Kapazitätsmessung wird zur Zeitmessung

Auf einem neuartigen, als »Picocap« bezeichneten Kapazitätsmessverfahren beruht der digitale Messbaustein PS021 von Acam Messelectronic in Stutensee-Blankenloch.

Mittels eines integrierten Time-to-Digital-Converters (TDC) überführt der Schaltkreis Kapazitätsmessungen direkt in präzise Zeitmessungen. Er vergleicht dabei die zu messende Kapazität, die vom fF-Bereich bis über 100 nF reichen kann, mit einer Referenzkapazität und ermittelt den Unterschied zwischen ihnen. Die Sensorkapazität und die Referenzkapazität sind mit einem Widerstand verbunden und bilden so einen Tiefpass. Beide Kapazitäten werden auf die Versorgungsspannung aufgeladen und dann abwechselnd über den Widerstand entladen.

Der TDC misst präzise die Entladezeit bis zu einer beliebigen Schwelle; er bietet eine Single-Shot-Auflösung von typisch 15 ps, die sich durch Mittelung bis in den Femtosekundenbereich verbessern lässt. Der Messvorgang wird im Zeitmultiplex mit beiden Kapazitäten wiederholt. Durch die Verhältnisbildung werden die absoluten Werte und die Temperaturdriften des Widerstands und des Komparators herausgerechnet.