Brevet FR2581491A1 — publié le 19861107

Perfectionnements aux ensembles électroniques d'identifica- tion des claviers capacitifs. L'invention concerne les ensembles électroniques associés aux claviers capacitifs en vue d'identifier les touches enfoncées de ces claviers. Plus précisément elle concerne les ensembles du genre indiqué destinés à lire, en vue de leur exploitation ultérieure, les informations élaborées à l'aide des claviers comportant une pluralité de touches de type capacitif répar- ties selon un arrangement matriciel, c'est-à-dire disposées aux points de croisement d'un quadrillage composé de m lignes et n colonnes, m et n étant des entiers généralement compris entre 8 et 16. Dans les claviers en question, chaque touche est associée à un condensateur et son enfoncement se traduit par une forte variation de la capacité de ce condensateur. Les deux électrodes de chaque condensateur corres- pondant à la ligne i et à la colonne j (i étant un entier compris entre 1 et m et j étant un entier compris entre 1 et n) sont connectées respectivement, la première, aux pre- mières électrodes des autres condensateurs de la ligne i et la seconde, aux secondes électrodes des autres condensateurs de la colonne j. L'enfoncement de la touche associée à un tel conden- sateur a alors pour effet de "coupler capacitivement" la li- gne i et la colonne j. Pour identifier chaque touche enfoncée dans un tel clavier, il est prévu des moyens pour appliquer successive- ment, sur les entrées des m lignes, des trains de n impulsions identiques successives espacées mutuellement dans le temps de durées t identiques, des moyens pour collecter successive- ment sur les sorties des n colonnes les signaux créés par les impulsions ci-dessus, les n sorties étant à cet effet balayées successivement aurythme t et ce balayage étant renouvelé m fois de suite, et des moyens pour détecter et identifier, parmi les signaux collectés, les échos quifranchis- sent un seuil prédéterminé et qui correspondent à des touches enfoncées. Si seule la touche correspondant à la ligne i et à la colonne j du clavier est enfoncée à un instant donné, le seul écho détecté et identifié par l'exploration ci-dessus décrite correspond à l'impulsion de rang j du train de rang i. Les ensembles d'identification du genre indiqué donnent satisfaction lorsque les variations de capacité des condensateurs associés aux touches, sont suffisamment impor- tantes par rapport aux capacités de couplage parasites exis- tant entre les lignes et les colonnes. Mais ce n'est plus le cas lorsque ces capacités parasites sont relativement importantes au point d'être du même ordre de grandeur que les variations considérées, les- dites capacités et variations étant par exemple toutes les deux de l'ordre de 10 pF. Dans un tel cas en effet, les échos d'identifica- tion ci-dessus décrits, qui correspondent aux touches véri- tablement enfoncées du clavier à un instant donné, ne diffè- rent pas suffisamment des signaux parasites créés au même instant au niveau de certaines au moins des touches non en- foncées. Il devient alors hasardeux de confier sans autre précaution aux moyens collecteurs la mission de l'identifi- cation des échos. Ces moyens sont en effet sensibles uniquement aux niveaux logiques hauts ou bas des signaux électriques repré- sentatifs de ces échos et non pas aux amplitudes véritables desdits signaux. Pour remédier à cet inconvénient, il a déjà été proposé de régler le niveau de détection des signaux en question en comparant chacun d'eux, dans un amplificateur opérationnel, à une tension de référence déterminée en fonction des caractéristiques du clavier, lors de la fabri- cation de celui-ci. Les ensembles ainsi perfectionnés constituent un progrès mais ne donnent pas satisfaction dans tous les cas. En effet, la valeur de la référence y est détermi- née une fois pour toutes et ne demeure pas idéale ni même appropriée dans toutes les circonstances. C'est ainsi que les capacités parasites créées au voisinage de l'une des touches du clavier peuvent différer de celles créées au voisinage des autres touches, de sorte que la référence idéale pour l'identification de la touche ci-dessus diffère de celles correspondant à l'identification des autres touches. Le problème signalé se pose également lorsque l'ap- pui sur une touche du clavier est effectué alors qu'une autre touche au moins demeure encore enfoncée. En effet, dans un tel cas, les capacités de couplage parasites sont anormale- ment élevées et ce dans une proportion très importante si la touche non libérée est voisine de celle nouvellement enfoncée à identifier. L'invention permet de remédier à ces différents in- convénients. A cet effet les ensembles électroniques d'identi- fication du genre en question sont essentiellement caracté- risés en ce qu'ils comprennent des moyens pour régler automa- tiquement à chaque instant la référence de comparaison en fonction de l'état réel du clavier à cet instant. Plus précisément, le réglage de la référence à chaque instant est effectué à partir des signaux électriques élaborés audit instant sur les sorties de toutes les colon- nes du clavier. A cet effet, les moyens de réglage en question sont agencés pour prélever lesdits signaux, puis pour les exploi- ter de façon à rapprocher d'autant plus, l'amplitude de la référence, de l'amplitude maximum des échos à identifier, que les capacités parasites développées dans l'ensemble du clavier sont plus importantes, sans que pour autant ladite amplitude de la référence atteigne jamais ladite amplitude maximum. Dans des modes de réalisation préférés, on a re- cours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions sui- vantes: l'ensemble d'identification comprend d'une façon connue en soi un comparateur, tel qu'un amplificateur opérationnel, dont la première entrée reçoit successivement les signaux recueillis sur les sorties des colonnes, et les moyens d'exploitation des signaux prélevés sur ces sorties compren- nent une résistance électrique de rappel associée à la seconde entrée du comparateur et une résistance électri- que de pondération directement interposée entre chacune des sorties ci-dessus et ladite seconde entrée du compa- rateur, - dans le cas o les nombres des touches du clavier corres- pondant aux différentes colonnes sont identiques, les dif- férentes résistances électriques de pondération sont toutes identiques entre elles, - la seconde entrée-du comparateur est reliée à la masse à travers un condensateur d'intégration permettant d'élabo- rer une moyenne dans le temps de la somme des signaux ap- pliqués sur ladite entrée. L'invention comprend, mises à part ces disposi- tions principales, certaines autres dispositions qui s'uti- lisent de préférence en même temps et dont il sera plus explicitement question ci-après. La description qui suit en référence au dessin ci- annexé donne un certain nombre de précisions sur ce qui précède à titre illustratif et bien entendu aucunement limitatif. La figure 1, de ce dessin, est le schéma d'un circuit électronique d'identification connu pour un clavier capacitif. La figure 2 présente trois courbes explicatives. La figure 3 est le schéma d'un circuit du genre indiqué ci-dessus tel qu'établi selon l'invention. Le clavier 1 à exploiter comprend m.n touches 2 réparties selon m lignes et n colonnes. Chaque touche 2ij correspondant à la ligne de rang i et à la colonne de rang j travaille par effet capacitif en ce sens qu'elle est associée à un condensateur 3ij dont la capacité est très faible lorsque la touche n'est pas en- foncée et devient relativement élevée lors de l'enfoncement de cette touche ou inversement. La première électrode de chaque condensateur 3ij est reliée aux premières électrodes des condensateurs asso- ciés aux touches de la même ligne de rang i par un conduc- teur xi et la seconde électrode dudit condensateur 3ij est reliée aux secondes électrodes des condensateurs associés à la même colonne de rang j par un conducteur yj. Pour identifier l'enfoncement de la touche 2ij' on prévoit un calculateur ou circuit logique évolué 4 agencé de façon: - d'une part, à envoyer successivement sur les entrées des m conducteurs x autant de trains de n impulsions 5 (figure 2) décalées régulièrement dans le temps d'intervalles t, - et, d'autre part, à collecter successivement sur les sor- ties des n conducteurs y les signaux créés sur ces sor- ties en réponse auxdites impulsions, cette collecte étant effectuée au rythme t et renouvelée m fois. L'exploration globale du clavier ainsi réalisée est ensuite renouvelée pendant toute la durée de fonctionnement de ce dernier. Si la touche 2ij est enfoncée à un instant donné, le conducteur xi est couplé capacitivement à la colonne yj et l'exploration globale considérée se traduit par la créa- tion d'un écho 6 sur la sortie de ladite colonne en réponse à l'application, sur l'entrée de la ligne xi, de l'impulsion de rang j du train d'impulsions de rang i; en d'autres ter- mes cet écho correspond à l'impulsion de rang n (i - 1) + j de la séquence de trains complète utilisée pour chaque exploration. L'écho 6 ainsi recueilli et identifié par un coda- ge approprié est envoyé à un dispositif d'exploitation, no- tamment en vue d'un affichage ou d'une impression de la ma- nière schématisée par la flèche 7. Sur la figure 1, l'ensemble des sorties des colon- nes ont été regroupées dans un multiplexeur 8, ce qui simpli- fie le retour au calculateur 4, ce retour étant effectué au moyen d'un conducteur unique9,lui-même relié au potentiel d'alimentation du circuit à travers une résistance 10. Dans un tel cas, on prévoit une liaison multiple 11 entre le calculateur 4 et le multiplexeur 8 pour commander et synchroniser les lectures successives des sorties des colonnes avec les émissions des impulsions 5. Le perfectionnement connu qui a été signalé ci- dessus et qui fait intervenir une tension de référence fixe a été schématisé en traits mixtes sur la figure 1. Il met en oeuvre un comparateur 12, constitué de préférence par un amplificateur opérationnel, dont les deux entrées sont connectées respectivement au conducteur 9 ci- dessus et à un conducteur 13 lui-même porté à un potentiel de référence R et ce potentiel de référence est réglé une fois pour toutes à l'aide d'un diviseur de tension 14 bran- ché entre le potentiel d'alimentation du circuit et la masse. L'invention revient ici à appliquer sur la seconde entrée dudit comparateur une tension de référence R qui n'est plus réglée une fois pour toutes mais compense automati- quement les capacités parasites du clavier et leurs variations. La valeur de cette référence R est déterminée à cet effet à chaque instant, de façon à être comprise (voir figure 2) entre l'amplitude maximum E des échos à détecter et l'amplitude maximum P des signaux parasites recueillis sur les différentes sorties des colonnes y. Cet asservissement automatique a été schématisé par la flèche F sur la figure 1. Il peut être effectué de toute manière désirable. Dans le mode de réalisation qui a été schématisé sur la figure 3, la seconde entrée de l'amplificateur opé- rationnel 12 est reliée non seulement au potentiel d'alimen- tation du circuit par l'intermédiaire d'une résistance de rappel 15 mais aussi à chaque sortie de colonne y par l'inter- médiaire d'une résistance de pondération Rj. La résistance de rappel 15 est déterminée de façon à décaler légèrement les amplitudes des signaux prélevés sur les colonnes afin de protéger le circuit contre l'influence des bruits et parasites électroniques éventuels. Les résistances de pondération Rj permettent d'é- laborer la tension de référence R qui est directement liée à l'amplitude de l'ensemble des signaux parasites présents sur les différentes colonnes. Si les nombres et caractéristiques des différen- tes touches correspondant aux différentes colonnes sont les mêmes, les résistances de pondération Rj sont toutes identi- ques entre elles. Un condensateur d'intégration 16 est avantageuse- ment prévu en outre entre la seconde entrée de l'amplificateur opérationnel 12 et la masse pour élaborer à chaque instant la moyenne du signal appliqué sur ladite entrée au cours d'une courte période de temps. Dans ces conditions, la tension de référence R appliquée sur la seconde entrée de l'amplificateur opération- nel 12 est constamment influencée par la totalité des capa- cités parasites qui se développent réellement au niveau des couplages entre les lignes et colonnes du clavier, quelle que soit l'origine de ces capacités parasites, et en parti- culier que celles-ci soient dues à des détériorations locales ou à l'absence de relâchement d'une touche autre que celle à identifier. En suite de quoi, et quel que soit le mode de réalisation adopté, on dispose finalement de circuits élec- troniques d'identification de claviers capacitifs dont la constitution, le fonctionnement et les avantages résultent suffisamment de ce qui précède. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Ensemble électronique associé à un clavier capacitif (1) en vue d'identifier les touches (2ij) enfon- cées de ce clavier, touches qui sont réparties selon un arrangement matriciel, c'est-à-dire disposées aux points de croisement d'un quadrillage composé de m lignes et n colon- nes, comportant des moyens pour appliquer successivement, sur les entrées des m lignes, des trains de n impulsions identiques successives (5) espacées mutuellement dans le temps de durées t identiques, des moyens pour collecter suc- cessivement sur les sorties des n colonnes les signaux créés par les impulsions ci-dessus, les n sorties étant à cet effet balayées successivement au rythme t et ce balayage étant renouvelé m fois de suite, et des moyens pour détecter et identifier, parmi les signaux collectés, les échos (6) qui dépassent un seuil prédéterminé et qui correspondent à des touches enfoncées, ces derniers moyens de détection comprenant un comparateur (12) propre à comparer l'amplitude desdits signaux à celle d'une tension de référence (R) pour ne retenir que les échos dont l'amplitude (E) dépasse celle de la référence, caractérisé en ce qu'ils comprennent des moyens pour régler automatiquement à chaque instant la réfé- rence de comparaison (R) en fonction de l'état réel du cla- vier (1) à cet instant. 2. Ensemble électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réglage de la référence à chaque instant est effectué à partir des signaux électriques élabo- rés audit instant sur les sorties de toutes les colonnes (Yj) du clavier. 3. Ensemble électronique selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de réglage en question sont agencés pour prélever lesdits signaux, puis pour les exploiter de façon à rapprocher d'autant plus, l'amplitude (R) de la référence, de l'amplitude maximum (E) des échos à identifier, que les capacités parasites développées dans l'ensemble du clavier sont plus importantes, sans que pour autant ladite amplitude de la référence atteigne jamais ladite amplitude maximum. 4. Ensemble électronique selon la revendication 3, dans lequel la première entrée du comparateur (12) reçoit successivement les signaux recueillis sur les sorties des colonnes (Yj), caractérisé en ce que les moyens d'exploita- tion des signaux prélevés sur ces sorties comprennent une résistance électrique de rappel (15) associée à la seconde entrée du comparateur (12) et une résistance électrique de pondération (Rj) directement interposée entre chacune des sorties (Yj) et la seconde entrée du comparateur (12). 5. Ensemble électronique selon la revendication 4, dans lequel les nombres des touches (2ij) du clavier (1) correspondant aux différentes colonnes sont identiques, ca- ractérisé en ce que les différentes résistances électriques de pondération (Rj) sont toutes identiques entre elles. 6. Ensemble électronique selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que la seconde entrée du comparateur (12) est reliée à la masse à travers un condensateur d'intégration (16) permettant d'élaborer une moyenne dans le temps de la somme des signaux appliqués sur ladite entrée.