Brevet FR2725056A1 — publié le 19960329

La présente invention concerne un dispositif de commande à touche sensitive, et notamment à touches à effet capacitif, dont l'activation ne nécessite aucun déplacement mécanique de piéces, ainsi qu'un clavier comportant un tel dispositif. De nombreux dispositifs à touche à effet capacitif ont été proposés, pour lesquels l'activation de la touche résulte de la modification d'une capacité, soit par contact direct du doigt d'un utilisateur sur l'une des armatures d'un condensateur constitué par dépôt de couches métallisées de part et d'autre d'un diélectrique, par exemple d'une plaque de circuit imprimé, soit en plaçant le doigt sur la face supérieure d'un support isolant, en regard d'une zone métallisée située sous le support, le doigt et la zone métallisée constituant alors les deux armatures d'un condensateur. Dans les dispositifs connus, la touche est montée en dérivation sur l'entrée d'un circuit électronique de détection de l'activation de la touche, alimenté par un signal d'entrée en amont de la touche, et dont le role est de détecter la baisse de l'amplitude du signal électrique en aval de la touche lorsque celle-ci est activée. Pour ce faire, le circuit électronique comporte généralement des moyens de redressement du signal en aval de la touche, générant une tension continue redressée, et des moyens de comparaison de la tension continue redressée avec une tension continue de référence, constituant le seuil d'activation de la touche.Ces moyens de comparaison, généralement constitués d'un comparateur de tension à deux entrées ou d'un trigger de Schmitt, délivrent un signal de sortie à deux états représentatifs de l'activation ou de la non-activation de la touche, aptes à commander de nombreux types de circuits. Dans la plupart des dispositifs connus, la tension de référence continue est fixe. Pour pouvoir tenir compte de certaines perturbations dues à l'environnement dans lequel est placée la touche, certains dispositifs prévoient une tension de référence flottante, obtenue à partir de la tension continue redressée et variant en fonction des variations lentes de cette tension, de manière à ce que le circuit de détection ne réagisse qu'à une variation rapide due à l'actionnement effectif de la touche.Un tel dispositif est par exemple décrit dans le document FR 2.661.575. Le principal inconvénient de ce type de dispositifs de commande est que, le signal d'entrée sinusoïdal étant à haute fréquence, typiquement de 800 KHz, il est nécessaire d'augmenter l'amplitude en valeur crête du signal d'entrée par utilisation d'un amplificateur de tension accordé sur le fondamental d'un oscillateur. Par ailleurs, I'amplificateur de tension, destiné à délivrer au circuit électronique un signal d'entrée bien supérieur à la tension d'alimentation de la touche pour augmenter la sensibilité de la touche, comprend en général un transformateur à noyau mobile pour le réglage de l'accord. Ce transformateur vient grever le coût total d'un dispositif de commande.De plus, I'accord est sensible à l'environnement Enfin, la moindre perturbation sur le signal d'entrée, qu'il s'agisse de sa forme, de sa fréquence ou de son amplitude, risque d'empêcher un fonctionnement correct de la touche, notamment par déclenchement intempestif de la touche. Le but principal de la présente invention est de proposer un dispositif de commande à touche sensitive qui ne présente pas les inconvénients mentionnés précédemment, et qui soit notamment indépendant des caractéristiques du signal d'entrée. Plus précisément, I'invention a pour objet un dispositif de commande à touche sensitive du type comportant au moins une touche à effet capacitif montée en dérivation sur un circuit électronique alimenté1 en amont de la touche, par un signal d'entrée alternatif, ledit circuit électronique comprenant des moyens de comparaison d'un premier signal avec un second signal de référence, le dispositif de commande étant caractérisé en ce que le premier signal est constitué directement par le signal en sortie de la touche, en ce que le second signal est constitué par le signal d'entrée alternatif, et en ce que les moyens de comparaison délivrent un signal de sortie représentatif de l'état d'activation de la touche à une cellule d'intégration. Par ailleurs, la présente invention a également pour objet un clavier de commande comportant au moins un premier ensemble d'au moins deux dispositifs de commande tels que définis précédemment, caractérisé en ce que les circuits électroniques des deux dispositifs de commande reçoivent le même signal d'entrée alternatif. Enfin, I'invention a pour troisième objet un clavier de commande comportant au moins un premier ensemble d'au moins deux dispositifs de commande tels que définis précédemment, caractérisé en ce que les circuits électroniques correspondants aux deux dispositifs reçoivent un premier signal d'entrée alternatif, en ce que le clavier comporte en outre un deuxième ensemble de dispositifs de commande alimentés par un second signal d'entrée alternatif, et en ce chaque dispositif de commande du deuxième ensemble comporte une cellule d'intégration commune avec un dispositif de commande du premier ensemble. L'invention, ainsi que les avantages qu'elle procure, seront mieux compris au vu de la description suivante faite en référence aux figures annexées, dans lesquelles: - La figure 1 illustre, sous forme de synoptique simplifié, un mode de réalisation possible d'un clavier comportant un ensemble constitué de plusieurs dispositifs de commande à touche selon l'invention, alimentés en parallèle; - La figure 2 illustre un exemple de clavier comportant quatre dispositifs de commande dans lesquels les signaux sont multiplexés. Les valeurs de composants indiquées sur les figures sont données à titre d'exemple non limitatif. Sur la figure 1, on a représenté, sous forme de synoptique simplifié, un clavier de commande comportant trois dispositifs à touche sensitive E1, E2, EN selon l'invention, le nombre de touches n'étant bien évidemment pas limité à l'exemple représenté. Chaque dispositif de commande comporte une touche T1 à TN et un circuit électronique de commande E1 à EN sur lequel est montée la touche en dérivation. L'entrée de chaque circuit électronique est constituée par un signal alternatif Se généré par un circuit d'alimentation 2, et comporte des moyens de comparaison 3 d'un premier signal avec un second signal de référence, que nous décrirons par la suite, pour la détection de l'activation de la touche par un utilisateur.La partie touche T1 à TN du dispositif peut être réalisée de différentes façons, du moment qu'elle se comporte comme un condensateur en parallèle entre l'une des entrées des moyens de comparaison 3 et la masse: II peut par exemple s'agir d'un condensateur dont le diélectrique est formé par une plaquette de circuit imprimé sur les faces duquel on vient déposer des couches métallisées en vis-à-vis, I'une des couches étant reliée à l'entrée des moyens de comparaison 3, et l'autre couche étant la zone que l'utilisateur doit contacter. De manière avantageuse, la plaquette de circuit imprimé utilisée comme diélectrique sert également à supporter, partiellement ou en totalité, le reste du dispositif et de l'alimentation. Une autre possibilité consiste à placer la surface active de la touche sous une plaque de verre, de vitrocéramique ou de tout autre matériau isolant formant un diélectrique, la surface active constituant alors l'une des armatures d'un condensateur fictif, connectée électriquement à l'entrée du circuit de détection, L'autre armature étant constituée par le doigt d'un utilisateur posé sur le verre ou la vitrocéramique, en regard avec la surface active. La surface active peut être déposée sur la face supérieure ou inférieure d'un circuit imprimé placé derrière le verre ou la vitrocéramique. Cependant, pour être bien sûr qu'il n'y ait pas d'air entre les armatures du condensateur, la surface active de la touche est de préférence collée ou sérigraphiée directement sur la face inférieure de la plaque d'isolant. La connexion électrique entre la surface électrique et les circuits de détection et d'alimentation est réalisée par tous moyens, par exemple par ressort métallisé ou par fils électriques. Le circuit d'alimentation 2 générant le signal d'entrée alternatif Se est par exemple constitué d'un oscillateur 20 générant un signal de fréquence comprise entre 100 KHz et 1MHz, suivi d'un amplificateur de tension formé classiquement par un transistor 22 et deux résistances 21 et 23, selon le montage représenté sur la figure 1. Selon l'invention, le signal Se généré par le circuit d'alimentation 2 alimente, au travers d'une première résistance R1, d'une part la touche T1, TN, et d'autre part, une première entrée des moyens de comparaison 3. Par ailleurs, le signal Se est également délivré, au travers d'une seconde résistance R2, sur la seconde entrée des moyens de comparaison 3. Ainsi, les moyens de comparaison 3 ont à comparer un premier signal constitué par le signal en sortie de chaque touche avec un second signal de référence, constitué par le signal d'entrée Se lui-même. Dans un mode de réalisation préférentiel du dispositif de commande selon l'invention, les moyens de comparaison 3 comportent un comparateur à deux entrées, une entrée négative reliée à la résistance R1 et à la touche, et une entrée positive reliée à la résistance R2. Le circuit à l'entrée de cette entrée positive se comporte comme une touche fictive dont le signal de sortie a un niveau supérieur à celui du signal en sortie de la touche réelle non actionnée et un niveau inférieur à celui du signal en sortie de cette même touche lorsque celle-ci est actionnée. Le résultat de la comparaison est ensuite intégré, via une résistance R3 reliée à l'alimentation, par une cellule d'intégration constituée par l'association en parallèle d'une résistance RD et d'un condensateur CD, ce qui permet de ne pas prendre en compte les perturbations de courte durée au niveau des touches T1 à TN, et de délivrer des signaux d'intégrntion.V1 à VSN représentatifs de l'état d'activation des touches correspondantes. Une diode anti-retour D1 est avantageusement placée entre la sortie des moyens de comparaison 3 et de la cellule d'intégration RD, CD. L'avantage principal procuré par le choix des signaux en entrée des moyens de comparaison réside dans le fait que l'on est pratiquement insensible aux variations du niveau du signal d'entrée Se, de sa fréquence, de sa forme, ainsi qu'aux variations possibles de la tension d'alimentation nécessaire aux composants. Ainsi, la forme du signal peut être quelconque, par exemple rectangulaire, sa fréquence peut varier dans une large bande, typiquement de 100KHz à 1MHz, et le niveau crête du signal peut être d'environ 5V. Par ailleurs, une variation de la tension d'alimentation de 3 à 20V est autorisée. Sur la figure 1, on a représenté un clavier pour lesquels les différents dispositifs de commande sont alimentés en parallèle par le meme circuit d'alimentation 2. Grâce à l'utilisation de la diode anti-retour D1, il est possible de réaliser, à moindre frais, un clavier dans lequel les dispositifs sont matricés et les signaux sont multiplexés temporellement. Un exemple d'un tel clavier est illustré sur la figure 2, dans le cas non limitatif d'un clavier à quatre touches T11, T12 T21, T22 Le clavier comporte un premier ensemble de deux dispositifs de commande E11 et E12 alimentés en parallèle par un même signal d'entrée Sel provenant de la borne 1. Ces deux dispositifs sont quasiment identiques à ceux décrits en référence à la figure 1, à ceci près que la résistance de sortie R311 ,R312, qui alimente chaque cellule d'intégration, est reliée au signal d'entrée plutôt qu'à l'alimentation, la mesure de la touche étant réalisée pendant la période active du signal.Conformément à ce qui a été décrit précédemment, les sorties des moyens de comparaison 311. 312 sont délivrées, via une diode anti-retour D11, D12, à une cellule d'intégration Roll ,CD11 et RD12 ,CD12. Par ailleurs, le clavier comporte un second ensemble de dispositifs de commande E211 E22 recevant, en séquence avec le premier ensemble, un signal Se2 Selon l'invention, les sorties des moyens de comparaison 321 et 322 de ce second ensemble sont reliées aux cellules d'intégration des dispositifs situés sur une même ligne, c'est-à-dire respectivement aux cellules RD11 ,CL11 et RD12 ,CD12, par l'intermédiaire de diodes anti-retour D21, D. Autrement dit, grâce à l'utilisation des diodes anti-retour, une seule cellule d'intégration peut être commune à tous les dispositifs de commande situés sur une même ligne du clavier, de manière à multiplexer temporellement les signaux sur les bomes de sortie 1 et 2. En conclusion, I'invention présente l'avantage de proposer un dispositif de commande à touche sensitive très simple, indépendant des caractéristiques du signal d'entrée susceptibles de varier, et facilement intégrable dans un clavier tout en optimisant le nombre de composants nécessaires. REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande à touche sensitive du type comportant au moins une touche (T1 à TN) à effet capacitif montée en dérivation sur un circuit électronique (E1 à EN) alimenté, en amont de la touche, par un signal d'entrée (SE) alternatif, ledit circuit électronique comprenant des moyens de comparaison (3) d'un premier signal avec un second signal de référence, le dispositif de commande étant caractérisé en ce que le premier signal est constitué directement par le signal en sortie de la touche, en ce que le second signal est constitué par le signal d'entrée alternatif, et en ce que les moyens de comparaison délivrent un signal de sortie représentatif de l'état d'activation de la touche à une cellule d'intégration (RD, CD). 2. Dispositif de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de comparaison comportent un comparateur comprenant une entrée négative recevant le signal en sortie de la touche, et une entrée positive recevant, via une résistance de liaison, ledit signal d'entrée. 3. Dispositif de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la sortie des moyens de comparaison est reliée à l'entrée du circuit électronique, par l'intermédiaire d'une résistance de contre-réaction (R311 ;R312 R321; R322 4. Dispositif de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une diode anti-retour (D1) est connectée en série entre la sortie des moyens de comparaison et la cellule d'intégration. 5. Dispositif de commande selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le signal d'entrée est rectangulaire. 6. Clavier de commande comportant au moins un premier ensemble d'au moins deux dispositifs de commande (E11, E12) selon les revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les circuits électroniques des deux dispositifs de commande reçoivent le même signal d'entrée (Se1) alternatif. 7. Clavier de commande comportant au moins un premier ensemble d'au moins deux dispositifs de commande (E11, E12) selon la revendication 4, caractérisé en ce que les circuits électroniques correspondants aux deux dispositifs reçoivent un premier signal d'entrée (Sel ) alternatif, en ce que le clavier comporte en outre un deuxième ensemble de dispositifs de commande (E21, E22) alimentés par un second signal d'entrée (Se2 ) alternatif, et en ce chaque dispositif de commande du deuxième ensemble comporte une cellule d'intégration commune avec un dispositif de commande du premier ensemble.