Brevet FR2928458A1 — publié le 20090911

La présente invention est relative à la réalisation de capteurs capacitifs et à un procédé de mise en oeuvre associé. L'invention peut s'appliquer à la détection de présence d'un utilisateur utilisant un capteur capacitif, notamment dans les véhicules automobiles, où des capteurs de 5 présence de type capacitif sont couramment utilisés. Un tel système peut par exemple être un système d'accès mains-libres sécurisant l'accès au véhicule. Le capteur est alors prévu pour délivrer, à l'approche d'un objet ou d'une partie de corps d'un utilisateur, un signal de détection de présence, permettant par exemple de déclencher une indentification d'un utilisateur. 10 La figure 1 illustre de manière simplifiée la structure de base d'un capteur capacitif, utilisant le principe du transfert de charge. Le capteur 1 comprend au moins une électrode de détection 2 d'un condensateur 3 de capacité variable Cx, destinée à être intégrée dans un élément, par exemple une poignée de portière d'un véhicule automobile. Le condensateur présentera de préférence 15 une capacité Cx de quelques dizaines de pF. L'autre électrode 4 du condensateur est reliée à la masse et peut être constituée aussi bien par l'environnement proche de l'électrode de détection (objet ou partie de corps de l'utilisateur) ou encore par une autre électrode physique destinée à être intégrée également dans la poignée, de manière que l'objet ou la main de l'utilisateur coupe les 20 lignes de champ entre les deux électrodes 2 et 4. De cette manière, la capacité Cx du condensateur 3 est susceptible de varier à l'approche d'un objet ou d'une partie de corps d'un utilisateur. On mesure cette variation grâce à une capacité Cs, dite de référence, de valeur très supérieure à la capacité Cx et connectée en parallèle de celle-ci par l'intermédiaire 25 d'un interrupteur commandé S2. Une source de tension 5, connectée à l'électrode de détection 2 du condensateur 3 par l'intermédiaire d'un interrupteur commandé S1 permet, dans un premier temps, de charger la capacité Cx sous une tension de charge Vcc. En référence à la figure 3, les étapes classiquement mises en oeuvre lors d'un cycle de mesure du capteur capacitif sont représentées en traits pleins. Ainsi, au cours 30 d'une opération El de charge de Cx, où les interrupteurs S1 et S2 sont commandés dans des états respectivement fermé et ouvert, la source de tension va apporter une quantité de charge Qx au niveau de la capacité Cx. Lorsque la capacité Cx est chargée et après une phase intermédiaire de repos où les deux interrupteurs sont commandés ouverts, une opération E3 de transfert de charges 35 de la capacité Cx vers la capacité Cs est mise en oeuvre, dans laquelle les interrupteurs S1 et S2 sont commandés dans des états respectivement ouvert et fermé. La capacité Cx est donc débranchée de la source de tension et positionnée en parallèle de la capacité de référence Cs, permettant alors l'établissement du transfert de charge. Ce transfert de charge n'est pas total dans le sens où les charges vont se répartir de manière à obtenir un équilibre. Lorsque c'est le cas, on repasse par la phase de repos. Puis, une opération E4 de comparaison d'une tension Vs aux bornes de la capacité de référence avec une tension de seuil prédéfinie est réalisée et on répète ces opérations jusqu'à ce que la tension Vs aux bornes de Cs atteigne la tension de seuil prédéfinie. Lorsque cette condition est réalisée, une opération E5 de détermination du nombre de transferts de charges nécessaires pour atteindre ladite tension de seuil est mise en oeuvre, par exemple en mesurant le nombre de commutations de l'interrupteur S2. Une opération EO de décharge de la capacité Cs pour un cycle de mesure suivant peut alors être mise en oeuvre. Une séquence de transfert de charges se décompose ainsi en quatre étapes 15 résumées dans le tableau ci-dessous : étape Etat S1 Etat S2 Opération 1 Fermé Ouvert Charge Cx 2 Ouvert Ouvert Repos 3 Ouvert Fermé Transfert de la charge 4 Ouvert Ouvert repos En effectuant ainsi un cycle constitué d'un grand nombre d'opérations de charge de la capacité Cx, puis d'opérations de décharge dans la capacité de référence Cs, jusqu'à atteindre la tension de seuil Vs prédéfinie aux bornes de la capacité de référence 20 Cs, il est possible de mesurer une variation de la capacité Cx par rapport au cycle précédent, en estimant la variation du nombre de transferts de charge de la capacité Cx dans la capacité Cs. La mise au point des capteurs capacitifs de ce type nécessite cependant de réaliser beaucoup d'essais pour trouver un compromis efficace entre différents 25 paramètres que sont notamment la sensibilité de la mesure, le temps de réaction et la consommation. Ainsi, une fois qu'un capteur est réalisé, une phase de test doit être mise en oeuvre, permettant d'ajuster ces différents paramètres, en vue de fabriquer un autre capteur avec ces nouveaux paramètres. Ce cycle peut se répéter plusieurs fois, ce qui est long et coûteux. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en permettant de réaliser une communication vers le capteur afin de pouvoir lui transmettre de nouveaux paramètres, sans modification du capteur et sans avoir à fabriquer de nouvelles pièces. Avec cet objectif en vue, l'invention a pour objet un dispositif de mesure d'une variation de capacité d'un condensateur comprenant une électrode de détection, dont la capacité est susceptible de varier à l'approche d'un objet ou d'une partie de corps d'un utilisateur, comprenant des moyens d'application d'une tension de charge du condensateur fournie par une source de tension, des moyens d'établissement d'un transfert de charge du condensateur vers une capacité de référence disposée en parallèle dudit condensateur, des moyens de détermination d'un nombre de transferts de charge du condensateur vers la capacité de référence, nécessaire pour atteindre une tension de seuil prédéfinie aux bornes de la capacité de référence, ledit dispositif étant remarquable en ce qu'il comprend des moyens de modification du nombre de transferts de charge nécessaire, lesdits moyens étant couplés sans contact à l'électrode de détection du condensateur pour ajouter ou retirer des charges audit condensateur lors de l'établissement de transferts de charge vers ladite capacité de référence. Avantageusement, les moyens de modification du nombre de transferts de charge comprennent une seconde électrode disposée en regard de l'électrode de détection et des moyens pour moduler le potentiel appliqué à ladite seconde électrode. Selon un mode de réalisation, les moyens pour moduler le potentiel appliqué à ladite seconde électrode comprennent un générateur de tension adapté pour fournir une tension à ladite seconde électrode, choisie parmi une première tension haute et une seconde tension basse. En outre, les moyens d'application de la tension de charge du condensateur peuvent comprendre un premier interrupteur entre ladite source de tension et ladite électrode de détection, ledit interrupteur étant adapté pour être commandé dans un état fermé pour charger le condensateur à partir de ladite source de tension. De manière subsidiaire, les moyens d'établissement du transfert de charges comprennent un second interrupteur entre ladite électrode de détection et ladite capacité de référence, ledit interrupteur étant adapté pour être commandé dans un état fermé pour établir le transfert de charge du condensateur vers la capacité de référence. Selon une autre alternative de réalisation, le dispositif comprend des moyens de contrôle adaptés pour interpréter le nombre de transferts de charge en tant que valeur binaire, de manière à former un signal de communication apte à commander le changement d'au moins un paramètre de fonctionnement du dispositif. L'invention se rapporte également à un capteur capacitif de détection de présence au niveau d'un équipement, mettant en oeuvre un dispositif de mesure mentionné plus haut et dans lequel l'électrode de détection est disposée au sein dudit équipement, la capacité du condensateur étant déterminée entre l'électrode de détection et l'environnement proche de ladite électrode. L'invention se rapporte également à un procédé de mesure d'une variation de capacité d'un condensateur comprenant une électrode de détection, dont la capacité est susceptible de varier à l'approche d'un objet ou d'une partie de corps d'un utilisateur, comprenant des opérations de : • charge de la capacité du condensateur ; • transfert de la charge accumulée au niveau de la capacité du condensateur 10 vers une capacité de référence; • comparaison de la tension aux bornes de la capacité de référence avec une tension de seuil prédéfinie ; • répétition des opérations de charge et de transfert de charge jusqu'à ce que la tension aux bornes de la capacité de référence atteigne la tension de seuil 15 prédéfinie et détermination du nombre de transferts de charge nécessaire pour atteindre la dite tension de seuil, ledit procédé étant remarquable en ce qu'il consiste à modifier le nombre de transferts de charge nécessaire, par couplage sans contact d'une seconde électrode à l'électrode de détection, et en ce que le potentiel appliqué à ladite seconde électrode est adaptée à être 20 modulé, de manière à ajouter ou retirer des charges audit condensateur lors de chaque opération de transfert de charges. Avantageusement, le potentiel appliqué à ladite seconde électrode est modulé en choisissant une tension appliquée à cette dernière parmi une première tension haute et une seconde tension basse. 25 Ledit potentiel appliqué à ladite seconde électrode peut être modulé durant l'opération de transfert de charge. Selon un mode de réalisation, le potentiel appliqué à ladite seconde électrode est modulé durant une phase intermédiaire de repos entre l'opération de charge et l'opération de transfert de charge. 30 En outre et préférentiellement, le procédé comprend une étape d'interprétation du nombre de transferts de charge en tant que valeur binaire, de manière à former un signal de communication apte à commander le changement d'au moins un paramètre de fonctionnement du procédé. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus 35 clairement à la lecture de la description suivante donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif et faite en référence aux figures annexées dans lesquelles : - la figure 1 illustre un capteur capacitif de l'art antérieur utilisant le principe de transfert de charge et a déjà été décrite, - la figure 2 illustre un capteur associé aux moyens de modification du nombre de transferts de charges selon la présente invention, - la figure 3 illustre les principales étapes mises en oeuvre lors d'un cycle de mesure du capteur et a déjà été partiellement décrite. Le dispositif selon l'invention illustré à la figure 2 permet de réaliser la communication avec le capteur, en faisant varier le nombre de transferts de charge vu par le capteur, en particulier dans une plage hors de la plage de fonctionnement normal du capteur. Comme on l'a vu précédemment, ce nombre est une image de la capacité de l'électrode de détection du capteur et sa variation nécessite normalement le mouvement d'un objet ou d'une partie de corps proche de l'électrode de détection. Le dispositif selon l'invention permet au contraire de faire varier ce nombre de façon très importante, sans mouvement d'objet à proximité de l'électrode de détection. Pour ce faire, des moyens spécifiques 6 aptes à modifier ce nombre de transferts de charge vu par le capteur lors d'un cycle de mesure sont couplés à l'électrode 2 de détection du capteur. Ces moyens 6 sont avantageusement couplés sans contact avec l'électrode de détection du capteur, de sorte qu'il n'est pas utile de modifier le capteur. Les moyens 6 de modification du nombre de transferts de charge comprennent une électrode 8, prévue pour être disposée en regard de l'électrode de détection 2 et un générateur de tension 7, adapté pour moduler le potentiel appliqué à l'électrode 8, en fournissant une tension choisie parmi une première tension haute Vbatt, par exemple 12V, et une seconde tension basse, par exemple OV, lors des séquences de transfert de charge d'un cycle de mesure du capteur. De cette manière, une capacité Cc, induite par la mise en présence de l'électrode 8 et de l'électrode 2 de détection du capteur, vient se coupler avec la capacité Cx, avec l'effet de pouvoir diminuer ou augmenter le nombre de transferts de charge. Une telle opération, référencée E2 à la figure 3, peut être mise en oeuvre durant la phase de repos du cycle de mesure comprise entre l'opération de charge de Cx et l'opération de transfert de charge vers la capacité de référence Cs (étape 2 de la séquence de transfert de charge dans le tableau ci-dessus), ou durant l'opération de transfert de charge proprement dite (étape 3 de la séquence de transfert de charge dans le tableau ci-dessus). Plus en détail, pour ajouter des charges au niveau de l'électrode de détection du capteur, et ainsi diminuer le nombre de transferts de charge vers la capacité de référence Cs lors d'un cycle de mesure, on prévoit de faire augmenter brutalement le potentiel appliqué à l'électrode 8 disposée en regard de celle du capteur. La tension fournie par le générateur de tension variable 7 passe ainsi par exemple de OV à 12V durant l'étape 2 ou 3 de la séquence de transfert de charge. La tension appliquée redescend ensuite à sa valeur initiale, soit OV selon l'exemple, durant l'étape 1 ou 4 de la séquence de transfert de charge. Ceci est répété à chaque séquence de transfert de charge. La charge transférée passe donc de Q1 = Vcc x Cx, sans couplage avec la capacité Cc, à : Q2 = Vcc x Cx + Vbatt x Cc, lorsque la capacité Cc est couplée à Cx. On a couramment Vcc = 3,3V, Cx = 30pF, Vbatt = 12V et Cc = 8pF, ce qui donne : Q1 = 99pC et Q2 = 195 pC. La charge Q2 transférée est près de deux fois supérieure à la charge Q1. Autrement dit, le nombre de transferts de charge nécessaire lors d'un cycle de mesure pour atteindre la tension de seuil prédéfinie aux bornes de Cs est pratiquement divisé par 2. Pour retirer des charges au niveau de l'électrode de détection du capteur, et ainsi augmenter le nombre de transferts de charge vers la capacité de référence Cs lors d'un cycle de mesure, on utilise le même principe. On prévoit dans ce cas de faire diminuer brutalement le potentiel appliqué à l'électrode 8 disposée en regard de celle du capteur. La tension fournie par le générateur de tension variable 7 passe ainsi par exemple de 12V à OV durant l'étape 2 ou 3 de la séquence de transfert de charge. La tension appliquée remonte ensuite à sa valeur initiale, soit 12 V selon l'exemple, durant l'étape 1 ou 4 de la séquence de transfert de charge. De la même manière que précédemment, ceci est répété à chaque séquence de transfert de charge. La charge transférée passe donc de Q1 = Vcc x Cx, sans couplage avec la capacité Cc, à : Q2 = Vcc x Cx ù Vbatt x Cc, lorsque la capacité Cc est couplée à Cx. Avec les mêmes valeurs numériques que mentionnées plus haut à titre d'exemple illustratif, on obtient : Q1 = 99pC et Q2 = 3 pC. La charge Q2 transférée est alors dans ce cas très inférieure à la charge Q1. 30 Autrement dit, le nombre de transferts de charge sera augmenté de façon très importante lors du cycle de mesure. Un effet particulièrement avantageux du processus de couplage qui vient d'être décrit, réside dans la capacité du capteur à pouvoir interpréter ces fortes variations du nombre de transferts de charge lors de cycles de mesure successifs comme un signal de 35 communication. Par exemple, un nombre de transferts de charge faible pourra être interprété par un moyen de contrôle du capteur type microcontrôleur, en tant que valeur binaire 0, tandis qu'un nombre de transferts de charge élevé pourra être interprété par le microcontrôleur du capteur en tant que valeur binaire 1, formant ainsi le signal de communication. Un tel signal de communication pourra être utilisé afin de pouvoir transmettre de nouveaux paramètres de fonctionnement au capteur, par exemple pour commander la modification de sa sensibilité et ce, sans avoir à fabriquer de nouvelles pièces. Ceci est particulièrement intéressant lors des étapes de fabrication de capteurs. En effet, un capteur ayant des caractéristiques déterminées (notamment sa sensibilité) peut être paramétré par le biais du procédé détaillé plus haut. Ce paramétrage est rapide, simple et efficace. Un capteur de type générique peut alors être fabriqué, puis personnalisé en fonction des applications envisagées, par opposition aux capteurs de caractéristiques figées qui nécessitent une modification de la chaîne de fabrication. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure d'une variation de capacité (Cx) d'un condensateur (3) comprenant une électrode de détection (2), dont la capacité (Cx) est susceptible de varier à l'approche d'un objet ou d'une partie de corps d'un utilisateur, comprenant des moyens d'application (Si) d'une tension de charge (Vcc) du condensateur fournie par une source de tension (5), des moyens d'établissement d'un transfert de charge (S2) du condensateur vers une capacité de référence (Cs) disposée en parallèle dudit condensateur, des moyens de détermination d'un nombre de transferts de charge du condensateur vers la capacité de référence (Cs), nécessaire pour atteindre une tension de seuil prédéfinie (Vs) aux bornes de la capacité de référence, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (6) de modification du nombre de transferts de charge nécessaire, lesdits moyens étant couplés sans contact à l'électrode de détection (2) du condensateur (3) pour ajouter ou retirer des charges audit condensateur lors de l'établissement de transferts de charge vers ladite capacité de référence. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de modification du nombre de transferts de charge comprennent une seconde électrode (8) disposée en regard de l'électrode de détection (2) et des moyens pour moduler le potentiel appliqué à ladite seconde électrode. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens pour 20 moduler le potentiel appliqué à ladite seconde électrode comprennent un générateur de tension (7) adapté pour fournir une tension à ladite seconde électrode, choisie parmi une première tension haute (Vbatt) et une seconde tension basse (0V). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'application de la tension de charge (Vcc) du 25 condensateur comprennent un premier interrupteur entre ladite source de tension et ladite électrode de détection, ledit interrupteur étant adapté pour être commandé dans un état fermé pour charger le condensateur à partir de ladite source de tension. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'établissement du transfert de charges comprennent 30 un second interrupteur entre ladite électrode de détection et ladite capacité de référence, ledit interrupteur étant adapté pour être commandé dans un état fermé pour établir le transfert de charge du condensateur (3) vers la capacité de référence (Cs). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de contrôle adaptés pour interpréter le 35 nombre de transferts de charge en tant que valeur binaire, de manière à former un signalde communication apte à commander le changement d'au moins un paramètre de fonctionnement du dispositif. 7. Capteur capacitif de détection de présence au niveau d'un équipement, mettant en oeuvre un dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 5 précédentes et dans lequel l'électrode de détection (2) est disposée au sein dudit équipement, la capacité du condensateur (3) étant déterminée entre l'électrode de détection (2) et l'environnement proche de ladite électrode. 8. Procédé de mesure d'une variation de capacité (Cx) d'un condensateur (3) comprenant une électrode de détection (2), dont la capacité (Cx) est susceptible de varier 10 à l'approche d'un objet ou d'une partie de corps d'un utilisateur, comprenant des opérations de : • charge (El) de la capacité du condensateur ; • transfert de la charge accumulée au niveau de la capacité du condensateur vers une capacité de référence (E3); 15 • comparaison (E4) de la tension aux bornes de la capacité de référence avec une tension de seuil prédéfinie ; • répétition des opérations de charge et de transfert de charge jusqu'à ce que la tension aux bornes de la capacité de référence atteigne la tension de seuil prédéfinie et détermination (ES) du nombre de transferts de charge nécessaire 20 pour atteindre la dite tension de seuil; ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste à modifier le nombre de transferts de charge nécessaire, par couplage sans contact (E2) d'une seconde électrode (8) à l'électrode de détection, et en ce que le potentiel appliqué à ladite seconde électrode est adaptée à être modulé, de manière à ajouter ou retirer des charges audit 25 condensateur lors de chaque opération de transfert de charges. 12. Procédé selon la revendication 8, dans lequel le potentiel appliqué à ladite seconde électrode est modulé en choisissant une tension appliquée à cette dernière parmi une première tension haute (Vbatt) et une seconde tension basse (0V). 13. Procédé selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que le 30 potentiel appliqué à ladite seconde électrode est modulé durant l'opération de transfert de charge. 14. Procédé selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que le potentiel appliqué à ladite seconde électrode est modulé durant une phase intermédiaire de repos entre l'opération de charge et l'opération de transfert de charge. 35 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend une étape d'interprétation du nombre de transferts de charge en tantque valeur binaire, de manière à former un signal de communication apte à commander le changement d'au moins un paramètre de fonctionnement du procédé.