专利名称：用于测量电容的系统与方法
技术领域：
本发明总体上针对电路的电容测试。特别地，本发明针对用于检测耦合到驱动电路的输出的电路的电容的装置与方法。
背景技术：
对电路的电容测试已经进行很长时间了。测试耦合到驱动电路(例如，IC芯片) 的输出的电路的电容给出了新的挑战。现在，集成电路芯片广泛地用于控制或者驱动多种致动器(例如，微致动器，微机电(MEMS)致动器)。例如，IC用在如照相机的电子装备中， 以控制或驱动电机，所述电机驱动可调节的机械部件(例如，透镜)。耦合到IC芯片的致动器可以看作耦合到该IC芯片的输出引脚的电容器。对于IC芯片来说，测试耦合到该IC芯片的输出的电路的电容(例如，在利用激活电流驱动引脚之前，自身确定是否有负载装置连接到该芯片引脚)将是期望的。还没有用于为此提供简单、廉价的电路的已知的测试。相应地，在本领域中需要以最小的复杂度有效地测试耦合到IC引脚的电路的电容的电路。
图IA和IB是根据本发明的示例性实施方式的电容感测电路的示意图。图2是示出根据本发明的示例性实施方式的电容感测电路的示例性信号输出的图。图3是示出根据本发明的示例性实施方式的电容感测电路的示例性信号输出的图。图4是示出根据本发明的示例性实施方式、利用电容感测电路的处理的流程图。图5是根据本发明的示例性实施方式的电容感测电路的示意图。图6是示出根据本发明的示例性实施方式的电容感测电路的示例性信号输出的图。图7是示出根据本发明的示例性实施方式、利用电容感测电路的处理的流程图。
具体实施例方式提供了用于测试连接到驱动电路的输出引脚的负载电路的电容的系统与方法。在一种实施方式中，该方法可以包括将该输出引脚处的电压驱动至第一电压；将预定电流施加至该输出引脚；比较该输出引脚处的电压与参考电压；以及当该输出引脚处的电压与所述参考电压匹配时，基于在计时电压变化周期的开始与所述输出引脚处的电压与参考电压匹配的时刻之间出现的时钟循环数量来生成在所述输出引脚处存在的电容的估计结果。图IA是根据本发明的示例性实施方式的电容感测电路100的示意图。电容感测电路100可以包括放大器102、比较器104和计数器(例如，定时器)108。放大器102可以生成施加到输出引脚110的输出电压。比较器104可以比较施加到输出引脚110的电压与参考电压VKEF。在一种实施方式中，电容感测电路100可以设置在一般的IC芯片中。负载电路(例如，图1中建模为电容器106的负载装置)可以经引脚110耦合到IC芯片。放大器102可以在一个输入引脚处取得输入信号Vin并且经反馈路径在另一个输入引脚处取得输出电压Vott。输出电压Vott可以与具有响应延迟的输入电压Vin匹配。该响应延迟可能受电压Vot多快可以与Vin匹配的影响。因而，该响应延迟可能受负载电路可以多快充电的影响。在这种实施方式中，充电电流可以由放大器102的输出电流提供，该电流可以被电流源112的控制。电流源112可以针对放大器102的输出电流提供恒定的充电电流1_『在一种实施方式中，放大器102可以是电压输出放大器，并且输入Vin可以耦合到数模转换器(DAC)的输出。在另一种实施方式，反馈信号可以经电阻分压器耦合。比较器104和计数器108可以估计耦合到引脚110的负载电路充电至某个电压的响应时间。例如，如果负载装置(例如，电容器106)耦合到引脚110，则该负载装置可能具有电容。该电容可以由输出电压Vott匹配参考电压Vkef的响应延迟来确定。比较器104的输出信号Votp可以耦合到计数器108的一个输入引脚。计数器108的另一个输入引脚可以耦合到时钟信号FaK。由此，计数器108可以计数输出电压Vot匹配参考电压Vkef的响应时间(例如，响应延迟)。相应地，可以确定负载电路的电容。在一种实施方式中，计数器108 可以是用于估计耦合到引脚110的负载电路的电容的电容感测电路100的判定逻辑部(未示出)的一部分。电容的估计可以基于耦合到引脚110的负载电路充电至参考电压的估计响应时间。在一种或多种实施方式中，是否可能存在负载装置可以基于该电容来确定。在如图IA所示的实施方式中，输出信号Vqut可以直接连接到比较器104的输入引脚，以使比较器104比较Vqut与VKEF。在另一种实施方式中，比较器104使用的参考电压可以是输入电压VIN。因而，输出电压Vott可以与输入电压Vin进行比较。电容可以通过输出电压Vott匹配输入电压Vin的响应延迟来确定。但是，如图2(a)中所示，当电平接近输入电压Vin时，输出电压Vott的上升可能不是线性的。因此，输出信号Vot可以经偏移电SVtw(以虚线显示)连接到比较器 104的输入引脚。图IB是更具体地示出放大器102的输出部分中的电容感测电路100的示意图。放大器102的输出部分可以包括晶体管114，并且电流源112可以耦合到晶体管114的一个端子。输出引脚110可以耦合到晶体管114的另一个端子。晶体管114的控制端子可以耦合到放大器102的输出。在图IB所示的实施方式中，晶体管114可以是PMOS晶体管。但是，晶体管114不仅限于PMOS晶体管，还可以是NMOS晶体管或者双极晶体管(ρ-沟道或者 η-沟道)。在一种实施方式中，电容感测电路100可以包括另一个晶体管(例如，NMOS晶体管，未示出)，作为将PMOS晶体管114的漏极耦合到地的电流吸收器。类似于PMOS晶体管 114,NMOS晶体管的栅极可以耦合到放大器102的输出。因为PMOS晶体管114可以使放大器102的输出信号反相，所以与图IA的放大器102相比，图IB的放大器102的正和负输入可以切换，从而在输出引脚110生成类似的输出信号。图IB中所示的电容感测电路100的其它部件可以类似于图IA中所示的对应部分工作。图2示出了可以由图1的系统生成的示例波形。对于图2中所示的实施方式，参考电压Vkef可以设置成VIN。图2(a)示出了响应于输入电压Vin生成的放大器102的输出电压VOTT。从时刻、至时刻t1; Vin和Vott处于相同的电压电平。在时刻t1; Vin可以突然改变 Δ V的量。输出信号Vott将基于在输出引脚110处存在的电容Cott在从、至t2的时间内如下变化
权利要求
1.一种用于测试连接到驱动电路的输出引脚的负载电路的电容的方法，所述方法包括将所述输出引脚处的电压驱动至第一电压；将预定的电流施加到所述输出引脚；将所述输出引脚处的电压与参考电压进行比较；以及当所述输出引脚处的电压与所述参考电压匹配时，基于在计时电压变化周期的开始与所述输出引脚处的电压和所述参考电压匹配的时刻之间出现的时钟循环的数量，来生成对在所述输出引脚处存在的电容的估计结果。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述电容基于所述输出引脚处的电压而变化，并且所述第一电压是针对所述负载电路的期望电压。
3.如权利要求1所述的方法，其中比较电压是通过比较器执行的，其第一输入耦合到所述输出引脚，而第二输入耦合到所述参考电压。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述负载电路包括电动机，并且所述输出引脚被电压输出放大器驱动至所述第一电压，所述电压输出放大器从数模转换器输出控制信号。
5.如权利要求4所述的方法，其中在所述电压输出放大器中设置电流源，并且该电流源以电流受限的模式连接到所述输出引脚。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述计时电压变化周期的开始通过所述电压输出放大器的输入处的突然电压变化来触发。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述输出引脚经由偏移电压耦合到所述比较器的输入，并且所述参考电压等于所述第一电压和所述突然电压变化的组合。
8.如权利要求5所述的方法，其中，在所述电压输出放大器的输入处的突然电压变化之后，当所述输出引脚处的电压与所述参考电压的第一值匹配时，所述计时电压变化周期开始；并且，当所述输出引脚处的电压与所述参考电压的第二值匹配时，所述计时电压变化周期结束，其中所述参考电压的第一值小于所述参考电压的第二值，并且所述参考电压的第二值小于所述第一电压与所述突然电压变化的组合。
9.如权利要求4所述的方法，其中电流源是与所述电压输出放大器分开设置的。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述计时电压变化周期的开始是通过将所述电流源连接到所述输出引脚来触发的，所述参考电压等于所述第一电压与所述电压变化的组I=I O
11.如权利要求1所述的方法，其中所述预定电流是充电电流，并且所述输出引脚在所述计时电压变化周期内充电。
12.如权利要求1所述的方法，其中所述预定的电流是吸收电流，并且所述输出引脚在所述计时电压变化周期内放电。
13.一种用于测试耦合到电路的输出引脚的负载电路的电容的系统，所述系统包括 驱动放大器，具有耦合到所述输出引脚的输出，其中所述放大器的第一输入耦合到输入信号，并且所述放大器的第二输入耦合到所述放大器的输出；电流源，选择性地耦合到所述输出引脚，所述电流源在测试周期中将电流施加到所述输出引脚；比较器，具有耦合到所述输出引脚和参考电压的输入；以及判定逻辑部，耦合到所述比较器的输出，以基于所述输出引脚处的电压的时间响应来确定所述输出引脚处存在的电容。
14.如权利要求13所述的系统，其中所述判定逻辑部包括计数器。
15.如权利要求14所述的系统，其中所述计数器计数所述输出引脚匹配所述参考电压的计时电压变化周期，并且所述判定逻辑部使用所述计时电压变化周期、充电电流和充电速率来确定耦合到所述输出引脚的负载电路的电容。
16.如权利要求15所述的系统，其中所述参考电压是由所述输入信号提供的，并且所述输出引脚经由偏移电压耦合到所述比较器。
17.如权利要求16所述的系统，其中所述计时电压变化周期是通过当阶跃变化施加到所述输入信号时启动计数器并且当所述输出引脚处的电压达到所述参考电压减去所述偏移电压时停止计数器来确定的。
18.如权利要求15所述的系统，其中所述计时电压变化周期是通过在阶跃变化施加到所述输入信号之后当所述输出处的电压达到所述参考电压的第一值时启动计数器并且当所述输出引脚处的电压达到所述参考电压的第二值时停止计数器来确定的。
19.如权利要求13所述的系统，其中所述放大器是电压输出放大器，所述负载电路包括电动机，并且所述放大器从数模转换器输出针对所述电动机的控制信号。
20.如权利要求13所述的系统，其中所述外部电路的电容随所述输出引脚处的电压而变化。
21.如权利要求13所述的系统，其中所述电流是充电电流，并且所述输出引脚在所述计时电压变化周期内充电。
22.如权利要求13所述的系统，其中所述电流是吸收电流，并且所述输出引脚在所述计时电压变化周期内放电。
23.一种用于测试耦合到电路的输出引脚的负载电路的电容的系统，包括第一电开关和第二电开关；驱动放大器，具有经所述第一电开关耦合到所述输出引脚的输出，其中所述放大器的第一输入耦合到输入信号，并且所述放大器的第二输入耦合到所述放大器的输出；电流源，经所述第二电开关选择性地耦合到所述输出引脚，所述电流源在测试周期中将电流施加到所述输出引脚；比较器，具有耦合到所述输出引脚和参考电压的输入；以及判定逻辑部，耦合到所述比较器的输出，以基于所述输出引脚处的电压的时间响应确定所述输出引脚处存在的电容。
24.如权利要求23所述的系统，其中所述判定逻辑部包括计数器，所述计数器计数所述输出引脚从针对所述输出引脚的期望电压充电至所述参考电压的计时电压变化周期，并且所述判定逻辑部使用所述计时电压变化周期、电流和改变速率确定耦合到所述输出引脚的负载电路的电容。
25.如权利要求M所述的系统，其中所述计时电压变化周期是通过当所述第二电开关连接时启动定时器并且当所述输出引脚处的电压达到所述参考电压时停止定时器来确定的。
26.如权利要求23所述的系统，其中所述放大器是电压输出放大器，所述负载电路包括电动机，并且所述放大器从数模转换器输出针对所述电动机的控制信号。
27.如权利要求23所述的系统，其中所述负载电路的电容随所述输出引脚处的电压而变化。
28.如权利要求23所述的系统，其中所述电流是放电电流，并且所述输出引脚在所述计时电压变化周期内放电。
29.如权利要求23所述的系统，其中所述电流是充电电流，并且所述输出引脚在所述计时电压变化周期内充电。
全文摘要
本发明涉及用于测试连接到驱动电路的输出引脚的负载电路的电容的系统与方法。在一种实施方式中，该方法可以包括将所述输出引脚处的电压驱动至第一电压；将预定的电流施加到所述输出引脚；将所述输出引脚处的电压与参考电压进行比较；并且，当所述输出引脚处的电压与所述参考电压匹配时，基于在计时电压变化周期开始与所述输出引脚处的电压与所述参考电压匹配的时刻之间出现的时钟循环数量来生成对在所述输出引脚处存在的电容的估计结果。
文档编号G01R27/26GK102576043SQ201080045900
公开日2012年7月11日 申请日期2010年8月27日 优先权日2009年8月27日
发明者M·莫菲, S·伊利亚特 申请人:美国亚德诺半导体公司
专业数控铣床产品供应商
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