專利名稱:傳感器電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種傳感器電路,一種帶有這種傳感器電路的發(fā)光裝置以及一種用于 借助這種傳感器電路激勵發(fā)光裝置的方法。
背景技術(shù):
對于多種應用,可以有利地使用無需可移動的機械裝置的按鍵或者開關(guān)。這種開 關(guān)的一個例子是觸碰敏感的開關(guān)或者傳感器(也稱為“接觸式傳感器”)。在此要說明的是術(shù)語開關(guān)在下面不僅考慮開關(guān)的功能而且也考慮按鍵的功能。 例如,在按鍵功能的情況下僅僅基本上在激活按鍵的持續(xù)時間上執(zhí)行功能,而開關(guān)功能很 大程度上與激活的持續(xù)時間無關(guān)。特別地,根據(jù)實現(xiàn)情況,按鍵可以執(zhí)行按鍵功能或者開關(guān) 功能。已知的是將電容性傳感器與電容器(例如已知的電容器或者寄生半導體電容 器)在電學上并聯(lián)地設(shè)置。通過觸碰電容性傳感器,其有效電容在例如0.5pF至30pF的范 圍中升高。由此,觸碰電容性傳感器以如下條件為前提非常小的電容與該電容器并聯(lián)。由 此得到的電荷推移和電壓改變較小,對其的分析需要復雜的電子設(shè)備或者比較昂貴的專用 IC。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務是,避免前面提及的缺點并且尤其是提出一種傳感器電路,其以高 的可靠性和魯棒性識別電容性傳感器的操作。該任務根據(jù)獨立權(quán)利要求的特征來解決。本發(fā)明的改進方案由從屬權(quán)利要求中得 到。為了解決該任務,提出了一種傳感器電路,其-具有放大器,_具有電容性傳感器,-其中電容性傳感器設(shè)置在放大器的負反饋支路中。負反饋支路尤其是將放大器的輸出端與其輸入端相連。由此,可以以高的可靠性來識別電容性傳感器的操作。在此,可以有利地使用有利 的器件或者對放大器所提供的信號的分析(是否觸碰了電容性傳感器)并不需要大的電路 技術(shù)開銷或者實施開銷(例如通過在后接的處理單元中的合適的軟件分析)??梢允褂萌我獾囊患壔蛘叨嗉壏糯笃鱽碜鳛榉糯笃?。一個改進方案是,放大器具有以下部件至少之一-晶體管;-MOSFET (金屬氧化物半導體場效應晶體管);_運算放大器;-邏輯門,尤其是CMOS技術(shù)的邏輯門;
-電子管。特別地,可以使用省電的器件。也可能的是,放大器至少有時候被去激活,以便由 此節(jié)省電能。另一改進方案是,放大器具有阻抗轉(zhuǎn)換器。例如,放大器可以具有第一級,其實施為阻抗轉(zhuǎn)換器。由此可以有利地降低寄生電 容對電容性傳感器的影響。特別的是一種改進方案,其中放大器具有非線性放大級。特別地,連接在阻抗轉(zhuǎn)換器之后的級可以實施為非線性放大級。這是有利的,因為 通過非線性可以減少直流部分并且由此明顯改進了對電容性傳感器的狀態(tài)的識別。還有一種改進方案是,放大器具有雙級的晶體管電路。特別地,可以設(shè)計npn晶體管和/或pnp晶體管的序列,其中第一晶體管用作阻抗 轉(zhuǎn)換器,而第二晶體管用作放大器,尤其是用作非線性放大器。此外,一種改進方案是,可以將放大器的輸出信號輸送給處理單元,尤其是微控制
ο例如,輸出信號可以在處理單元中被相應地分析。電容性傳感器的狀態(tài)(觸碰或 者未觸碰)可以區(qū)分得越清楚,則分析越魯棒。替代微控制器也可以使用其他數(shù)字和/或模擬的電路作為處理單元或者用于分 析放大器的輸出信號。在一種附加的改進方案的范圍中,放大器的輸出信號可以通過低通濾波器輸送給
處理單元。低通濾波器能夠?qū)崿F(xiàn)改進地檢測電容性傳感器的狀態(tài)。另一改進方案是,處理單元根據(jù)放大器的輸出信號來執(zhí)行預先給定的動作。由此,可以根據(jù)電容性傳感器的狀態(tài)或者根據(jù)狀態(tài)的預先給定的序列來執(zhí)行預先 給定的動作。例如,可以檢測電容性傳感器的短/長的觸碰的確定的序列。每個這種序列可以 與不同的預先給定的動作關(guān)聯(lián)并且引起其激活。一種擴展方案是,預先給定的動作包括以下動作至少之一_接通執(zhí)行器;-關(guān)斷執(zhí)行器;_借助額定值來受控地激勵執(zhí)行器,其中該額定值可以借助輸出信號來確定。在此,執(zhí)行器可以是任意的(例如可電激活的)部件。例如,執(zhí)行器可以是發(fā)光裝 置的發(fā)光器,例如發(fā)光裝置的至少一個半導體發(fā)光元件。特別地可能的是,在電容性傳感器 的操作持續(xù)時間上將執(zhí)行器調(diào)節(jié)(例如調(diào)光)到預先給定的額定值。換言之,可以通過在 操作持續(xù)時間上操作電容性傳感器來相應地將發(fā)光器調(diào)光(分別更亮或者更暗)。一種可替選的實施形式是,借助交流電壓來激勵放大器。特別地,交流電壓可以是時鐘信號,例如處理單元的時鐘信號。由此,時鐘信號例 如可以由微控制器提供。另一擴展方案是,該電路用直流電壓來供電,其中直流電壓尤其是由至少一個電 池提供。
例如,電池可以是可再充電的電池或者其他可再充電的電能源。前面提及的任務也通過帶有這里所描述的傳感器電路的發(fā)光裝置來解決,其中該 發(fā)光裝置實施為可以借助電容性傳感器來切換和/或調(diào)光。此外,上面提及的任務借助一種用于激勵發(fā)光裝置的方法來解決,其中根據(jù)這里 所描述的傳感器電路的輸出信號來調(diào)節(jié)發(fā)光裝置。在此,發(fā)光裝置的調(diào)節(jié)例如包括發(fā)光裝置的接通、關(guān)斷以及調(diào)光。下面借助附圖示出并且闡述本發(fā)明的實施例。其中
圖1示出了用于電容加權(quán)的傳感器電路的示例性電路裝置;圖2示出了用于電容加權(quán)的傳感器電路的可替選的電路裝置;圖3示出了用于電容加權(quán)的傳感器電路的附加的電路例子;圖4示出了在未操作電容性傳感器的情況下電容加權(quán)的傳感器電路的輸出信號;圖5示出了在操作電容性傳感器的情況下電容加權(quán)的傳感器電路的輸出信號;圖6示出了用于顯示在觸碰電容性傳感器的情況下輸出信號的轉(zhuǎn)變的視圖。在電容性傳感器與其他已知的電容直接并聯(lián)連接的情況下,觸碰電容性傳感器僅 僅引起微小的電荷偏移,其相應地必須費事地進行分析。這里所提出的方式利用了放大器并且將電容性傳感器包含到放大器的負反饋中。 電容性傳感器對要分析的信號的影響對應于放大器的放大被明顯提高。由此,電容性傳感 器的狀態(tài)變化可以明顯檢測或者可以使用價格低廉的部件來檢測這種狀態(tài)變化。信號的檢 測或者分析可以借助微控制器、一般的集成電路和/或分立的電子設(shè)備來進行。與僅僅將電容性傳感器與電容器并聯(lián)的情況中相比,通過放大,傳感器的電容變 化對應于放大被更高地加權(quán),使得電容性傳感器對已知的電容器的反作用變大并且此外可 以通過放大來參數(shù)化。放大器可以包括以下部件至少之一_運算放大器;-晶體管;-MOSFET。例如,可以使用多個晶體管(例如包括兩個晶體管)構(gòu)成的有利的電路,以便檢測 電容性傳感器的信號。電容性傳感器例如可以通過如下方式實現(xiàn)電路的電接觸部在殼體上向外引導并 且將銅面例如設(shè)置在1.6mm厚的FR-I電路板材料之后。在殼體中的銅面并未被觸碰,然而 通過觸碰電接觸部產(chǎn)生電容變化??商孢x地,銅面也可以設(shè)置在殼體內(nèi)壁上。圖4示出了在未操作電容性傳感器的情況下電容加權(quán)的傳感器電路的輸出信號, 圖5示出了在觸碰電容性傳感器的情況下電路的輸出信號。圖6示出了在觸碰電容性傳感 器的情況下輸出信號的轉(zhuǎn)變。在觸碰和未觸碰傳感器的情況下兩個信號的差別由于這里所 提出的方式而強烈地表現(xiàn)并且因此可以用小的電學開銷高可靠性地檢測。圖1示出了用于電容加權(quán)的傳感器電路的示例性電路裝置。電壓源V2以其正端子與節(jié)點102連接并且以其負端子與節(jié)點103連接。交流電 壓源Vl以其第一極與節(jié)點103連接,并且以其第二極通過電阻Rl與npn晶體管Ql的基極連接。此外,晶體管Ql的基極通過電容器Cl與端子101連接。晶體管Ql的集電極與節(jié)點 102連接,并且晶體管Ql的發(fā)射極通過電阻R2與節(jié)點103連接。此外,晶體管Ql的發(fā)射 極通過電容器C2與npn晶體管Q2的基極連接。在晶體管Q2的基極和節(jié)點102之間設(shè)置 有電阻R3。晶體管Q2的發(fā)射極與節(jié)點103連接并且晶體管Q2的集電極一方面與端子101 連接,并且另一方面通過電阻R4與節(jié)點104連接。電容器Cl是電容性的接觸式傳感器(或者該電容器Cl模擬接觸式傳感器的電 容)。電容器Cl設(shè)置在包括晶體管Ql和Q2的放大器的負反饋支路中。對應于Ql和Q2構(gòu) 成的放大器的參數(shù)化,傳感器的狀態(tài)變化(“接觸”或者“未接觸”)可以用高的識別率魯棒 地檢測。帶有兩個市面上常見的晶體管Ql和Q2的放大器的結(jié)構(gòu)成本極為低廉。晶體管Ql作為阻抗轉(zhuǎn)換器工作,晶體管Q2作為非線性放大器工作,其輸出信號可 以具有接近OV的平衡位置。交流電壓源Vl可以提供時鐘信號,該時鐘信號例如由微控制 器(未示出)提供。電壓源V2可以實施為電池。電容器Cl (接觸式傳感器)的值在沒有觸碰的情況下非常小,在觸碰的情況下電 容器Cl的值在皮法范圍中(在圖1的例子中為IpF)。任選地,也可以將電阻與電容器Cl 串聯(lián)地設(shè)置。端子101為微控制器(未示出)提供輸出信號,該微控制器通過適當?shù)姆治鲎R別 是否觸碰了接觸式傳感器。相應地,微控制器可以執(zhí)行預先給定的動作,例如激勵(接通、 關(guān)斷、調(diào)光)發(fā)光裝置。前面示出的電路裝置的一個應用例子是使用在發(fā)光裝置中,例如便攜式發(fā)光裝置 (手電筒)中。通過電容性傳感器(通過圖1中的電容器Cl示意性示出),接通或者關(guān)斷發(fā) 光裝置。也可能的是,例如通過預先給定的觸碰方案來將發(fā)光裝置調(diào)光。例如,可以檢測短 觸碰或者長觸碰。也可以將重復的敲擊識別為特別的信號(例如用于立即關(guān)斷發(fā)光裝置)。 持續(xù)地觸碰電容性傳感器可以啟動發(fā)光裝置的無級(或者逐級)的調(diào)光,其中該觸碰的結(jié) 束固定了(einfrieren)調(diào)光狀態(tài)并且發(fā)光裝置以所設(shè)置的亮度繼續(xù)發(fā)光。在圖1中示出的器件尤其是可以如下設(shè)計或者選擇QlBC847C
Q2BC847C
Cl0. Ip (在觸碰時IpF)
C2In
Rl2. 2M
R222k
R3IM
R415k圖2示出了電容加權(quán)的傳感器電路的一種可替選的電路裝置。直流電壓源V4(例如電池)以其正極與節(jié)點203連接,并且以其負極與節(jié)點204 連接。交流電壓源V3 —方面與節(jié)點204連接,并且另一方面通過電阻R5與npn晶體管Q3 的基極連接。晶體管Q3的基極通過電容器C3與端子202連接,端子202通過電容器C4與 端子201連接,其中端子201通過電阻R8與pnp晶體管Q4的集電極連接。晶體管Q3的發(fā) 射極通過電阻R6與節(jié)點204連接。此外,晶體管Q3的發(fā)射極通過電容器C5與晶體管Q4
6的基極連接。晶體管Q4的基極也通過電阻R7與節(jié)點203連接,該節(jié)點此外與晶體管Q4的 發(fā)射極連接。此外,晶體管Q4的集電極通過電阻R9與節(jié)點204連接。最后,晶體管Q4的 集電極通過電阻RlO與端子205連接,其中在端子205和節(jié)點204之間設(shè)置有電容器C6。晶體管Q3和Q4的組合是帶有阻抗轉(zhuǎn)換器的非線性放大級。電容器C3和C5用于 將交流聲(Brumm)最小化。電容器C3必要時也可以被省去或者通過直接連接來替代。電 容器C4對應于電容性傳感器,其一方面與殼體內(nèi)的銅面(端子202)連接并且另一方面與 從殼體引出的接觸部(端子201)連接。在端子205上有可分析的信號,該信號任選地借助 電阻RlO和電容器C6構(gòu)成的RC濾波器很大程度上限制到輸出信號的直流部分。通過端子205提供的信號可以直接由微控制器(未示出)來分析。當然,替代微 控制器也可以設(shè)置其他數(shù)字或者模擬分析電路。在圖2中示出的器件尤其是可以如下設(shè)計或者選擇Q3 BC847CQ4 BC857CC3 47pC4 IpC5 2nC6 IOnR5 1. 2MR6 2. 2kR7 100kR8 3. 3kR9 22kRlO 22k圖3示出了電容加權(quán)的傳感器電路的一個附加的電路例子。直流電壓源V6以其正極與節(jié)點303連接并且以其負極與節(jié)點304連接。直流電 壓源V6例如可以包括(可再充電的)電池。交流電壓源V5—方面與節(jié)點304連接并且另 一方面通過電阻Rll與pnp晶體管Q5的基極連接。此外,晶體管Q5的基極通過電容器C7 與端子302連接。此外,晶體管Q5的基極通過電阻R12與晶體管Q5的發(fā)射極連接。晶體 管Q5的集電極與節(jié)點304連接。此外,晶體管Q5的發(fā)射極通過電阻R13與節(jié)點303連接。 晶體管Q5的發(fā)射極也通過電容器C9與pnp晶體管Q6的基極連接。晶體管Q6的基極通過 電阻R14與節(jié)點303連接,該節(jié)點又與晶體管Q6的發(fā)射極連接。端子302通過電容器C8 與端子301連接,其中端子301通過電阻R15與晶體管Q6的集電極連接。此外,晶體管Q6 的集電極通過電阻R16與節(jié)點304連接。晶體管Q6的集電極也通過電阻R17與端子305 連接。在端子305和節(jié)點304之間設(shè)置有電容器ClO和電阻R18構(gòu)成的并聯(lián)電路。根據(jù)圖3的裝置類似于圖2中的電路例子。阻抗變換器Q5與阻抗變換器Q3不同 地實施為pnp晶體管。此外,平行于電容器ClO還存在電阻R18,用于調(diào)節(jié)在端子305上提 供的信號的電平。端子301、302和305在功能上對應于根據(jù)圖2的端子201、202和205。在圖3中示出的器件尤其是可以如下設(shè)計或選擇
Q5BC857C
Q6BC857C
C747p
C8Ip
C92. 2n
ClOIOn
Rll1. 2M
R12IM
R1333k
R14100k
R153. 3k
R1615k
R1747k
R18220k
權(quán)利要求
一種傳感器電路, 具有放大器(Q1,Q2), 具有電容性傳感器(C1), 其中電容性傳感器(C1)設(shè)置在放大器(Q1,Q2)的負反饋支路中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器電路,其中放大器具有以下部件中至少之一 -晶體管;-金屬氧化物半導體場效應晶體管; -運算放大器;-邏輯門,尤其是使用CMOS技術(shù)的邏輯門;-電子管。
3.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的傳感器電路,其中放大器具有阻抗轉(zhuǎn)換器(Ql)。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的傳感器電路,其中放大器具有非線性放大級(Q2)。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的傳感器電路,其中放大器具有雙級的晶體管電路 (Ql, Q2 ;Q3, Q4 ;Q5, Q6)。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的傳感器電路,其中能夠?qū)⒎糯笃鞯妮敵鲂盘栞斔徒o處 理單元,尤其是輸送給微控制器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的傳感器電路,其中放大器(Q3,Q4)的輸出信號能夠通過低通 濾波器(R10,C6)輸送給處理單元。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的傳感器電路,其中處理單元根據(jù)放大器的輸出信號來執(zhí) 行預先給定的動作。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的傳感器電路,其中預先給定的動作包括以下動作中至少之-接通執(zhí)行器; -關(guān)斷執(zhí)行器;_借助額定值來受控地激勵執(zhí)行器,其中該額定值能夠基于輸出信號來確定。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的傳感器電路,其中借助交流電壓(Vl)來激勵放大器。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的傳感器電路,其中交流電壓是時鐘信號。
12.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的傳感器電路,其中該電路用直流電壓(V2)來供電, 其中該直流電壓尤其是由至少一個電池提供。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的傳感器電路,其中所述電池(V2)是可再充電的電池。
14.一種帶有根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項所述的傳感器電路的發(fā)光裝置,其中該發(fā) 光裝置實施為能夠借助電容性傳感器來切換和/或調(diào)光。
15.一種用于激勵發(fā)光裝置的方法,其中按照根據(jù)權(quán)利要求1至13中的任一項所述的 傳感器電路的輸出信號來調(diào)節(jié)發(fā)光裝置。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種傳感器電路,其具有放大器、電容性傳感器,其中電容性傳感器設(shè)置在放大器的負反饋支路中。此外,提出了一種帶有這種傳感器電路的發(fā)光裝置以及一種用于激勵發(fā)光裝置的方法。
文檔編號H03K17/96GK101895287SQ20101018231
公開日2010年11月24日 申請日期2010年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月18日
發(fā)明者理查德·迪爾格, 馬庫斯·黑克曼 申請人:奧斯蘭姆有限公司