电缆线电容测试方法

电缆线寄生电容测试设计

设计一个电缆寄生电容测试系统，要求：

1．给出测试原理；

2．给出测试系统原理图。

设计过程：

1）测试原理框图

图1 电缆电容测试原理框图

时钟信号由石英晶振形成2MHz, 再采用4分频电路实现时钟信号。多路电子开关由CC B器件实现。检测电路采用具有场效应管做输入的高输入阻抗运放，因而具有很低4066

V。的输入电流和低失调电压。为了提高测量精度，采用集成稳压电路实现高稳定电压源

C 2）测试原理说明

图2 电容充放电原理图

CMOS 开关1K 和2K 受时钟信号P C 控制，其通断时序见图1所示。在1K 通，2K 断期间, A 点接到电压源C V 上，对X C 充电。后半周期，1K 断，2K 通,X C 上的电荷泄放。此

时，X C 一端B 点接地，另一端A 点接到虚地。因此，在后半周期中，

X C 上的电荷C X Q V C =全部泄放掉。在时钟脉冲控制下,充放电过程以频率1f T =。

重复进行, 因而平均放电电流为：

m C X I V C f =⋅⋅

该电流被转换成电压并通过C 而平滑,最后给出一个直流输出电压：

0f m f C X V R I R V C f =⋅=⋅⋅⋅

其中，开关1K 、2K 、3K 、4K 受时钟脉冲控制。1K 与3K 通、2K 与4K 断时为充电状态， 1K 与3K 断、2K 与4K 通时为放电状态。在P C 作用下，便形成对X C 的周期充电和放电，并在电荷检测器输出端产生一个正比于X C 的直流电压。

如果考虑到屏蔽与X C 两极板的寄生电容以及与X C 相连的开关的杂散电容，有图2的

电路模型。其中，SA C 、SB C 分别为A 、B 电极板与屏蔽之间的寄生电容。1P C 、2P C 、3P C 、4P C 分别为传感器连接到开关1K 、2K 、3K 和4K 的杂散电容。X R 为漏电阻,一般很大。C 为去耦电容，m X C C ,其目的是去除输入端的瞬态电压尖峰信号。f f f T R C =⋅一般较大。

图3 电容等效电路图

A) 充电过程：

当时钟信号变高电平时, 1K 和3K 接通,开始对X C 充电(此时2K 和4K 处于断开状态)。X C 上的电压很快（约20ns ) 被充电到C V 。

令014SA P P C C C C =++，023SB P P C C C C '=++。与0C 有关的各电容器的电压也被充电到C V ，而与B 极相连的所有寄生电容0C '均通过3K 被放电至零电位。

B) 放电过程：

当时钟信号变低电平时, 1K 与3K 断开, 2K 闭使B 极板与保持虚地的检测计输入端相接, 然后4K 接通。经过很短时间（约20ns ) ,使X C 和0C 的电位放电到零电位。只有X C 和0C '中的放电电流流经检测计，因此，0C 对测量X C 没有影响。

由于在2K 接通前，0C '处于零电位，当2K 接通后，0C '从检测器输入端拉走的电荷为：

0Q C V '''=⋅

由于在检测极B 与地之间无电流泄放通道，在放电间隔内流过检测器的全部电荷为

0X C Q C V C V ''=+。当检测器的放大器的开环增益1000>时，V '小于5mV 。

若取5C V V =，则检测器对0C '的灵敏度远远小于对X C 的灵敏度。由于：

0/50.001/5X C Q C V mV Q C V V

''∂∂=≤=∂∂ 因此，0C '对X C 的测量的影响很小。