(57)【要約】【課題】  ｎ個の容量性センサ素子（ＳＥ１〜ＳＥｎ）の静電容量を決定するための回路装置であって、それらのそれぞれの静電容量が作動に基づいて変化するものを提供する。【解決手段】  この回路装置は、少なくとも一つの集電コンデンサー（ＣＳ１〜ＣＳｍ）、参照電圧源（ＲＱ）、少なくとも一つの集電コンデンサーに電気的に連結され、かつそれぞれのセンサ素子の静電容量を決定するために少なくとも一つの集電コンデンサーに存在する電圧を評価する評価装置（ＡＥ）、少なくとも一つの制御信号（ＳＳ１〜ＳＳｋ）を発生するための制御装置（ＭＣ）、及び参照電圧源に及び少なくとも一つの集電コンデンサーに電気的に連結され、かつ少なくとも一つの制御信号が付与される少なくとも一つの集積回路（ＩＣ１〜ＩＣｍ）を含む。この少なくとも一つの集積回路は、ｋ個の切換スイッチ（ＷＳ１〜ＷＳｋ）を含み、それぞれの切換スイッチがｎ個のセンサ素子の一つとそれぞれ組み合わされており、それぞれの切換スイッチの切換位置が少なくとも一つの制御信号に依存しており、それぞれの切換スイッチが、それぞれ組み合わされたセンサ素子を第一切換位置で参照電圧源に連結し、かつそれぞれの切換スイッチが電荷移動の目的のためにそれぞれ組み合わされたセンサ素子を第二切換位置で少なくとも一つの集電コンデンサーに連結する。【選択図】  図１
2013518494.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ個の容量性センサ素子（ＳＥ１〜ＳＥｎ）の静電容量を決定するための回路装置であって、それらのそれぞれの静電容量が作動に基づいて変化するものにおいて、回路装置が
−  少なくとも一つの集電コンデンサー（ＣＳ１〜ＣＳｍ；ＣＳ１〜ＣＳｋ）、
−  参照電圧源（ＲＱ）、
−  少なくとも一つの集電コンデンサーに電気的に連結され、かつそれぞれのセンサ素子の静電容量を決定するために少なくとも一つの集電コンデンサーに存在する電圧を評価する評価装置（ＡＥ）、
−  少なくとも一つの制御信号（ＳＳ１〜ＳＳｋ；ＳＳ１〜ＳＳｍ）を発生するための制御装置（ＭＣ）、及び
−  参照電圧源に及び少なくとも一つの集電コンデンサーに電気的に連結され、かつ少なくとも一つの制御信号が付与される少なくとも一つの集積回路（ＩＣ１〜ＩＣｍ）であって、ｋ個の切換スイッチ（ＷＳ１〜ＷＳｋ）を含む少なくとも一つの集積回路（ＩＣ１〜ＩＣｍ）、
を有し、
それぞれの切換スイッチがｎ個のセンサ素子の一つとそれぞれ組み合わされており、それぞれの切換スイッチの切換位置が少なくとも一つの制御信号に依存しており、かつそれぞれの切換スイッチが、それぞれ組み合わされたセンサ素子を第一切換位置で参照電圧源に連結し、かつそれぞれの切換スイッチが、電荷移動の目的のためにそれぞれ組み合わされたセンサ素子を第二切換位置で少なくとも一つの集電コンデンサーに連結する、
ことを特徴とする回路装置。
【請求項２】
容量性センサ素子の個数ｎが、少なくとも一つの集積回路の制御可能な切換スイッチの個数ｋの整数倍であることを特徴とする請求項１に記載の回路装置。
【請求項３】
正確に一つの集電コンデンサーがそれぞれ各集積回路と組み合わされ、制御装置がそれぞれの集積回路の切換スイッチの個数ｋと等しい数の異なる制御信号を発生することを特徴とする請求項１または２に記載の回路装置。
【請求項４】
それぞれの集積回路の切換スイッチの数に等しい集電コンデンサーの数が全ての集積回路と共同で組み合わされ、制御装置が集積回路の数に等しい数の異なる制御信号を発生することを特徴とする請求項１または２に記載の回路装置。
【請求項５】
測定の開始前に少なくとも一つの集電コンデンサーを充電するように設計されている少なくとも一つの充電回路（ＬＳ１〜ＬＳｍ、ＬＳ１〜ＬＳｋ）を備え、参照電圧源が接地電圧を出力するように設計されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の回路装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多数の容量性センサ素子の静電容量を決定するための回路装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
容量性近接スイッチを評価するための回路装置は、通常、容量性センサ素子を使用し、その静電容量は作動に基づいて変化する。この静電容量の変化は、作動状態を決定するために評価される。
【０００３】
いわゆる切り換えられたコンデンサー原理により作動する回路装置では、充電電圧は、通常、スイッチ手段を介して容量性センサ素子に付与され、その結果として特定の電荷が容量性センサ素子にその静電容量と充電電圧に基づいて移動される。充電時間後に、センサ素子は、充電電圧からスイッチ手段を用いて切り離され、集電コンデンサーまたは既知の静電容量の参照コンデンサーにさらなるスイッチ手段を介して連結され、その結果として電荷はセンサ素子から集電コンデンサーに移動される。充電及び続いての電荷反転の工程は、予め決められた数の周期の間、繰り返され、その結果として集電コンデンサーの電荷は、特にセンサ素子の静電容量の値により決定される特定の値に達する。従って、集電コンデンサーの電荷またはもたらされる電圧は、測定されるセンサ素子の静電容量の尺度である。集電コンデンサーの電圧を評価することは、近接スイッチの作動状態を推論することを可能にする。電圧が評価された後、集電コンデンサーは、通常、規定された態様で放電され、新しい測定周期が続くことができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、切り換えられたコンデンサー原理による多数の容量性センサ素子の静電容量を決定するための回路装置を提供する課題に基づいており、この回路装置は、静電容量または静電容量の変化を評価することにより全ての操作条件での作動状態の信頼性のある決定を確保し、費用効果的な態様で製造されることができ、かつＥＭＣ及びＲＦ干渉に対して影響を受けない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、請求項１の特徴を持つ回路装置によりこの課題を解決する。さらなる請求項は、以下に詳細に説明される本発明の有利でかつ好適な実施態様に関する。請求項の用語は、明示的な参照としてこの説明の内容に組み込まれる。
【０００６】
それぞれの静電容量が作動に基づいて変化する、ｎ個の容量性センサ素子の静電容量を決定するための回路装置は、好ましくは既知の静電容量を持つ少なくとも一つの集電コンデンサー、特に経時的に一定でありかつ供給電圧または接地電位に相当することができる参照電圧または参照電位を発生するための参照電圧源、少なくとも一つの集電コンデンサーに電気的に連結され、かつそれぞれのセンサ素子の静電容量を決定するために少なくとも一つの集電コンデンサーに存在する電圧を評価する評価装置、例えば集積／Ａ／Ｄ変換器を持つマイクロプロセッサー、及び、少なくとも一つの制御信号を発生するための制御装置、例えば評価装置を同様に形成することができるマイクロプロセッサー、及び参照電圧源に及び少なくとも一つの集電コンデンサーに電気的に連結され、かつ少なくとも一つの制御信号が付与される少なくとも一つの集積回路を含む。少なくとも一つの集積回路は、ｋ個（ｋは１より大きいことが好ましい）の切換スイッチ（トグルスイッチ、切換接点またはアナログ二チャンネルマルチプレクサ／デマルチプレクサとも呼ばれる）を含み、それぞれの切換スイッチは、それぞれｎ個のセンサ素子の一つと組み合わされ、それぞれの切換スイッチの切換位置は少なくとも一つの制御信号に依存し、それぞれの切換スイッチは、それぞれ組み合わされたセンサ素子を第一切換位置で参照電圧源に連結し、第一切換位置は、切り換えられたコンデンサー原理の充電周期に相当し、それぞれの切換スイッチは、電荷移動の目的のためにそれぞれ組み合わされたセンサ素子を第二切換位置で少なくとも一つの集電コンデンサーに連結し、第二切換位置は切り換えられた、コンデンサー原理の電荷移動周期に相当する。切換スイッチが集積回路（単数または複数）に包囲されていること、及びラインが優先的に集積回路の内側の参照電圧源及び集電コンデンサー（単数または複数）に経路を定められていることから、必要な要素の数及びレイアウトの複雑性が低下されることができ、その結果として回路配置は、別個の切換手段またはトグルスイッチによる解決策と比較して費用効果的な態様で製造されることができ、ＥＭＣ及びＲＦ干渉の影響を受けない。
【０００７】
一つの改良では、容量性センサ素子の個数ｎは集積回路の制御可能な切換スイッチの個数ｋの整数倍である。例えば、単一の集積回路の制御可能な切換スイッチの個数ｋは３であることができ、四つの集積回路の合計が使用されることができ、結果として合計ｎ＝１２＝３×４の容量性センサ素子が評価されることができる。
【０００８】
一つの改良では、正確に一つの集電コンデンサーが各集積回路とそれぞれ組み合わされ、それぞれの集積回路の切換スイッチの個数ｋに等しい異なる制御信号の数が発生される。これに代えて、それぞれの集積回路の切換スイッチの個数に等しい集電コンデンサーの個数が共同で全ての集積回路と組み合わされ、集積回路の個数に等しい異なる制御信号の数が発生される。
【０００９】
一つの改良は、測定の開始前に少なくとも一つの集電コンデンサーを充電するように設計されている少なくとも一つの充電回路を提供し、参照電圧源は、接地電圧を出力するためにまたは少なくとも一つの集電コンデンサーを接地電位に連結するために設計されている。充電回路は、例えば集電コンデンサーを充電のために電圧源に連結する切換手段の形であることができる。
【００１０】
これらの及びさらなる特徴は、請求項からだけでなく、明細書及び図面からも取られることができ、その場合、個々の特徴は、それぞれ個々にまたは本発明の実施態様の副組み合わせの形で組み合わせて実現されることができ、かつ他の分野で実現されることができ、それら自身で保護に値する有利な実施態様を構成することができ、その保護のためにここに請求されている。出願の個々の区分への分割及び中間見出し下の分割は、そこになされた文章の一般的な有効性を制限しない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
本発明の有利な実施態様が図面に概略的に示され、かつ以下に説明される。
【図１】図１は、ｎ個の容量性センサ素子の静電容量を決定するための回路装置の第一実施態様の基本的回路図を示す。
【図２】図２は、ｎ個の容量性センサ素子の静電容量を決定するための回路装置の別の実施態様の基本的回路図を示す。
【図３】図３は、ｎ個の容量性センサ素子の静電容量を決定するための回路装置の別の実施態様の基本的回路図を示す。
【図４】図４は、ｎ個の容量性センサ素子の静電容量を決定するための回路装置の別の実施態様の基本的回路図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、ｎ個の容量性センサ素子ＳＥ１〜ＳＥｎの静電容量を決定するための回路装置の第一実施態様の基本的回路図を示す。個数ｎは例えば１２であることができる。
【００１３】
容量性センサ素子ＳＥ１〜ＳＥｎはそれぞれコンデンサーを形成し、そこでは第一コンデンサー板は、通常の態様で、導電層（図示せず）により、特に平坦かつ二次元層により、形成されることができ、それは例えばホブ（図示せず）のガラスセラミック板の下に配置されることができる。第二コンデンサー板は、例えば操作者の指（図示せず）によりまたは操作者自身により形成される。ガラスセラミック板は、二つのコンデンサー板間の誘電体を形成する。
【００１４】
回路装置は、ｍ個の集積回路ＩＣ１〜ＩＣｍを含み、ここでｍは例えば４である。集積回路は、例えばＨＣＴ４０５３タイプのものであることができる。
【００１５】
例えば＋５ＶのＤＣの参照電圧ＵＲを提供する参照電圧源ＲＱもまた、設けられる。
【００１６】
制御装置ＭＣは、ｋ個の制御信号ＳＳｌ〜ＳＳｋを発生し、ここでｋは例えば３である。
【００１７】
集積回路ＩＣ１〜ＩＣｍは、示されるように、それぞれ参照電圧源ＵＲに及び既知の静電容量の組み合わされた集電コンデンサーＣＳ１〜ＣＳｍに電気的に連結されている。制御信号ＳＳ１〜ＳＳｋは、集積回路ＩＣ１〜ＩＣｍの対応する入力に付与される。集積回路ＩＣ１〜ＩＣｍの入力Ｖｓｓ，ＧＮＤ及びＥＮはまた、接地ＧＮＤに連結されている。さらに、ＨＣＴ４０５３タイプに関連するデータブックも参照される。
【００１８】
集積回路ＩＣ１〜ＩＣｍのそれぞれは、ｋ個の切換スイッチＷＳ１〜ＷＳｋを含み、集積回路ＩＣ１〜ＩＣｍのそれぞれの切換スイッチＷＳ１〜ＷＳｋはそれぞれｎ個のセンサ素子ＳＥｌ〜ＳＥｎの一つと組み合わされている。それぞれの切換スイッチＷＳｌ〜ＷＳｋの切換位置は制御信号ＳＳｌ〜ＳＳｋに依存する。それぞれの切換スイッチＷＳ１〜ＷＳｋは、それぞれ組み合わされたセンサ素子ＳＥ１〜ＳＥｋを第一切換位置で参照電圧源ＵＲに連結し、かつ電荷移動の目的のためにそれぞれ組み合わされたセンサ素子ＳＥｌ〜ＳＥｎを第二切換位置で集積回路ＩＣ１〜ＩＣｍの組み合わされた集電コンデンサーＣＳ１〜ＣＳｍに連結する。
【００１９】
集電コンデンサーＣＳ１〜ＣＳｍに電気的に連結されている評価装置ＡＥは、それぞれのセンサ素子ＳＥｌ〜ＳＥｎの静電容量を決定するために集電コンデンサーＣＳ１〜ＣＳｍに存在する電圧を評価する。
【００２０】
放電回路ＥＳ１〜ＥＳｎは、測定の開始前に規定された態様で集電コンデンサーＣＳｌ〜ＣＳｍを放電するために使用される。放電回路ＥＳｌ〜ＥＳｎはそれぞれ、例えば、集電コンデンサーＣＳｌ〜ＣＳｍを放電のために接地ＧＮＤに連結する切換手段の形のものであることができる。
【００２１】
測定周期は例として以下に述べられる。決定または測定周期の開始時に、制御信号ＳＳｌ〜ＳＳｋが、全てのセンサ素子ＳＥ１〜ＳＥｎが参照電圧源ＵＲに連結されるような態様で発生される。放電回路ＥＳｌ〜ＥＳｎは、集電コンデンサーＣＳｌ〜ＣＳｍを放電する。
【００２２】
組み合わされた切換スイッチ（ここではＷＳ１）が各場合において制御信号ＳＳ１を使用して制御される、それらの容量性センサ素子の静電容量が今やまず第一に決定される。この目的のため、制御信号ＳＳ１が矩形波信号の形で発生され、制御信号ＳＳ２〜ＳＳｋ、またはＳＳｋは、組み合わされたセンサ素子を参照電圧源ＵＲに連結したままであるようなレベルで一定のままである。
【００２３】
矩形波信号の形の制御信号ＳＳ１は、充電を起こし、次いで充電反転周期を繰り返し起こさせ、その結果として集電コンデンサーＣＳ１〜ＣＳｍは階段状態様で充電され、それぞれのセンサ素子の静電容量に依存して周期当たりの電圧の変化が測定させられる。予め規定された数の周期後に、評価装置ＡＥは、静電容量を決定するために集電コンデンサーＣＳ１〜ＣＳｍに存在する電圧を評価する。これに代えて、集電コンデンサーでの予め規定された電圧値に達するかまたは越えるために必要である充電及び充電反転周期の数を算出することもできる。集電コンデンサーＣＳ１〜ＣＳｍの静電容量は、例えば予め規定された静電容量値を持つ好適な要素選択により知ることができる。しかし、集電コンデンサーＣＳ１〜ＣＳｍの静電容量は、必ずしも狭い許容値内にある必要はない。なぜなら操作時に較正が可能であるからであり、その場合、異なる静電容量レベル間の区別を可能にする好適な閾値がここでは操作時に決定されることができる。最も簡単な場合、二つの異なる静電容量値間、即ち、作動していないセンサ素子に相当する第一静電容量と、作動しているセンサ素子に相当する第二静電容量との間の区別のために単一の閾値のみを決定することが必要である。
【００２４】
制御信号ＳＳ１は次いで、組み合わされたセンサ素子が参照電圧源ＵＲに連結されるような態様で静的に再度発生される。放電回路ＥＳ１〜ＥＳｎは集電コンデンサーＣＳ１〜ＣＳｍを放電する。
【００２５】
組み合わされた切換スイッチ（ここではＷＳ２）が各場合において制御信号ＳＳ２を使用して制御される、それらの容量性センサ素子の静電容量が次いで決定される。この目的のため、制御信号ＳＳ２が矩形波信号の形で発生され、制御信号ＳＳ１及びＳＳｋは、組み合わされたセンサ素子を参照電圧源ＵＲに連結したままであるようなレベルで一定のままである。静電容量は上記のように決定される。
【００２６】
述べられた工程は、全てのセンサ素子ＳＥ１〜ＳＥｎの静電容量が決定されてしまうまでｋ回繰り返される。述べられた方法は次いで新たに始まる。
【００２７】
図１に示された実施態様では、正確に一つの集電コンデンサーが各集積回路ＩＣ１〜ＩＣｍのために設けられ、時分割多重化を使用してそれぞれの集積回路ＩＣ１〜ＩＣｍのｋ個の入力間で共有される。合計ｋ個の異なる制御信号ＳＳ１〜ＳＳｋがこの目的のために必要とされる。
【００２８】
図２は、センサ素子ＳＥ１〜ＳＥｎの静電容量を決定するための回路装置の別の実施態様の基本的回路図を示し、そこでは全ての集積回路ＩＣ１〜ＩＣｍが集電コンデンサーＣＳ１〜ＣＳｋを共有する。
【００２９】
この目的のため、特定の制御信号ＳＳ１またはＳＳｍが各集積回路ＩＣ１〜ＩＣｍのために発生され、結果として集積回路ＩＣ１〜ＩＣｍは、時分割多重化を使用して集電コンデンサーＣＳ１〜ＣＳｋを共有する。言い換えれば、第一集積回路ＩＣ１に連結されたセンサ素子ＳＥ１〜ＳＥｋの静電容量は、まず第一に矩形波信号の形のセンサ信号ＳＳ１を発生しかつ組み合わされたセンサ素子を参照電圧源ＵＲに連結したままであるようなレベルで残りのセンサ信号を発生することにより決定される。第二集積回路ＩＣ２に連結されたセンサ素子の静電容量は、次いで同様に決定される等である。全てのセンサ素子の静電容量が決定された後、工程が新たに始まる。
【００３０】
図１及び２に示された実施態様では、参照電圧源は正の参照電圧、例えば＋５Ｖを発生し、集電コンデンサーは測定の開始前に放電される。
【００３１】
図３及び４に示された実施態様では、参照電圧源ＲＱは接地電圧または接地電位ＧＮＤを提供し、すなわちＵＲ＝ＧＮＤであり、集電コンデンサーは、測定の開始前に充電回路ＬＳ１〜ＬＳｍまたはＬＳ１〜ＬＳｋを用いて、ある電圧、例えば＋５Ｖに充電される。従って、もし制御信号が矩形波信号の形で発生されるなら、集電コンデンサーは切換スイッチにより階段状態様で放電される。周期当たりの電圧の変化または減少は、測定されるそれぞれのセンサ素子の静電容量に依存する。予め規定された数の周期後に、評価装置ＡＥは、静電容量を決定するために集電コンデンサーＣＳ１〜ＣＳｍまたはＣＳ１〜ＣＳｋに存在する電圧を評価する。これに代えて、集電コンデンサーの予め規定された電圧値に達するかまたはそれより下に低下するために必要である充電及び充電反転周期の数を算出することもできる。その他については、図１及び２が参照される。
【００３２】
評価装置ＡＥ及び制御装置ＭＣは、個々のマイクロプロセッサーにより実施されることができる。
【００３３】
示された実施態様は、全ての操作条件での作動状態の信頼性ある決定を確保し、費用効果的な態様で実行されることができ、かつＥＭＣ及びＲＦ干渉の影響を受けない。
【図１】
2013518494.tif 000003
【図２】
2013518494.tif 000004
【図３】
2013518494.tif 000005
【図４】
2013518494.tif 000006
【国際調査報告】
2013518494.tif 000007
2013518494.tif 000008
2013518494.tif 000009
2013518494.tif 000010