)Cm/Cf(7)若假定工作放大器是理想的放大器，則在穩(wěn)定狀態(tài)下列等式成立S8·(i+1)+1＝S8·i+1；k1＝k3；k2＝k4.
這樣，等式(6)右邊的第二項(xiàng)與第三項(xiàng)的和必須為零2(Sb1-Ua2-Ua3vt)(Cm-Cr)/Cf+2(Sb0-Ua0-Ua1vt)Cr/Cf＝S(b0+b1Cv1)-U[a0+a1vt+(a2+a3vt)CV1]＝0S=U·a0+a1vt+(a2+a3vt)cV1b0+b1cV1----(8)]]>等式(8)與權(quán)利要求1中給出的關(guān)系是一致的，這一條件是使用本發(fā)明線路必須予以滿足的。
權(quán)利要求
1.一種用于對(duì)從容性傳感器上得到的傳感器信號(hào)進(jìn)行線性化和溫度補(bǔ)償?shù)碾娐?，包括—一個(gè)測(cè)量電容器；—一個(gè)帶有聯(lián)接在工作電位和第一基準(zhǔn)電位特別是地電位之間的阻性溫度傳感器的溫感分壓器，用于檢測(cè)測(cè)量電容器的溫度；—一個(gè)用于電路信號(hào)輸出的時(shí)鐘調(diào)節(jié)電路，它利用模擬信號(hào)對(duì)測(cè)量電容器和基準(zhǔn)電容器發(fā)生作用，調(diào)節(jié)電路的第一輸入端聯(lián)在工作電位上，第二輸入端聯(lián)在溫度傳感器上；—一個(gè)在時(shí)鐘控制下可連接在測(cè)量電容器和基準(zhǔn)電容器上的積分級(jí)電路，其輸出端連接在調(diào)節(jié)電路的第三輸入端上，并作為整個(gè)電路的輸出端；—一個(gè)時(shí)鐘發(fā)生器，其輸出信號(hào)(S)滿足以下公式S=U·[a0+a1·vt+(a2+a3·vt)·cv]b0+b1·cv,]]>式中Cv下述電容比中的一個(gè)Cv1＝(Cm-Cr)/Cm，Cv2＝(Cm-Cr)/(Cm+Cr)Cv3＝(Cm-Cr)/Cr；Cm測(cè)量電器的電容量；Cr基準(zhǔn)電容器的電容量；U工作電位；a0零點(diǎn)調(diào)整值，a1溫度系數(shù)零點(diǎn)調(diào)整值；a2第一段刻度調(diào)整值；a3溫度系數(shù)刻度調(diào)整值；b0第二段刻度調(diào)整值；b1線性化調(diào)整值；Vt分壓器的溫感熱變阻值比。
2.如權(quán)利要求1中所述電路，其積分電路包括—帶有電容器的第一積分器，其極性必須在時(shí)鐘控制下顛倒；—在時(shí)鐘控制下可接到第一積分器輸出端的第二積分器。
3.如權(quán)利要求1中所述電路，其調(diào)節(jié)電路包括—第一數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，用于提供一個(gè)正向轉(zhuǎn)換器信號(hào)和一個(gè)反向轉(zhuǎn)換器信號(hào)，其基準(zhǔn)輸入是調(diào)節(jié)電路的第一輸入，其第一信號(hào)輸入由數(shù)字化零點(diǎn)調(diào)整值(A0)提供，其第二信號(hào)輸入由數(shù)字化第一刻度調(diào)整值(A2)提供，其第一和第二信號(hào)啟動(dòng)輸入由時(shí)鐘發(fā)生器控制?！诙?shù)/模轉(zhuǎn)換器，用于提供一個(gè)正向轉(zhuǎn)換器信號(hào)和一個(gè)反向轉(zhuǎn)換器信號(hào)，其基準(zhǔn)輸入就是調(diào)節(jié)電路的第二輸入，其第一信號(hào)輸入由數(shù)字化溫度系統(tǒng)零點(diǎn)調(diào)整值(A1)提供，其第二信號(hào)輸入由數(shù)字化溫度系數(shù)刻度調(diào)整值(A3)提供，其第一和第二信號(hào)啟動(dòng)輸入由時(shí)鐘發(fā)生器控制；—第三數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，用于提供一個(gè)正向轉(zhuǎn)換器信號(hào)和一個(gè)反向轉(zhuǎn)換器信號(hào)，其基準(zhǔn)輸入是調(diào)節(jié)電路的第三輸入，其第一信號(hào)輸入由數(shù)字化第二段刻度調(diào)整值(B0)提供，其第二信號(hào)輸入由數(shù)字化線性調(diào)整值(B1)提供，其第一和第二信號(hào)啟動(dòng)輸入由時(shí)鐘發(fā)生器控制；—一個(gè)第一加法器和一個(gè)第二加法器，每個(gè)加法器有一個(gè)輸出端和六個(gè)輸入端。第一加法器的第一和第二輸入端借助第1和第2開關(guān)分別接收第三數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的正向和反向轉(zhuǎn)換器信號(hào)，第二加法器的第一和第二輸入端借助第3和第4開關(guān)分別接收第三數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的正向和反向轉(zhuǎn)換器信號(hào)，第一加法器的第三和第四輸入端借助第5和第6開關(guān)分別接收第一數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的正向和反向轉(zhuǎn)換器信號(hào)，第二加法器的第三和第四輸入端借助第7和第8開關(guān)分別接收第一數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的正向和反向轉(zhuǎn)換器信號(hào)，第一加法器的第五和第六輸入端借助第9和第10開關(guān)分別接收第二數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的正向和反向轉(zhuǎn)換器信號(hào)，第二加法器的第五和第六輸入端借助第11和第12開關(guān)分別接收第二數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的正向和反向轉(zhuǎn)換器信號(hào)，同時(shí)，第一和第二加法器的輸出端借助第13和第14開關(guān)分別連到測(cè)量電容器上，并借助第15和第16開關(guān)分別連接基準(zhǔn)電容器上，測(cè)量電容器和基準(zhǔn)電容器遠(yuǎn)離開關(guān)的各端連接在第一基準(zhǔn)電位上。
4.如權(quán)利要求2中說(shuō)明的電路，使用電容比為Cv1＝(Cm-Cr)/Cm或Cv2＝(Cm-Cr)/(Cm+Cr)時(shí)，其第一積分器包括—一個(gè)第一工作放大器，其反向輸入端借助第17開關(guān)與測(cè)量電容器相連，且借助第18開關(guān)與基準(zhǔn)電容器相連，其第18開關(guān)與基準(zhǔn)電容器的聯(lián)接點(diǎn)借助第19工關(guān)與第二基準(zhǔn)電位相接，其非反向輸入端也與第二基準(zhǔn)電位相接，其反向輸入端借助三個(gè)并聯(lián)支路與輸出端相連，并聯(lián)支路中的第一支路包含串聯(lián)聯(lián)接的第20和第21開關(guān)，第二支路包含串聯(lián)聯(lián)接的第22和第23開關(guān)，第三支路包含第24開關(guān)，而電容器接在第20和第21開關(guān)的接點(diǎn)與第22和第23開關(guān)的接點(diǎn)之間。
5.如權(quán)利要求2中說(shuō)明的電路，其中的第二積分器包括—第二工作放大器，其反向輸入端借助第25開關(guān)接在第20和第21開關(guān)的接點(diǎn)上，并借助一個(gè)固定電容器與電路的輸出端相連，其非反向輸入端與第二基準(zhǔn)電位相接。
6.如權(quán)利要求4中說(shuō)明的電路，使用電容比為Cv3＝(Cm-Cr)/Cr時(shí)，它包括連接在第二基準(zhǔn)電位與第17開關(guān)和測(cè)量電容器接點(diǎn)之間的第26開關(guān)。
7.如權(quán)利要求1中說(shuō)明的電路，它包括一個(gè)連接在積分級(jí)電路輸出端上的濾波級(jí)電路。
8.如權(quán)利要求1-7中說(shuō)明的電路，其中，為控制所有26個(gè)開關(guān)和三個(gè)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器各自的信號(hào)啟動(dòng)輸入，時(shí)鐘發(fā)生器從基本時(shí)鐘信號(hào)中產(chǎn)生具有正電平和幾大段負(fù)電平的時(shí)鐘信號(hào)，在至少一個(gè)基本時(shí)鐘信號(hào)1/8周期段內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的電平。
全文摘要
傳感器信號(hào)溫度補(bǔ)償及線性化的線路，這里提供的用于對(duì)容性傳感器的傳感器信號(hào)進(jìn)行線性化及溫度補(bǔ)償?shù)木€路，只需少量元件，并且能很快地得到補(bǔ)償輸入信號(hào)。該線路包括測(cè)量電容器；熱變分壓器，用于檢測(cè)測(cè)量電容器的溫度；時(shí)鐘調(diào)節(jié)電路，一段在時(shí)鐘控制下可以連接到測(cè)量電容器和基準(zhǔn)電容器上的積分線路，輸出端即為整個(gè)線路的輸出端；時(shí)鐘發(fā)生器，輸出信號(hào)(S)為S＝U·[a
文檔編號(hào)G01D5/12GK1132349SQ95118560
公開日1996年10月2日 申請(qǐng)日期1995年11月8日 優(yōu)先權(quán)日1994年11月11日
發(fā)明者皮特魯斯·N·西辛克, 喬格·旋內(nèi)德, 理查德·瓦格納, 馬丁·米勒 申請(qǐng)人:恩德萊斯和豪瑟爾股份有限公司, 恩威科.邁斯和萊格爾泰尼克股份有限公司, 維加.格里沙伯公司