專(zhuān)利名稱(chēng)：具有電容開(kāi)關(guān)功能的電子電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及改良型的、能夠影響電子電路行為的電容傳感器，特別 是依據(jù)所述傳感器檢測(cè)到的電容的變化而作為開(kāi)關(guān)工作的類(lèi)型。
背景技術(shù)：
在接下來(lái)的描述中，會(huì)特別提到用于控制家用電器的電容式傳感器， 但是應(yīng)該理解，本發(fā)明適用于任何使用電容式"接觸控制"傳感器的工作 應(yīng)用。眾所周知，普遍需要不使用開(kāi)關(guān)、按鈕等或其它類(lèi)型的機(jī)械控制來(lái)操作家用電器，有很多原因- 一個(gè)原因在于費(fèi)用；由于電子裝置成本的不斷降低，機(jī)械裝置作為 開(kāi)關(guān)已經(jīng)變得越來(lái)越不具竟?fàn)幜Γ?第二個(gè)原因來(lái)自于功能可靠性；作為事實(shí)，在潮濕以及一些不很清 潔的環(huán)境中，家庭環(huán)境通常是這樣，塵土很容易進(jìn)入機(jī)械裝置中，這最 后可能會(huì)危及正常的工作。-第三個(gè)原因與外部尺寸有關(guān)；眾所周知，工業(yè)生產(chǎn)的機(jī)械裝置呈現(xiàn) 出的尺寸不能被縮減太多，這可能不利于審美以及一般的器具結(jié)構(gòu)。為了消除這些不利因素，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一些"接觸控制"指令，其工作 方式在于通過(guò)適當(dāng)?shù)碾娙輦鞲衅鳈z測(cè)電容的變化，而這種變化影響預(yù)定 的開(kāi)關(guān)/選擇電路的操作。所述電容變化是由使用者對(duì)適當(dāng)?shù)募矣帽砻孢M(jìn)行簡(jiǎn)單的接近或接觸 所產(chǎn)生的，從而在下層的設(shè)備上對(duì)應(yīng)地產(chǎn)生上述的電容變化。在本領(lǐng)域中已知很多能檢測(cè)電容變化的電路，它們可以按照電路類(lèi) 型被分為"分壓器"、"橋接"電路、或者基于適當(dāng)?shù)亩囝l振蕩器的頻率變化 的電路。這種電路通常是有效的，而且從工作的觀點(diǎn)來(lái)看也是可靠的；然而，它們也確實(shí)表現(xiàn)出共同的缺點(diǎn)，它們很昂貴而且會(huì)受到更多問(wèn)題的影響， 例如它們?nèi)菀撞黄胶夂筒荒苄?zhǔn)。此外，由于環(huán)境中可能產(chǎn)生靜電電壓，以及所4吏用的低電壓電子元 件的特性，會(huì)碰到一些顯著的安全問(wèn)題，因此導(dǎo)致整體的可靠性問(wèn)題。例如，日本專(zhuān)利(申請(qǐng))10154037使用了穩(wěn)壓二極管以及其它元件 來(lái)解決接觸傳感器上可能的電壓過(guò)高所引起的問(wèn)題；然而，該專(zhuān)利要使 用大量很昂貴的電子元件；而且這個(gè)專(zhuān)利并不能解決可能產(chǎn)生的有害的 不平纟釺問(wèn)題。美國(guó)6583676 B2公開(kāi)了一種能夠檢測(cè)接近/接觸信號(hào)的電路，設(shè)有能 夠執(zhí)行自動(dòng)校準(zhǔn)的設(shè)備和工作模式；然而，即使在該案例中自動(dòng)校準(zhǔn)并 不能完全避免所述電路偶然的不平衡，因此有啟動(dòng)有害輸出信號(hào)的風(fēng)險(xiǎn)。發(fā)明內(nèi)容基于前述的考慮，本發(fā)明的目的在于，提供一種能夠自動(dòng)地、從本 質(zhì)上補(bǔ)償驅(qū)動(dòng)電容的水平的任何無(wú)意的變化。而且，這樣的電路必須能容易地利用現(xiàn)有的技術(shù)生產(chǎn)，并在最終的 成本以及執(zhí)行的可靠性上具有竟?fàn)幜Α＿@些目的通過(guò)一種特殊類(lèi)型的電路得以實(shí)現(xiàn)，該電路設(shè)有此類(lèi)的工 作裝置及控制裝置，并且根據(jù)后附的權(quán)利要求中詳述的特性進(jìn)行工作。


本發(fā)明可以根據(jù)其優(yōu)選的、但并非唯一的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)，下面將參照 附圖僅僅通過(guò)非限制性的實(shí)例詳細(xì)地描述和說(shuō)明，在圖中圖l是本發(fā)明的電路的實(shí)現(xiàn)方式的整體原理圖，圖2示出了人體相對(duì)于環(huán)境中設(shè)置的電容傳感器的電容性連接的簡(jiǎn) 化的示意性電路，圖3示出了圖l的電路的優(yōu)選實(shí)施例的一般原理圖，圖4示出了圖3的傳感器的放大圖，圖5在同一圖表中象征性地示出了理想方波電-各(squaring circuit)的 工作原理，圖6示出了一些表示分別在兩個(gè)工作階段在本發(fā)明的電路的各個(gè)點(diǎn) 檢測(cè)到的脈沖波形的圖表。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的主要目的是構(gòu)建一種"橋接"電路，即典型的對(duì)稱(chēng)電路，其 中通過(guò)適當(dāng)?shù)谋容^裝置對(duì)兩個(gè)名義上類(lèi)似的電學(xué)量進(jìn)行比較，能夠產(chǎn)生 與所述比較的結(jié)果相對(duì)應(yīng)的信號(hào)。已知在待命(stand-by)情況下，也就是當(dāng)基本上對(duì)稱(chēng)的"橋接"電 路在兩個(gè)對(duì)稱(chēng)點(diǎn)收到兩個(gè)類(lèi)似的電信號(hào)，會(huì)產(chǎn)生正常編碼且低水平的信 號(hào)，這種情況已經(jīng)被認(rèn)識(shí)到并同樣可以通過(guò)被下達(dá)了合適指令利用電路 進(jìn)行處理。相反，所述的兩個(gè)信號(hào)不同，則產(chǎn)生不同的信號(hào)，并且可以充分地 理解和利用這樣的差異。"橋接"電路的優(yōu)點(diǎn)在于，如果兩個(gè)被比較的輸入信號(hào)通過(guò)類(lèi)似的方 式修改，例如由于相關(guān)電路中使用元件的特性有相同的偏離，那么特征 在于比較兩個(gè)輸入信號(hào)的"橋接"電路就不再能夠檢測(cè)到這些信號(hào)之間的 相對(duì)的修改，于是繼續(xù)產(chǎn)生好像所述兩個(gè)輸入信號(hào)沒(méi)有修改的情況所對(duì) 應(yīng)的信號(hào)?？傊?，"橋接"電路記錄并檢測(cè)輸入信號(hào)之間的相對(duì)變化，并提供與 所述差異相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。參照?qǐng)D2，本發(fā)明是基于"電容耦合"的原理在這里得以說(shuō)明。處于與 電容傳感器2接觸或者靠近于電容傳感器2的位置的人體改變了所述傳 感器所測(cè)得的電容?，F(xiàn)代的電容技術(shù)是基于"電荷轉(zhuǎn)移"原理。手指接觸玻璃(塑料、石 頭、陶瓷以及大多數(shù)的木頭)會(huì)吸收一些電荷耦合并減少耦合的電荷。 然后，傳感器的處理電路的信號(hào)由處理器讀取。足夠的傳感器信號(hào)變化 會(huì)指示出接觸。參照?qǐng)D1,根據(jù)本發(fā)明的電路包括 -脈沖發(fā)生器1,-兩個(gè)輸入電阻或阻抗R1、 R2,它們分別有末端與所述脈沖發(fā)生器 連接，-兩個(gè)輸入電容器C1、 C2,它們分別有末端接地(G)，而另外的末 端TP2、 TP1分別與每個(gè)所述輸入電阻各自的另外的末端連接；-兩個(gè)脈沖信號(hào)的方波電路或邏輯觸發(fā)器Sl、 S2，它們的輸入連接 與所述另外的末端2、 3相連并適于按照后面將要解釋的功能進(jìn)行工作，-裝置"D"，能夠比較所述兩個(gè)脈沖方波電路Sl、 S2的兩個(gè)輸出信 號(hào)，并可以在各自的輸出端"TP3 "上提供各自的輸出信號(hào)。因此，所述比較器電路是已知為"XOR"的電路，并且例如通過(guò)類(lèi)型 為74HC86的i殳備制成。至于所述兩個(gè)邏輯電路Sl和S2 (觸發(fā)器)，它們可以由具有生成并 將具有預(yù)定幅度的方波脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為輸出的性能的邏輯電路組成，其保持在預(yù)定的閾值水平的時(shí)間間隔；應(yīng)該理解，當(dāng)所述輸入信號(hào)返回到 低于所述閾值時(shí)，方波輸出信號(hào)終止。參照?qǐng)D5，在通常的邏輯門(mén)的輸出特性中，高水平和低水平之間的過(guò) 渡區(qū)域是非常不確定的，因?yàn)橄嚓P(guān)的信號(hào)不可能非常陡峭。相反，本領(lǐng)域公知的Schmitt觸發(fā)器則顯示出兩個(gè)非常陡峭的開(kāi)關(guān)閾值。從零輸入電壓Vi開(kāi)始，觸發(fā)器的輸出Vo保持在高水平，直到Vi超 過(guò)所謂的較高閾值Vt。只有當(dāng)輸入電壓下降到低于較低闊值Vs時(shí)，輸出 才從低水平返回到高水平。圖5的圖表中的兩幅圖明顯示出，Schmitt觸發(fā)器被用作有效的方波 裝置，即將任意形狀的信號(hào)轉(zhuǎn)換成方波。電路"D"為比較電路，例如74HC86型；其功能是產(chǎn)生脈沖輸出信號(hào)， 其中任意輸出脈沖的前沿與來(lái)自兩個(gè)方波電^各中預(yù)定的一個(gè)的脈沖的前 沿同步，而且其后沿與來(lái)自另 一個(gè)方波電路的脈沖的前沿同步。通過(guò)這種方式，該比較電路"D"產(chǎn)生脈沖序列，其時(shí)間長(zhǎng)度僅取決于 來(lái)自方波電路的脈沖之間的時(shí)間間隔或延遲。圖1示出了完全對(duì)稱(chēng)的電路，在比較器的上游。圖3則示出了實(shí)際的電路，其中可以看出阻抗R1和R2呈現(xiàn)出不同的值(2.2k和IOM)。這是由于兩個(gè)電容器C1和C2具有不同的電容，同樣通過(guò)不對(duì)稱(chēng)的方式實(shí)現(xiàn)。事實(shí)上，電容器C1由類(lèi)似環(huán)形的第一電極4和第二電極5構(gòu)成，第一電極4基本上是平面的，為內(nèi)部開(kāi)口的環(huán)形物，第二電極5由設(shè)置在所述第一電極4的周界內(nèi)側(cè)的平面構(gòu)成。電容器C2由放置在所述第一和第二電極4、 5之間的環(huán)形的第三電極6構(gòu)成，C2的另一個(gè)電極同樣由Cl的外側(cè)類(lèi)似環(huán)形的電極4提供，于是該電極形成兩個(gè)電容器共用的電極。然后，所述外側(cè)類(lèi)似環(huán)形的電極4接地G。由于相關(guān)的結(jié)構(gòu)很不相同，因此C1和C2的電容顯然不同。然而，這樣的結(jié)構(gòu)布局是有用的，而且是僅通過(guò)使用者的動(dòng)作以非對(duì)稱(chēng)的方式同時(shí)改變兩個(gè)電容的強(qiáng)制性要求；事實(shí)上，如果手指接近所述電容器的中心區(qū)域，即接近電極5，由于前面解釋過(guò)的原因，這樣操作確實(shí)使兩個(gè)電容器Cl和C2的電容都發(fā)生了改變，但是這種變化在它們之間是有差別的?，F(xiàn)在參照?qǐng)D6，左欄中的圖表以象征性的方式描繪了使用者的手指沒(méi) 有接近兩個(gè)電容器C1和C2時(shí)，指定的點(diǎn)處的脈沖的形狀，即這時(shí)兩個(gè) 電容器的電容僅依賴(lài)于其幾何布置；右欄中的圖表示出了當(dāng)兩個(gè)電容器 Cl和C2的電容改變時(shí)，例如當(dāng)手指接觸中心的電極5時(shí)，對(duì)應(yīng)的脈沖 如何變化，當(dāng)然是在相同的測(cè)量點(diǎn)。因此，沒(méi)有接觸兩個(gè)電容器C1和C2時(shí)，來(lái)自于脈沖發(fā)生器l的脈沖序異至少部分地補(bǔ)償了電容器之間的電容差異)，因此兩個(gè)對(duì)應(yīng)的方波脈沖 序列在點(diǎn)TP4和TP5 (左欄)同樣幾乎直線上升。這些信號(hào)經(jīng)過(guò)比較電路"D"處理后，生成一列時(shí)間長(zhǎng)度tl非常有限的脈沖"H"。相反，如果手指接近兩個(gè)電容器的中心區(qū)域，則(圖6,右欄)C1 和C2的兩個(gè)電容以不同的方式變化，并且由于阻抗R1和R2保持不變，點(diǎn) TP1和TP2處各自的脈沖序列發(fā)生變化，至少它們前沿的形狀會(huì)發(fā)生變化。因此，兩個(gè)方波電路S1和S2生成兩個(gè)各自的方波信號(hào)，兩個(gè)信號(hào)在 除相位，即起始時(shí)間，之外的所有特征上都極其類(lèi)似，而且在比較電路"D" 中引入的這些方波信號(hào)生成由序列脈沖"K"構(gòu)成的相關(guān)的輸出信號(hào)，脈沖 "K"具有比剛剛描述的脈沖"H"長(zhǎng)的時(shí)間長(zhǎng)度t2。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠認(rèn)識(shí)到兩個(gè)信號(hào)"H"和"K"之間的差異并可以根 據(jù)公知的技術(shù)加以利用，利用已知的裝置和步驟，通過(guò)這些信號(hào)激活對(duì) 應(yīng)的控制電路。優(yōu)選地，電路"D，，產(chǎn)生的輸出信號(hào)可以不僅是脈沖類(lèi)型的，而是，參 照?qǐng)Dl,在比較器"D"的輸出點(diǎn)TP3上設(shè)有常規(guī)的整流(levelling)電路C3 -R3，其本身是公知的；這樣的電路有效地整流輸出信號(hào)，因此對(duì)應(yīng)于 剛說(shuō)明過(guò)的兩個(gè)工作階段，在標(biāo)記為"KEY"的點(diǎn)，提供了兩個(gè)相應(yīng)的信 號(hào)，這兩個(gè)信號(hào)均為常量，直流(D.C )但是具有不同的幅值，0.5V和1.5V， 如圖6中下部的兩個(gè)圖表所示，其它的無(wú)需進(jìn)一步解釋。因此，現(xiàn)在根據(jù)本發(fā)明的電路的操作及工作方式應(yīng)該是清楚的；手 指不接觸電極5時(shí)，C1和C2的電容保持其初始值，電路在點(diǎn)TP1和TP2處 呈現(xiàn)出下述的脈沖，在電路S1和S2適當(dāng)?shù)姆讲ㄞD(zhuǎn)換動(dòng)作之后，電路"D" 進(jìn)行隨后的比較，產(chǎn)生時(shí)間長(zhǎng)度為tl的脈沖序列"H";當(dāng)對(duì)電極進(jìn)行實(shí)際 接觸時(shí)，產(chǎn)生了具有明顯不同于tl的時(shí)間長(zhǎng)度t2的脈沖序列"K";利用這 樣的差異產(chǎn)生要發(fā)送到后面的控制器以及激活器的指令，所述控制器和 激活器執(zhí)行與接觸特定電極5相對(duì)應(yīng)的預(yù)定操作。
權(quán)利要求
1.一種電子電路，用于檢測(cè)電容變化，特別用于家用電器，其特征在于，所述電子電路能夠檢測(cè)兩個(gè)不同的接觸電容器(C1，C2)的有差別的電容變化，所述電子電路包括能夠?qū)⒊Ｒ?guī)的脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的、經(jīng)過(guò)兩個(gè)濾波器(R1，C1-R2，C2)濾波的信號(hào)轉(zhuǎn)換為方波的裝置，其中各個(gè)電容器(C1，C2)就是上述的接觸電容器(C1，C2)，每個(gè)電容器的各有一個(gè)終端接到公共的地(G)，而且，所述裝置還能夠比較所述方波脈沖序列(TP4，TP5)的兩個(gè)信號(hào)，并且能夠提供取決于所述信號(hào)比較結(jié)果的輸出信號(hào)(KEY)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子電路，其特征在于，所述輸出信號(hào) (KEY)取決于所述方波脈沖序列的脈沖(H, K)之間的相位差。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電子電路，其特征在于，所述電子電路包括脈沖發(fā)生器(1),兩個(gè)輸入阻抗(R1， R2),每個(gè)阻抗具有各自的一個(gè)與所述脈沖發(fā)生 器連接的終端，兩個(gè)接觸電容器(C1， C2),每個(gè)接觸電容器具有各自的一個(gè)與公共 的地(G)連接的終端，并且各自的另一個(gè)終端(5, 6)與所述輸入阻抗 (R1, R2)的另一個(gè)終端連接，兩個(gè)能夠?qū)⒚}沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為方波的電路(S1, S2)，所述電路的輸入 端與所述輸入阻抗(R1, R2)的各自的所述另一個(gè)終端(5， 6)連接，比較裝置(D),能夠比較來(lái)自所述兩個(gè)方波電路(Sl， S2)的輸出 信號(hào)，而且能夠在各個(gè)輸出端(TP3)上提供輸出信號(hào)(KEY)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電子電路，其特征在于，所述比較裝置(D ) 為能夠比較兩個(gè)脈沖輸入信號(hào)的電路(XOR),并且能夠根據(jù)所述兩個(gè)脈 沖輸入信號(hào)(TP4, TP5)之間是否存在預(yù)定水平的相位差來(lái)提供預(yù)定的 邏輯信號(hào)(KEY)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電子電路，其特征在于，所述輸出端(TP3 )通過(guò)與輸出電容器(C3)串聯(lián)的輸出電阻(R3)連接到所述的地(G), 并且最后流出的電壓(KEY)在所述輸出電阻(R3)和所述輸出電容器 (C3)之間的位置提取。
6. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的電子電路，其特征在于，所 述方波電路為兩個(gè)Schmitt觸發(fā)器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的電子電路，其特征在于，所述兩個(gè)接 觸電容器(CI, C2)具有不同的電容值，兩個(gè)輸入阻抗(R1, R2)具有 不同的值，而且這些值的大小使得各自產(chǎn)生的脈沖序列具有基本上類(lèi)似 的幅度以及相同的相位。
8. 根據(jù)從權(quán)利要求2開(kāi)始的任意權(quán)利要求所述的電子電路，其特征 在于，所述兩個(gè)接觸電容器(CI, C2)包括各自的電極對(duì)，其中第一電 容器(Cl)由類(lèi)似環(huán)形的第一電極(4)和第二電極(5)組成，所述第 一電極基本上是平面的并且是內(nèi)部開(kāi)口的，所述第二電極由設(shè)置在所述 第一電極(4)的周界內(nèi)側(cè)的平面構(gòu)成，所述第二電容器(C2)由放置在 所述第一和第二電極(4， 5)之間的環(huán)形的第三電極(6)構(gòu)成，而所述 第二電容器(C2)的另一個(gè)電極同樣由所述第一電容器(Cl)的外側(cè)類(lèi) 似環(huán)形的電極(4)構(gòu)成，所述類(lèi)似環(huán)形的外側(cè)電極(4)接地(G)。
全文摘要
一種電子電路，用于檢測(cè)兩個(gè)不同的接觸電容器(C1，C2)電容變化，包括能夠?qū)⒊Ｒ?guī)脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的、經(jīng)過(guò)濾波器(R1，C1-R2，C2)濾波的信號(hào)轉(zhuǎn)換為方波的裝置，其中的各個(gè)電容器(C1，C2)就是上述的接觸電容器，這些電容器的各有一個(gè)終端接到公共的地(G)；所述裝置還能夠產(chǎn)生各自的由方波脈沖序列形成的信號(hào)，能夠比較所述兩個(gè)信號(hào)并提供取決于對(duì)所述信號(hào)進(jìn)行比較的結(jié)果的輸出信號(hào)。所述輸出信號(hào)依賴(lài)于所述兩個(gè)方波脈沖序列的脈沖之間的差異。
文檔編號(hào)H03K17/955GK101253688SQ200680032004
公開(kāi)日2008年8月27日 申請(qǐng)日期2006年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月31日
發(fā)明者安德烈·烏霍, 尼古拉·尼基京, 德米特里·薩佐諾夫 申請(qǐng)人:伊萊克斯家用產(chǎn)品公司