CN101133335A - 零功率待机模式监视器 - Google Patents

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R·库特
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G·穆施
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Abstract

一种具有阻抗检测器的电气设备，包括从供电电压到第二电压的路径。该路径包括具有电阻抗的线段和测量顶点，其中至少一个电阻抗是待探知的。该阻抗检测器进一步包括连接到测量顶点的鉴别器，其被配置为估计在所述测量顶点处观察的测量电压，并且位于另一供电电压和第三电压之间的路径中。如果待探知的阻抗保持高于阈值，则鉴别器不会从所述供电电压汲取显著的电流。这样，在待机模式下，可以实现重新开始操作状况的零功率监督。

Description

零功率待机模式监视器
技术领域
本发明通常涉及一种电气设备，其具有用于操纵和/或控制该电气设备的阻抗检测器。
背景技术
许多电气设备，特别是在消费电子领域中，用作便携式或可佩戴的设备。这对这些设备的设计提出了高的要求。它们须是抗震的，如果可能，须是放水的，并且易于使用。而且，需要它们呈现出长的电池寿命。除了消费电子设备以外，这些要求同样适用于其他的电气设备，特别是由(可再充电的)电池供电的电气设备。某些电气设备是间歇使用的，因此其实际操作时间同待机时间之间的比是相对低的，即，在大部分时间中，这些设备处于待机模式。
例如，有一些与眼睛的特定疾病相关的应用，其中用户需要整天佩戴具有集成的电池供电的电子装置的特殊眼镜。每当用户戴上这些设备时，需要使其开启，并且每当用户摘下这些设备时，需要使其关闭，以防止设备在不使用时的电池漏电。这同样适用于助听器、耳机、或者免持装置，其作为分离设备或者集成到眼镜的眼镜腿中。在助听器的情况中，可以设想，在检测到声音信号时，得到与使设备进入待机模式相关的控制，因此在不需要放大声音信号时节约能量。用于检测待机模式的两种方法是互补的，这是因为，在噪声环境中，用户可能故意地摘下助听器，因此使其处于待机模式，尽管存在声音信号。
这对于智能服装亦是如此。集成在服装中的电池供电的电子装置需要由用户开启和关闭。在这些设备的机械开关周围，难于有效地密封壳体，由此设备变得更加昂贵或者其不是密封的。在后者的情况中，在洗涤服装之前，须从服装移除该设备。
现今的机械元件，即机械开关，在大部分情况中用于从待机模式到操作模式的切换功能。可以密封机械开关，以便于防止水或灰尘侵入，但是这些选择带来了额外的耗费，并且可能受到穿戴的影响。
发明内容
根据一个实施例，电气设备具有阻抗检测器，其包括从供电电压到第二电压的路径。该路径包括具有电阻抗的线段和测量顶点，其中至少一个电阻抗是待探知的。该阻抗检测器进一步包括连接到测量顶点的鉴别器，其被配置为估计在测量顶点处观察的测量电压，并且位于另一供电电压和第三电压之间的路径中，由此如果待探知的阻抗保持高于阈值，则该鉴别器不会从供电电压汲取显著的电流。测量信号可以是电压。
依赖于待探知的阻抗，在相应线段中观察到的阻抗发生了改变。待探知的阻抗是从供电电压到第二电压的电气路径的一部分。特别地，待探知的阻抗位于路径的线段中。该线段可以串联连接以形成路径，由此如果电流从供电电压流到第二电压，则没有线段具有过高的阻抗。除了包括待探知的阻抗的线段以外，路径的线段可以是任何电气元件，诸如其他的阻抗、非线性元件、直接连接等。如果两个输入电极之间的电阻抗非常高，则采取待机模式。另一方面，如果两个电极之间存在小于特定的最大阻抗的阻抗，则采取操作模式。两个所列举的情况之间的变换引起了测量顶点处的测量信号(诸如电压)的改变。这样，在待机模式下，可以实现重新开始操作状况的零功率监督。鉴别器估计测量信号的状态并调整该测量信号以便进一步处理。通常，阻抗还可以是复电阻，诸如电容器或电感器。为了量化阻抗，可以使用特定的操作频率下该阻抗的量值。电阻抗检测器特别适用于与电池供电设备集成，这是因为其在待机模式期间呈现出低功耗。当根据本发明的电阻抗检测器处于待机模式时，两个输入端口之间的连接呈现出非常高的电阻抗。因此，实际上没有电流从供电电压流到第二电压。
阻抗可以是电导率。电流可以流过阻抗/电导率。阻抗和电导率可以指相同的物理元件，诸如电阻器。
在一个实施例中，如果待探知的阻抗保持高于阈值，则鉴别器从所述供电电压汲取小于100nA，优选地小于1nA的电流。这比电池的自身放电电流低很多。电池的自身放电电流取决于电池的类型和充电状态；对于充电24小时后的锂电池，典型值是10μA。阻抗检测器的漏电流取决于晶体管类型和温度。如果使用了匹配的Analog Devices的双单片晶体管MAT01或者等效适用的晶体管，则其在25℃下可低至100pA(对于-55℃～125℃的全范围，其为100nA)，这些值取自该器件的数据表。
供电电压和/或第二电压可以是DC电压或者AC电压。依赖于应用和附近的电源，可以使用DC电压或AC电压。可以使用AC供电电压，以使电路操作于特定的频率，其中电路在该频率下以最优的方式工作。在电池供电的应用中，很可能使用DC电压。
另一供电电压可以与供电电压相同。第三电压可以与第二电压相同。在电路配置中，其中没有必要使向鉴别器馈电的另一供电电压与向路径馈电的供电电压电气地分离，其实际上一致，因此导致了不太复杂的结构。
根据相关的实施例，该电气设备进一步具有参考电位，并且相对于参考电位估计测量电压。参考电位允许确定电路中与该电位不同的任何电压。
在另一实施例中，鉴别器包括开关。开关允许产生具有有限个状态的输出信号，其典型地具有两个状态。在阻抗检测器的背景下，需要确定阻抗是非常高还是相对低。
如果待探知的阻抗保持高于阈值，则可以使开关保持在非导通状态。高于阈值的阻抗可以指出没有阻抗(诸如传感器)连接到阻抗检测器。另一个原因可能是传感器是有缺陷的，或者传感器的输入低于特定的阈值。由于没有电流流过开关，因此使开关处于非导通状态节约了能量。
在相关的实施例中，该阈值是可调节的。这为大范围的应用确保了较大的灵活性。例如，阈值可以取决于电极的数目和类型、或所使用的传感器的类型、所执行的测量的种类等等。
可以将电气设备配置为中继在包括待探知的阻抗的线段中生成的双极性信号。特别是在电生理学应用中，但也可能在其他的应用中，测量患者身体产生的电信号(例如，心电图)。另一示例可以是声音信号。该信号可以是双极性的。双极性信号可以改变其符号，即，其可以变成负的。而且由于信号的负的部分也可能是所关注的，因此必须注意不能截除该部分。中继双极性信号的能力在如下应用中也可能是所关注的，其中用户须自行将传感器连接到输入端口，或者须以特定的方式安置电极。由于用户无须注意特定的极性，因此对于使用的便利性以及设备的鲁棒性，该能力是所关注的。这是通过考虑该条件的电路设计实现的。同时，阻抗检测器必须不会受待中继或测量信号的干扰。应当提及，在心电图应用中，信号呈现为在约1mV～3mV之间的电压。阻抗检测器可用于检测传感器的存在或不存在，诸如麦克风。
根据另一实施例，该电气设备进一步包括：
两个输入端口，配置为分别连接到待探知的阻抗的线段的末端；
两个输入端口中的一个输入端口分别与供电电压或第二电压之间的上拉阻抗或者下拉阻抗。
在第一示例性情况中，在两个输入端口中的一个输入端口同供电电压之间提供了阻抗，因此其用作上拉阻抗。如果没有电流流过该上拉阻抗，则通过该上拉阻抗的作用(除非其是开路)，第一输入端口上拉到供电电压的电位。换言之，不存在跨越该上拉阻抗的压降。以相似的方式，通过该下拉阻抗的作用，第二输入端口将被下拉到电路接地电压，由此也不存在跨越下拉阻抗的压降。电阻抗检测器处于待机模式意味着，在两个输入端口处不存在测量信号，其依次意味着可以将两个输入端口分别上拉或下拉到供电电压或电路接地电压。另一方面，在操作模式下，两个输入端口必须能够采用由施加到输入端口的信号定义的任何一个电位。由于在操作模式下，在两个输入端口之间存在不为零的电导率，因此电流可以从供电电压到电路接地电压，流过上拉阻抗(如果存在)、两个输入端口之间的电导率以及下拉阻抗(如果存在)。该电流引起了跨越上拉和/或下拉阻抗的压降，其可由鉴别器检测。理想地，鉴别器具有类似比较器的特性，即，其具有两个主要状态(即，高和低)，并且如果鉴别器输入端处的信号变得大于预定义的阈值，则其从一个状态变为另一状态，反之亦然。尽管两个状态之间的变换应理想地是尽可能地陡峭的，但是较平滑的变换也是可接受的。例如，连接到鉴别器的输出级可以进一步调整输出信号，并且使其适应钩连到电阻抗检测器的任何设备的要求，以得到其自身的待机模式和操作模式。上拉阻抗(如果存在)、两个输入端口之间的阻抗和下拉阻抗(如果存在)均串联连接。因此，它们形成了具有两个或三个阻抗的分压器，即上拉阻抗(如果存在)、两个输入端口之间的电导率的倒数和下拉阻抗(如果存在)。如果上拉阻抗和下拉阻抗均存在，则分压器能够分别在第一和第二输入端口处提供两个中间电压。
上拉或下拉阻抗可以是一个或多个电阻器、一个或多个电容器、一个或多个电感器、一个或多个二极管、一个或多个齐纳(Zener)二极管、一个或多个晶体管、或者它们的组合。依赖于所需的阻抗检测器的属性，可以使用上面提及的元件设计电路。例如，在AC的情况中，使用电容器和/或电感器可以滤除不需要的频率。
开关以及上拉和/或下拉阻抗可以是二极管。在大面积电子装置中二极管比晶体管更易于制造，潜在地使该实施例是较低成本的。
在另一实施例中，该电气设备进一步包括从各个供电电压到各个第二电压的一个或多个附加路径，每个附加路径包括具有电阻抗的线段，其中至少一个电阻抗是待探知的。其进一步包括用于每个待探知的阻抗的两个输入端口，其被配置为分别连接到待探知的阻抗的线段的末端。如果多个电极对要经受关于导联脱落状况的监督，则可以使用该配置。可以使用逻辑“AND”(电气设备仅在所有电极对正确连接时操作)或逻辑“OR”，(电气设备在一个电极对正确连接时操作)组合不同的电极对。
该电气设备可以进一步包括输出级，其连接到鉴别器并且响应鉴别器的状态递送输出电压或电流，因此指出了所检测的电阻抗。鉴别器通过采用表示压降量值的多个状态中的一个状态，对跨越上拉或下拉阻抗中的至少一个的压降作出响应。例如，连接到鉴别器的输出级可以调整输出信号，并且使其适应钩连到电阻抗检测器的任何设备的要求，以得到其自身的待机模式和操作模式。
在相关的实施例中，如果压降低于阈值，则鉴别器和/或阻抗检测器的输出级不会从供电电压或另一供电电压汲取显著的电流；如果压降超过阈值，则鉴别器和/或输出级从供电电压或另一供电电压汲取电流。如果跨越上拉阻抗和/或下拉阻抗的压降低于阈值，则采取激活待机模式。在该情况中，鉴别器和/或输出级不从供电电压汲取电流或者仅汲取可忽略的电流。电源提供了供电电压和电路接地电压之间的电位差。在操作模式中，允许鉴别器和/或输出级从供电电压汲取电流。
鉴别器可以包括第一级和第二级。具有两级的鉴别器可以具有陡峭的输入输出特性，由此消除了不需要的鉴别器中间状态。例如，如果鉴别器利用某些元件的饱和效应，则第一级可能仍未饱和，但是有助于第二级饱和。
在相关的实施例中，第一级包括开关装置。提供开关装置提供了在不通过不需要的中间状态的情况下，在鉴别器的两个状态之间改变的可能性。在电路功耗方面，中间状态通常是不利的。由于在该情况中，关注的是在待机模式和操作模式之间区分，因此响应鉴别器的输入端条件的开关装置提供了该功能。
在相关实施例中，第一级的开关装置的控制输入端耦合到两个输入端口中的一个。因此第一级的开关装置的控制输入端处的电位跟随各个输入端口的电位。在第一控制输入端的情况中，这意味着在由上拉阻抗和两个输入端口之间的缺失电导率的相互作用引起的待机模式期间，其电位被上拉到供电电压。对于第二输入端口和下拉阻抗也有相似的考虑。
在另一实施例中，第一级的开关装置的控制输入端经由低通滤波器耦合到两个输入端口中的一个。该低通滤波器防止鉴别器在噪声环境下随机地从一个状态变为另一状态。
该开关装置可以选自包括双极型晶体管和MOSFET晶体管、薄膜晶体管、二极管和MIM(金属-绝缘体-金属)二极管的组。MOSFET晶体管由电压而非电流控制。另一方面，双极型晶体管需要较低的阈值电压。特别地，如果供电电压是低的，则可以在第一级中使用双极型晶体管而非MOSFET晶体管，用于电路的正确操作。在两个双极型晶体管的级联配置(一个附连到高供电轨，另一个提供给低供电轨)中，可以使电路在低于1.5V下操作。在该情况中，有必要具有至少1.2V的供电电压(两倍于晶体管的阈值电压0.6V)。在仅牵涉单个晶体管的实施例中，甚至可以低于该值。由于双极型晶体管的阈值电压通常约为0.5V～0.6V，因此可以使某些所提出的实施例在低于1V的操作电压下操作(在电路的其余部分也支持该电压的条件下)。
由于可以在例如玻璃基板的非常小的表面积上实现晶体管，因此在设备中将一个或多个晶体管用作有源元件(用于开关或其他功能)可以使本发明的设备是成本有效的，并且仍是相对小的。
一种替换方案是将薄膜晶体管用作晶体管或设备的有源元件的晶体管。这使设备是更加成本有效的，并且可以使用更轻的或者柔性的材料，诸如塑料或者金属箔。
在本发明的另一实施例中，有源元件包括二极管。由于在比基于晶体管的技术成本更低的技术中，可以在例如玻璃基板的非常小的表面积上实现二极管，因此将一个或多个二极管用作本发明设备中的有源元件使本发明的设备是更加成本有效的，并且仍然是相对小的。
有源元件还可以包括非线性电阻元件，特别是金属-绝缘体-金属(MIM)二极管。由于在比基于晶体管的技术成本更低的技术中，可以在例如玻璃基板的非常小的表面积上实现MIM二极管，因此将一个或多个MIM二极管用作本发明设备中的有源元件使本发明的设备是更加成本有效的，并且仍然是相对小的。
在另一实施例中，晶体管仅具有一个极性。这使得在大面积电子装置中更易于制造电路。
输出级可以包括晶体管和输出阻抗，在输出阻抗处抽取输出电压。输出级的晶体管受鉴别器的控制，并且因此确定电流是否可以流过输出阻抗，其串联连接到输出晶体管。特别地，如果输出晶体管的导通阻抗相比于输出阻抗(具有电阻器的形式)是相对低的，则可以预期，大部分供电电压出现在输出电阻器上。这意味着，可以将指出待机模式或操作模式的明确的输出信号提供给连接到该输出级的任何设备。
该电气设备可以进一步包括来自低温多晶硅、无定形硅、纳米晶硅、微晶硅的材料，或者其他的半传导材料，诸如硒化镉、氧化锡、氧化锌或有机半导体。
薄膜晶体管可通过任何公知的有源矩阵技术制造，如了解自有源矩阵液晶显示器和其他有源矩阵显示器的制造。这些技术包括无定形硅(a-Si)技术、低温多晶硅技术(LTPS)、纳米晶Si技术、微晶Si技术、CdSe(硒化镉)技术、SnO(氧化锡)技术、基于聚合物或有机半导体的技术等。在某些情况中，仅可用到单极性的晶体管(例如，a-Si仅提供n型晶体管)，而在其他情况中，可以用到双极性的晶体管(例如，LTPS提供n型和p型晶体管)。然而，一个设备中具有两种类型是更加昂贵的。
使用薄膜晶体管技术，可以通过数种已知的方式驱动二极管有源矩阵阵列(例如，如已用于有源矩阵LCD的二极管有源矩阵阵列)，其中一个是具有重置的双二极管(D2R)方法，参见K.E.Kuijk，Proceedings of the 10th International Display ResearchConference(1990，Amsterdam)，p174，其在此处并入作为参考。
可以使根据本发明的电路操作非常依赖于二极管的特性，并且可以选择PIN或肖特基(Schottky)二极管。可以使用简单的3层工艺形成PIN(或Schottky-IN)二极管。无定形半导体层、p掺杂、本征和n掺杂的叠层夹在顶部和底部金属衬层之间，其是垂直取向的。其电气属性对对准几乎不敏感。
在提供了比使用TFT稍小的柔性的同时，还可以使用技术上要求较低的金属-绝缘体-金属(MIM)二极管技术实现该器件。MIM二极管可作为非线性电阻元件引入。
通过利用薄的绝缘层使两个金属层分离，产生了MIM器件(或MIM二极管)(示例是夹在Cr或Mo金属之间的氢化氮化硅，或者Ta金属电极之间的Ta205绝缘体，参见例如A.G.Knapp and R.A.Hartman，Proc 14th Int Display Research Conf(1994)p.14以及S.Aomori etal.SID 01 Digest(2001)p.558。这些公开内容在此处并入作为参考。)，并且便利地以交叉的结构实现。两个金属层以及绝缘层是在相同的基板上实现的。
在另一实施例中，该电气设备是电池供电的。该电气设备不依赖于电网的可用性。实际上，在这些情况中，其中电气设备往往长期穿戴或携带，因此不应不必要地浪费电力。
该电气设备可以进一步包括附加的电源。该附加电源可以是电池、DC/DC转换器、电荷泵或者某种相似的设备。例如，在操作模式期间，而不是在待机模式期间，使用附加电源。由于阻抗检测器可被设计为在低供电电压下工作，因此没有必要在待机模式期间使用附加电源。在操作模式期间，附加电源可用于使阻抗检测器激活的设备启动。在特定的实施例中，附加电源为数据处理设备供电。在数据处理设备需要特定的电源，诸如足够高的供电电压的情况中，这是有用的。而且，数据处理设备可被配置为由鉴别器的开关关闭。
在另一实施例中，电阻抗检测器为设备提供了自动开机功能。这消除了对专用的开机/关机开关的需要。而且，该设备还更易于使用。在示例性应用中，其中该设备往往由用户穿戴，具有直接的皮肤接触，一旦两个电极均与用户的皮肤接触，则电阻抗检测器感应人体定义的传导率，并且开启该电气设备。由于这是由人体皮肤与两个电极接触触发的，因此在某人手持并同时使用的设备(移动电话、遥控器)，赤足站在上面并同时使用的设备(体重计)或类似的情况中，这将是特别有用的。还有一些与眼睛的特定疾病相关的应用，其中用户需要整天佩戴具有集成的电池供电的电子装置的特殊眼镜。一旦用户戴上该眼镜，则通过所描述的电气设备，可以自动地开启这些设备。例如，在本发明的帮助下，还可以自动开启集成在眼镜的眼镜腿中的助听器。当需要再次关闭设备时，提出了如下方案。在阻抗呈现出大于给定阈值的值时，关闭该设备。如果该设备测量到信号，则关闭条件可以与低于信号阈值的信号有关。在这些情况中，由数据处理设备测量信号并确定其何时消失，这使得该设备进入待机模式。在条件变为真之后，即在信号消失之后，或者在预定义的时间之后，该设备直接进入待机模式。
在另一实施例中，该电气设备进一步包括换能器，用于将非电信号转换为可连接到输入端口的电信号。非电信号可以是声音信号、光信号、与温度、压力、磁场、辐射等相关的信号。
在另一实施例中，换能器被配置为在接收到非电信号时改变其阻抗。换能器可以是有源的，即，放大元件(诸如二极管或晶体管)，或者是无源元件(诸如电阻器)。然后由阻抗检测器检测换能器阻抗的改变，从而使电气设备从待机模式变换到操作模式。非电信号强度的阈值定义了设备何时从待机模式变换到操作模式，反之亦然。还可以设想，阻抗检测器仅使设备激活。然后由数据处理设备使设备灭活，其是电气设备的一部分或者与之连接。在非电信号静默了特定的时间周期之后，数据处理设备决定将整个电气设备切换到待机模式。电气设备保持于待机模式，直至非电信号再次变得较强。根据相关的实施例，所述换能器选自包括麦克风、电容检测器、具有单个或多个极板的电容器、压电元件、温度元件(电阻器、二极管、晶体管等)、磁阻元件、光传感器(包括光二极管、光晶体管、光电阻器、CCD等)、压力传感器、化学或生物传感器的组中。
在另一实施例中，电气设备包括多个电阻抗检测器。该设备可用于实现控制元件，用户以所需的方式通过经由用户身体或其中的部份使电路接通，控制该设备。例如，该设备可以用于消费电子装置的遥控器或者移动电话。这避免了机械开关，由此可以容易地密封该设备并且/或者实现独特的、抗震的和/或平滑的设计。多个电阻抗检测器可以连接到键盘，由此用户可以通过连续地触摸不同的接触区域，输入数字或字母数字码，每个接触区域对应于特定的按键并且连接到多个电阻抗检测器中的一个。这样，设备的壳体将是金属的，或包括许多个金属镶嵌，其代表第一电极。当用户将其手持时，用户的皮肤与该电极接触。在壳体顶部，某些键盘区域将是绝缘的，按键是位于该绝缘区域内部的小的金属表面。当用户将手指放在一个按键电极上同时手持壳体时，其接通了按键电极和壳体之间的接触。移动电话或者遥控器的键盘可以以这种方式实现，由此使其对灰尘不敏感。在消费电子领域中，用于MP3播放器的触控耳机应用和免提电话可以使用该功能。简单的设备可以是手电筒，当某人手持该手电筒时，其发光。
不止如此，类似公共电话亭或者ATM的永久性安装设备也受益于所提出的电气设备。如果它们的键盘被设计为平坦的金属表面，则相比于现今的机械按钮，其维护成本将降低，并且该设备将不易于受到破坏。
在工业中，存在所谓的“爆炸区域”，诸如加油站或炼油厂，其中由于在特定的条件下，机械开关在断开或接通时，其接触之间可能出现微小的火花，因此通常禁止使用设备中的机械开关。因此用于爆炸区域的设备和工具也可以是所描述技术的应用领域。
如果将电气设备或者阻抗检测器视为在设备周围存在导电材料的传感器，则可以确认另外的多种应用。对于其中设备典型地在使用之前长期存储的应用(长的保质期)，这是特别相关的。
该类别设备的示例是尿布，其在充满时发出警报。通常，一次性(电气)设备非常适用于根据本发明的电路。另一示例可以是电子药丸(e-pill)，其在被吞咽时激活。这同样适用于某些生物测试，诸如葡萄糖测试或怀孕测试。这些设备典型地包括显示器以及某些检测器和处理装置。如果不需要开启该设备，则这将是非常方便的。在其上面存在流体时，为了进行测量，该设备将自动地开启。另一示例是安装在救生艇和救生衣中的灯，一旦该设备碰到水，则其自动地开始闪烁，以便于吸引救援队的注意。现今，是在电池变湿时，其自身开始产生电。此处提出的技术与呈现出非常长的保质期的标准电池结合，可以提供替换方案。还可以设想，烟/火检测器或者其他环境传感器，例如，用于远程监视空气的污染物质、毒气、花粉、生物物质，或者用于防御生物恐怖袭击等。
还可以将振动用作待测量的输入信号。这可以应用在军事领域(定向麦克风)、地震检测器、建筑物、桥梁等的稳定性。后者可以具有非常长的待机时间。
对于建筑工业，检测水的能力也引起很多关注。特别地，墙壁中的湿气是非常普遍的问题，其可能严重地影响建筑物和结构的安全性和功能。而且，在发达国家，其中建筑工业的大部分是维护现有建筑物，水可能成为主要问题。
可以设想水传感器单元，其具有小的密封封装。该传感器单元包括所提出的电气设备或者阻抗检测器的电路作为传感器，具有平滑地集成到封装表面的电极，而且具有长保质期的电池，并且最终具有到外部世界的链接，以便于在水检测的情况中发出警报信号，其优选地是某种类型的无线链接。这些传感器将埋入在建筑物的墙壁、堤坝等中，以便于在水默默地渗透结构时获得早期警报。当水再次退回时，该传感器单元最终将停止发出警报信号，由此实现了建筑物的安全性的评估。通过及其相同的方式，水传感器单元还可用于观察新建造的墙壁和建筑物中的混凝土的固化过程。水传感器还可以用作用于汽车风挡窗雨刷的雨水传感器，或者用作汽车的底部或轮罩上的湿路传感器。
对于磁传感器，诸如磁阻传感器，可以用作防抱死制动系统、电子罗盘、和磁生物传感器的用途。
除了电信号之外，其他类型的信号也可以用作输入。对于某些应用，存在麦克风等将例如声音信号转化为阻抗。与此相关的应用包括宝宝电话、助听器(其也在声音超过阈值时开启)、噪声消除设备、耳内扬声器、远程感应/例如噪声污染。光信号是另一种可能的应用领域，例如遥控器的感应单元。对于许多设备，诸如电视机、hi-fi单元，这将潜在地节约能量，特别是在待机模式可以是零功率的时候。
还可以在用于感应触觉输入的设备(其也是经由电容耦合)中使用本发明。因此，无须直接触摸电路的电极。可以在触摸屏、指纹传感器、甚至与疲劳传感器连接的汽车方向盘中使用该技术。
该电气设备进一步包括附加输入端口。关于两个任意输入端口的对之间的阻抗是否超过阈值的结果，通过逻辑组合而组合。该逻辑组合可以是AND运算、OR运算、XOR运算或者其他逻辑运算。例如，如果所有的输入端口必须正确地连接以便于获得有意义的信号，则可以使用AND运算。
该电气设备可以进一步包括附加输入端口，其中通过使两个输入端口循环成对，执行循环测量。这允许电气设备搜索最好的信号，其可能存在于两个任意的电极之间。如果提供了两个或多个阻抗检测器和数据处理设备，则一个阻抗检测器可用于不断地查找好的(例如，强的)信号，而另一个阻抗检测器执行实际的数据采集。一旦发现可以获得比当前采集的信号更好的(例如，更强的)信号，则这两个阻抗检测器的任务可以改变。
在包括附加输入端口的电气设备中，该设备可被配置为搜寻成对的两个输入端口，其呈现出根据所定义的质量测量的最好的信号。这可以通过循环的方式，随机地或者基于特定的模式实现。例如，该模式可以记住(不远的)过去呈现出好的(例如，强的)信号的输入端口，在这些输入端口上集中搜索。上下文中的“好的”、“更好的”和“最好的”信号意指根据所定义的质量测量(信号幅度、信噪比等)的“好的”、“更好的”和“最好的”信号。
另一实施例涉及在先前描述的电气设备中使用的阻抗检测器。该阻抗检测器可连接到位于包括待探知阻抗的线段的末端处的至少一个顶点。该阻抗检测器可被提供为关于现有电气设备的附件。
附图说明
图1是示出了根据本发明的电阻抗检测器的基本结构的示意性电路图。
图2A是根据本发明的电阻抗检测器的电路图，其将MOSFET晶体管用作开关元件。
图2B是根据本发明的电阻抗检测器的电路图，其在第一鉴别器级中使用双极型晶体管，并且在其他位置使用MOSFET晶体管，作为开关元件。
图3是根据本发明的一个实施例的电阻抗检测器的电路图，其具有数目减少的元件。
图4是具有一个N-MOSFET和两个二极管的电阻抗检测器的电路图。
图5是具有一个NPN-双极型晶体管和两个二极管的电阻抗检测器的电路图。
图6是具有一个P-MOSFET和两个二极管的电阻抗检测器的电路图。
图7是具有一个PNP-双极型晶体管和两个二极管的电阻抗检测器的电路图。
图8是具有一个N-MOSFET和齐纳二极管的电阻抗检测器的电路图。
图9是具有一个NPN双极型晶体管和齐纳二极管的电阻抗检测器的电路图。
图10是具有一个P-MOSFET和齐纳二极管的电阻抗检测器的电路图。
图11是具有一个PNP双极型晶体管和齐纳二极管的电阻抗检测器的电路图。
图12是具有一个N-MOSFET和齐纳二极管加上常规二极管的电阻抗检测器的电路图。
图13是具有一个NPN双极型晶体管和齐纳二极管加上常规二极管的电阻抗检测器的电路图。
图14是具有一个P-MOSFET和齐纳二极管加上常规二极管的电阻抗检测器的电路图。
图15是具有一个PNP双极型晶体管和齐纳二极管加上常规二极管的电阻抗检测器的电路图。
图16是具有单个n-型晶体管鉴别器的电阻抗检测器的电路图。
图17是具有单个p-型晶体管鉴别器的电阻抗检测器的电路图。
图18是具有如下鉴别器的电阻抗检测器的电路图，该鉴别器具有单个n-型晶体管和反向连接的用于上拉的二极管。
图19是具有如下鉴别器的电阻抗检测器的电路图，该鉴别器的一个输入端口连接到供电电压。
图20是具有如下鉴别器的电阻抗检测器的电路图，该鉴别器的一个输入端口连接到接地电压。
图21是使用二极管和场效应晶体管代替电阻器的电阻抗检测器的电路图。
图21A是图21的细节，示出了下拉二极管的替换方案。
图22是图21中示出的简化的电阻抗检测器的变化方案的电路图。
图23是与图16相似的简化的电阻抗检测器的电路图，其中对耗电者直接供电。
图24是为了实现AND组合的两个如图16所示的电阻抗检测器的配置的电路图。
图25是与图24相似的电路图，其不具有反相输出信号。
图26是与图24相似的电路图，其支持多个输入。
图27是为了实现OR组合的两个图16中示出的电阻抗检测器的配置的电路图。
图28是支持多个电极输入的电阻抗检测器的电路图。
图29是通过输入传感器垫片任意连接的多输入电路增强的电阻抗检测器的电路图。
图30示出了通过第二电阻抗检测器增强的图29的配置。
图31是使用场效应晶体管的电阻抗检测器的电路图。
图32是使用可通过外部电压调节的场效应晶体管的电阻抗检测器的电路图。
图33是呈现可定义阈值的电阻抗检测器的电路图。
图34是呈现可调节阈值的电阻抗检测器的电路图。
图35是呈现可变阈值的电阻抗检测器的电路图。
图36是图35中示出的电阻抗检测器的变化方案。
图37是仅使用二极管和电容器的电阻抗检测器的电路图。
图38是使用单个二极管和电容器的电阻抗检测器的电路图。
图39示出了图3中示出的电阻抗检测器的修改方案。
图40是使用第二电池和NPN-双极型晶体管的电阻抗检测器的电路图。
图41是使用第二电池和N-MOSFET晶体管的电阻抗检测器的电路图。
图42是使用第二电池和PNP-双极型晶体管的电阻抗检测器的电路图。
图43是使用第二电池和P-MOSFET晶体管的电阻抗检测器的电路图。
具体实施方式
在下面的描述中，其中在元件首次出现时，在描述附图时典型地提及和解释了该元件。相似的或相同的参考符号用于相似的或相同的元件。
图1以示意性的方式示出了阻抗检测器的基本结构。在图的左侧，示出了从供电电压+Vbat1到第二电压V2的路径的三个线段。每个线段分别包括二端网络31、20和32。网络31、20和32的配置可视为分压器。如果网络31、20和32是电导率或电阻，情况亦是如此。中间的二端网络20是待测试或待探知的，例如关于其阻抗。在许多应用中，待探知的二端网络20在阻抗检测器的操作过程中改变其状态。该二端网络20的状态改变导致了两个网络20和32之间的顶点的电位变化。鉴别器50估计该电位，图1中示出了其基本结构。鉴别器50连接到另一供电电压+Vbat2和第三电压V3。其包括开关51，其响应两个网络20和32之间的顶点的电位。接通开关51使电流从另一供电电压+Vbat2流向第三电压V3。该电流可用于驱动例如，外部单元(未示出)或为其供电。
现在参考图2A，示出了电阻抗检测器100的电路图。待检测的电阻抗检测器电气地安置在第一输入端口121(E1)和第二输入端口122(E2)之间。电阻抗检测器100由供电电压(+Vbat)供电，其可由电池提供。其还具有电路接地电压(0V)。电阻抗检测器100的一个基本部件是鉴别器，在所提出的情况中，其具有两级。鉴别器的第一级设计在两个MOSFET晶体管151和152周围。MOSFET晶体管的漏极-源极电阻通过已知的方式由该晶体管的栅极-源极电压控制。采取阻抗检测器的固定状态，电阻器141(R3)和电容器143(C1)的配置可忽略，这是因为其是低通滤波器，不影响DC电压。因此，MOSFET晶体管151(M1)的栅极(G)电位由跨越电阻器131(R1)的压降确定。该电阻器131用作MOSFET晶体管151的上拉电阻器。在MOSFET晶体管152(M2)的周围可以找到相似的配置，其具有下拉电阻器132(R2)以及由电阻器142(R4)和电容器(C2)构成的低通滤波器。
鉴别器的第二级包括MOSFET晶体管163(M4)和相应的上拉电阻器161(R5)，以及MOSFET晶体管164(M3)和相应的下拉电阻器162(R6)。
电阻抗检测器100的输出级包括MOSFET晶体管172(M5)、相应的上拉电阻器171(R7)、输出电阻器173(R8)和输出端口174。在输出端口174和电路接地电压之间可以抽取输出电压，其表示输入端口121和122之间的电导率的存在或不存在。
MOSFET晶体管M3、M4和M5的配置还可以通过如下方式理解。MOSFET晶体管M3担任来自MOSFET晶体管M1的信号的逻辑反相器的功能。MOSFET晶体管M4和M5可视为出现在MOSFET晶体管M2的漏极和MOSFET晶体管M3的漏极处的信号的逻辑AND功能。
五个MOSFET晶体管151、152、163、164和172均是增强型的，这意味着，只要栅极(G)和源极(S)之间的控制电压保持低于数个伏特的特定阈值，漏极(D)和源极之间的沟道是完全不传导的。
只要输入端口121和122不是通过足够大的电导率(即足够小的阻抗)连接的，则由于上拉电阻器131将MOSFET晶体管151的栅极-源极电压驱动至零，因此其将是开路的。原因在于，在供电电压+Vbat和电路接地电压0V之间不存在电流路径。出于相同的原因，由于下拉电阻器132将MOSFET晶体管152的栅极-源极电压驱动至零，因此其将是开路的。由于MOSFET晶体管151和152均开路，因此也没有电流流过电阻器162和161，由此使MOSFET晶体管163和164开路，这是因为电阻器161和162分别将它们的栅极-源极电压驱动至零。由于MOSFET晶体管163开路，因此不存在馈送给输出电阻器173的电流，由此输出电压Vlead是零。
一旦两个输入端口121和122借助于其之间的电导率连接，则电阻器131、132以及两个输入端口121和122之间的电导率将形成分压器，其将向MOSFET晶体管151和MOSFET晶体管152提供足够的栅极-源极电压，以便于使其开启。电阻器141和电容器143表示低通滤波器，其防止MOSFET晶体管151在噪声环境中随机地开启和关闭。对于MOSFET晶体管152，电阻器142和电容器144发挥相同的作用。
如果第一鉴别器级MOSFET晶体管151或152是导通的，则这将传播通过鉴别器的第二级和电阻抗检测器100的输出级。
尽管并非每个应用都需要，但是可以考虑将例如，用于数据采集或分析的数据处理设备180连接到输入端口121和122。如果在两个输入端口之间出现了电导率，则它们的各个电压用作数据采集或分析设备180的输入，其以某种其他的方式估计、存储或处理由连接到输入端口121、122的电极、传感器、天线、探针等拾取的信号。典型地，由于被测信号的微弱的本质，数据处理设备呈现出高的输入阻抗。因此，数据处理设备180不会干扰本发明所执行的阻抗检测。
数据处理设备180被设计用于信号处理。其可以执行放大、滤波、电平移位、A/D转换、记忆等。关于180的低操作电压和轨到轨放大的电路设计技术是公知的。
图2B示出了本发明的另一实施例。在该电阻抗检测器中，鉴别器的第一级的两个MOSFET晶体管151和152由两个双极型晶体管251和252替换。特别是在供电电压+Vbat相当低的时候，为了电路的正确操作，第一级中没有MOSFET晶体管是明智的。为了使图2A中示出的实施例的MOSFET晶体管151和152正确地开启，供电电压+Vbat有必要大于MOSFET晶体管151和152的阈值电压的和。该和可高达数个伏特。因此，图2B中示出的实施例使用双极型晶体管251和252代替，其在基极发射极电压低至大约0.6V时已经开启。这样，可以利用仅1.5V的供电电压操作电路。如果供电电压是3V，例如，两个标准的AA-或AAA-电池产生的电压，则也可以使用该实施例。在这些实施例中，可以直接使用输出电压为例如数据处理设备180以及电气设备的任何其他元件供电，其往往在电气设备处于待机模式时关闭，而在电气设备处于操作模式时开启。可替换地，输出电压还可以用作例如，电源控制电路的触发信号。
图3示出了本发明的另一可行的实施例。相比于图2A中示出的实施例，图3中示出的实施例具有较少的元件。图3示出了电阻抗检测器100的电路图。输入电路，其包括上拉电阻器131、下拉电阻器132、低通滤波器(R3、C1和R4、C2)以及鉴别器的第一级(M1、M2)对应于已在参考图2A中描述的元件。MOSFET晶体管152(M2)的输出，出现在M2的漏极处，以与先前相同的方式经由电阻器161(R5)连接到MOSFET晶体管163(M4)的栅极。然而，MOSFET晶体管151(M1)的输出不再通过反相器。作为替换，其直接连接到MOSFET晶体管M4的源极和下拉电阻器155(R15)。如果M1和M4均未导通，则该下拉电阻器R15通过将M1的漏极和M4的源极处的电压下拉到接地电压，确保了所定义的电压出现在M1的漏极和M4的源极之间的连接上。该瞬变的速度主要取决于电阻器R15的值。如同前面，对MOSFET晶体管M1和M2的输出信号执行逻辑AND。与图2A的电路相反，其中AND功能是由两个MOSFET晶体管M4和M5以直接的方式执行的，M4和M5分别由出现在其各自的栅极处的信号控制，图3中的MOSFET晶体管M4周围的电路实现了固有的，即内在的逻辑AND功能。MOSFET晶体管M4的栅极由MOSFET晶体管M2的输出控制，其提供了一个输入信号。第二输入信号由MOSFET晶体管M1提供，并且直接控制MOSFET晶体管M4的源极处的电压。如上面指出的，该实施例节约了由MOSFET晶体管M3实现的逻辑信号反相器以及逻辑AND门的M5MOSFET晶体管。尽管电阻抗检测器的这种简化的实施例相比于图2A中示出的实施例，可能具有稍不理想的开关特性，但是其可良好地适用于特定的应用。
图4是具有一个N-MOSFET和两个二极管的电阻抗检测器的电路图。相比于前面的实施例，其使用更少的元件。特别地，鉴别器使用单个N-MOSFET452作为开关元件。而且，该电阻抗检测器与先前的不同之处在于，将两个二极管431作为上拉电阻。应当注意，在该实施例和随后的实施例中，串联连接的二极管的数目也可以是三个或更多。它们的目的是产生足够高的压降，由此数据处理设备180的输入不会被直接连到满供电电压或0V。二极管的数目取决于所使用的二极管的类型。标准的二极管呈现出400mV...700mV的压降。可替换地，可以使用具有200mV...300mV压降的肖特基二极管。因此，有利的是，使用一个二极管或者包括不同二极管类型的任何组合的串联连接的不止一个二极管。可选地，可以仅使用单个二极管。为了不致混淆，电阻器R1、R2和R3分别具有参考数字432、442和461。电容器C2亦是如此，其现在具有参考符号444。它们的功能在上文中已针对相似的元件描述过。
图5是具有一个NPN-双极型晶体管和两个二极管的电阻抗检测器的电路图。该电路与图4中示出的电路相似，不同之处在于，将NPN-双极型晶体管552用作开关元件。
图6是具有一个P-MOSFET和两个二极管的电阻抗检测器的电路图。该电路使用P-MOSFET151和两个二极管632，同时省略了MOSFET152周围的对应物(参看图1)。相比于图2A，构成P-MOSFET151的栅极电压控制的电路基本上不变。电阻器641(R2)是低通滤波器的一部分，而电阻器662(R3)是其中抽取输出电压的电阻器。
图7是具有一个PNP-双极型晶体管和两个二极管的电阻抗检测器的电路图。图7对应于图6，不同之处在于PNP-双极型晶体管251的使用。
图8是具有一个N-MOSFET和齐纳二极管的电阻抗检测器的电路图。该电路与图4中示出的电路相似，但是使用齐纳二极管831替换两个二极管。
图9是具有一个NPN双极型晶体管和齐纳二极管的电阻抗检测器的电路图。该电路与图5中示出的电路相似，但是使用齐纳二极管831替换两个二极管。
图10是具有一个P-MOSFET651和齐纳二极管1032的电阻抗检测器的电路图。该电路与图6中示出的电路相似，但是使用齐纳二极管1032替换两个二极管。
图11是具有一个PNP双极型晶体管251和齐纳二极管的电阻抗检测器的电路图。该电路与图7中示出的电路相似，但是使用齐纳二极管1032替换两个二极管。
图12是具有一个N-MOSFET452和齐纳二极管加上常规二极管的电阻抗检测器的电路图。该电路与图4中示出的电路相似，但是使用齐纳二极管831和正向的二极管1231替换两个二极管。
图13是具有一个NPN双极型晶体管552和齐纳二极管加上常规二极管的电阻抗检测器的电路图。该电路与图5中示出的电路相似，但是使用齐纳二极管831和正向的二极管1231替换两个二极管。
图14是具有一个P-MOSFET151和齐纳二极管加上常规二极管的电阻抗检测器的电路图。该电路与图6中示出的电路相似，但是使用齐纳二极管1032和正向的二极管1432替换两个二极管。
图15是具有一个PNP双极型晶体管251和齐纳二极管加上常规二极管的电阻抗检测器的电路图。该电路与图7中示出的电路相似，但是使用齐纳二极管1032和正向的二极管1432替换两个二极管。
图16是具有单个n-型晶体管鉴别器的电阻抗检测器的电路图。n-型晶体管152是该配置中的唯一的开关元件。其驱动电阻器1673，该电阻器主要用于提供顶点，在该顶点处可抽取输出电压。导联脱落电路中单个晶体管的使用呈现出与使用两个或多个晶体管的实施例的如下区别。首先，可以减小电池电压，现在仅需要超过仅一个晶体管的阈值电压。对于图2A～3中的电路，需要一个晶体管的阈值电压的两倍。减少到仅一个晶体管导致了直接的节能。而且，该电路可以仅通过n-型(图16)或p-型(图17)晶体管实现。这意味着不需要CMOS(互补金属氧化物半导体)。这样，电路变得可以兼容低成本大面积的电子装置，其中常常仅可使用一个极性的晶体管(无定形Si仅为n-型，有机TFT)或者其中可使用低成本的工艺(相比于CMOS LTPS，仅为p-型或n-型的LTPS节约了两个掩膜步骤)。另一个特征在于，可以在柔性基板上制造大面积的电子装置，这使其特别适用于其中需要一致性的应用。最后，图16的电路还导致了较低的元件数目，并且因此导致了较低的成本和较小的基板。
图17是具有单个p-型晶体管鉴别器的电阻抗检测器的电路图。其示出了图16中的电路的配对电路。电阻器1775允许抽取输出电压。
图18是具有如下鉴别器的电阻抗检测器的电路图，该鉴别器具有单个n-型晶体管和反向连接的用于上拉的二极管。由图16得到了图18，相对于图16，其呈现了替换电阻器131的二极管1831。该反向的二极管1831用作高欧姆电阻器。
图19是具有如下鉴别器的电阻抗检测器的电路图，该鉴别器的一个输入端口连接到供电电压。该图中的电路与图16和18中的电路的不同之处在于，输入端口121直接连到+Vbat。其可以在如下情况中使用，其中没有必要测量输入端口121和122处的双极性信号。经修改的数据处理设备181能够处理其中一个输入端口连到+Vbat的输入信号。
图20是具有如下鉴别器的电阻抗检测器的电路图，该鉴别器的一个输入端口连接到接地电压。经修改的数据处理设备182能够处理其中一个输入端口连到0V的输入信号。
图21是使用二极管和场效应晶体管代替电阻器的电阻抗检测器的电路图。反向连接的二极管1831已了解自图18。而且，另一二极管2132也从第二输入端口122反向连接到接地电压0V。而且，某些电阻器由场效应晶体管替换。该实施例和图22中示出的实施例考虑到，在大面积的电子装置中，难于实现良好定义的电阻器，并且有时候二极管是不可用的。出于这些原因，电阻器由栅极偏置的场效应晶体管2142、2173替换，其栅极通常连接到+Vbat电源线。通过选择场效应晶体管的W/L比(宽/长比)定义电阻值。在某些情况中，仅需要高，但另一些情况需要未定义的电阻值，例如，用于上拉或下拉电阻器。在这些情况中，相应的电阻器可由二极管替换。如果在大面积电子装置的技术中(例如，a-Si和LTPS TFT技术)，二极管不易于获得，则二极管实现为连接TFT的二极管。这在图21A中由两个晶体管2132a示出。单个晶体管2132a可能是足够用的。应当注意，这些实现方案同样适用于本申请中描述的其他大部分实施例。
图22是图21中示出的简化的电阻抗检测器的变化方案的电路图。特别地，二极管2132由连接成为二极管的晶体管2232替换。
图23是与图16相似的简化的电阻抗检测器的电路图，其中对耗电者直接供电。在该情况中，耗电者是数据处理设备180。通过经由鉴别器晶体管163将数据处理设备连接到电源，可以实现如下情况，其中仅在鉴别器激活时对数据处理设备供电。为了生成可由外部设备使用的输出信号，示出了可选的驱动器。其包括场效应晶体管2352和电阻器2373。该驱动器对电路的零功率行为没有不利的影响。
图24是为了实现AND组合的两个如图16所示的电阻抗检测器的配置的电路图。在图24～27的实施例中，提出的电路用于零功率阻抗检测器，其结合不止一对电极操作。在需要连接所有电极以便于获得有意义的测量结果的应用中，可以使用图24～26的实施例。在图24的右侧，以镜像的方式示出了已知的阻抗检测器。其呈现了两个输入端口2421(E3)和2422(E4)。电阻器2431和2432分别用作上拉和下拉电阻器。再一次地描绘了数据处理设备180，但是其也可以与图24左侧的数据处理设备相同。如由上文所知的，电阻器2442和电容器2444形成了低通滤波器。该低通滤波器连接到场效应晶体管2452，其与晶体管152串联连接。如果晶体管152和2452均是导通的，则电流可以仅流过电阻器461以及场效应晶体管152和2452的串联连接。在该情况中，在输出端口2474处可以获得反相输出信号。
图25是与图24相似的电路图，其不具有反相输出信号。出于该目的，两个晶体管152和2452安置在+Vbat和电阻器662之间。可以在输出端口2574处观察到同相输出信号。
图26是与图24相似的电路图，其支持多个输入。在晶体管2452下面，图26指出了另外的阻抗检测器可以与晶体管152和2452串联连接。由于数据处理设备180也是该串联连接的一部分，因此如果晶体管152、2452等导通，则将向其提供电流。
图27是为了实现OR组合的两个图16中示出的电阻抗检测器的配置的电路图。在该实施例中，当至少一个导联导通时，电路上电。第二对输入端口2721、2722连接到分析设备180。输入端口2721借助于电阻器2731连接到+Vbat。输入端口2722借助于电阻器2732连接到0V。低通滤波器包括电阻器2742和电容器2744。晶体管2752与晶体管152并联，由此如果任何一个是导通的，则数据处理设备180连接到0V，其向处理设备180提供电流。
图28是支持多个电极输入的电阻抗检测器的电路图。在该实施例中，多个电极连接到每个传感器输入点。在该操作模式下，一旦在连接到第一输入点(包括端口121和2821)的任何电极同连接到第二传感器输入点(包括端口122和2822)的任何电极之间测量到任何电导率(即足够低的阻抗)，则感应电路开始操作。
图29是通过用于任意连接输入传感器垫片的多输入电路增强的电阻抗检测器的电路图。在该图中，通过开关阵列2920和控制器2983增强基本电路。控制器应注意，仅有一个传感器输入垫片S1～S8连接到输入端口122(E2)，而另一个，另外几个或者另外所有的传感器输入垫片连接到121(E1)。在特定的速度下，这些连接轮转。在连接两个任意的垫片时，将存在检测器激活的时隙。现在控制器2983停止轮转，并且电路180执行所需的信号处理。
图30示出了通过第二电阻抗检测器增强的图29的配置。示出了示例性双电路，其允许不断地查找最好的信号。下面的阻抗检测器与上面的阻抗检测器基本相同。而且，该电路包括开关阵列3020和控制器3083。对于下面的阻抗检测器，仅向其输入端口3021和3022以及其输出端口3074提供参考符号。电路功能如下。一旦一个检测器发现电导率信号，则停止开关扫描。现在另一个检测器开始扫描，并且如果发现了另一个活跃组合，则将其输出信号(来自处理设备180)同第一个输出信号比较。最好的或最强的信号检测器现在停止，并且最弱的信号检测器继续扫描输入电极。还进行时间差测量。当然，不限于八个输入。用于扫描时钟信号以驱动开关阵列的电子装置可被设计为低功率的。
图31是使用场效应晶体管的电阻抗检测器的电路图。在所示出的实施例中，提供了与电容器144并联的附加晶体管3144。晶体管3144用作电阻器，并且可以影响阻抗检测器的阈值。另一晶体管3142用作另一电阻器，并且还可用于影响阻抗检测器的阈值。这两个晶体管经由其各自的栅极连接到+Vbat。因此，可以通过选择晶体管的W/L比，影响阻抗检测器的阈值。
图32是使用可通过外部电压调节的场效应晶体管的电阻抗检测器的电路图。在该实施例中，晶体管3242和3244经由其各自的栅极连接到外部电压。输入端口3223(Vext)连接到这两个晶体管的栅极。该实施例定义了可调节的阻抗检测器的阈值。当然，每个晶体管也可由独立的外部电压控制。
图33是呈现可定义阈值的电阻抗检测器的电路图。在该实施例中，提出了如下电路，在电路激活时提供可定义的阻抗阈值。该阈值由鉴别器的输入端处的两个电阻器142、3344的比定义。再一次地，可变电阻器可被实现为具有定义的栅极电压的晶体管。附加要求是，两个电阻器142和3344须是高欧姆的。
图34是呈现可调节阈值的电阻抗检测器的电路图。可调节分压器由电阻器3442和3444形成，其均是可调节的。分压器被配置在鉴别器同包括晶体管3452和电阻器3473的输出级之间。例如，借助于一个或两个适当的控制旋钮，可以调节阈值。
图35是呈现可变阈值的电阻抗检测器的电路图。相比于图34的实施例，两个可调节的电阻由场效应晶体管3542和3544替换。这使得可以在设备的操作过程中对阈值编程，以便于使其适应改变的条件。为此目的，场效应晶体管的栅极须连接到例如，微控制器(未示出)。
图36是图35中示出的电阻抗检测器的变化方案。不同于使用分压器，图35的电阻器173由两个场效应晶体管3573替换。晶体管阈值的比确定了电路的阈值。
图37是仅使用二极管和电容器的电阻抗检测器的电路图。在该实施例中，仅将二极管作为有源元件实现了零功率阻抗检测器。在大面积电子装置中，二极管比晶体管更易于制造，潜在地使得该实施例是成本较低的。两个二极管3752替换晶体管。单个的二极管也是可行的。输出电压由电容器3773保持。如果在输入端口121和122之间出现了电导率，则输入端口122将呈现等于二极管3731的反向偏置电压的电位。典型地，该电压高于两个二极管3752呈现的正向偏置电压的两倍。因此，只要电容器3773未被充电到等于Vrev.bias-2Vfwd.bias的电压，则电流将流过两个二极管3752(如果三个二极管具有相同的类型)。如果输入端口121和122之间的电导率被抑制，则电流停止流动。输入端口122降至0V，由此两个二极管3752防止电流流动，这可以使电容器3773再充电。电容器3773起初保持其电压，但是快速地经由输出端口174放电。
图38是使用单个二极管和电容器的电阻抗检测器的电路图。在该简单的实施例中，如果在输入端口121和122之间出现了电导率，则二极管3852对串联电容器3773充电，使输出电压Vo增加，并且激活任何连接到输出端174的设备。在该实施例中，分析设备有必要能够确定关闭情况，并且有必要能够在检测到待机情况时将电容器3773重置到0V。
图39示出了图3中示出的电阻抗检测器的修改方案。两个鉴别器晶体管151、152现在同电阻器3955共同串联连接在一起。输出级估计流过电阻器3955的电流。流过电阻器3955的足够高的电流将使输出级在输出端口174处生成“高的”信号。
图40是使用第二电池和NPN-双极型晶体管的电阻抗检测器的电路图。第一电池4001为阻抗检测器提供供电电压。第二电池4002与第一电池串联连接。第一和第二电池的串联连接呈现了较高的电压，其可能是处理设备180的操作所需要的。第二电池4002对于阻抗检测器的正确操作是不重要的。因此，可以将其接通，以便于仅在检测到电导率条件之后对部件180供电，由此整个电路仍满足待机时零功率的目的。
图41～43示出了与图40相似的实施例，其分别使用第一电池4001、第二电池4002以及N-MOSFET晶体管452、PNP-双极型晶体管251和P-MOSFET晶体管151。
此处通过被视为最实用的实施例描绘和描述了本发明。然而，应当认识到，在不偏离本发明的范围的前提下，本领域的技术人员将想到显而易见的修改方案。

Claims (37)

1.具有阻抗检测器的电气设备，包括从供电电压到第二电压的路径，所述路径包括具有电阻抗的线段和测量顶点，其中至少一个电阻抗是待探知的，所述阻抗检测器进一步包括连接到所述测量顶点的鉴别器，其被配置为估计在所述测量顶点处观察的电测量信号，并且位于另一供电电压和第三电压之间的路径中，由此如果待探知的阻抗保持高于阈值，则鉴别器不会从所述供电电压汲取显著的电流。
2.根据权利要求1的电气设备，其中电信号是电压。
3.根据权利要求1或2的电气设备，其中阻抗是电导率。
4.根据前面任何一个权利要求的电气设备，其中如果待探知的阻抗保持高于阈值，则鉴别器从所述供电电压汲取小于100nA，优选地小于1nA的电流。
5.根据前面任何一个权利要求的电气设备，其中供电电压和/或第二电压是DC电压。
6.根据前面任何一个权利要求的电气设备，其中所述另一供电电压与所述供电电压相同，并且/或者所述第三电压与所述第二电压相同。
7.根据前面任何一个权利要求的电气设备，进一步具有参考电位，并且其中相对于所述参考电位估计测量电压。
8.根据前面任何一个权利要求的电气设备，其中鉴别器包括开关。
9.根据权利要求8的电气设备，其中如果待探知的阻抗保持高于阈值，则使开关保持在非导通状态。
10.根据权利要求9的电气设备，其中阈值是可调节的。
11.根据前面任何一个权利要求的电气设备，配置为中继在包括待探知的阻抗的线段中生成的双极性信号。
12.根据前面任何一个权利要求的电气设备，进一步包括：
两个输入端口，配置为分别连接到所述待探知的电导率的所述线段的末端；
所述两个输入端口中的一个输入端口分别与供电电压或第二电压之间的上拉阻抗或者下拉阻抗。
13.根据权利要求12的电气设备，其中上拉或下拉阻抗可以是一个或多个电阻器、一个或多个电容器、一个或多个电感器、一个或多个二极管、一个或多个齐纳二极管、一个或多个晶体管、或者它们的组合。
14.根据权利要求12～13中的任何一个权利要求的电气设备，在依赖于权利要求8时，其中开关以及上拉和/或下拉阻抗是二极管。
15.根据权利要求12～14中的任何一个权利要求的电气设备，进一步包括，从各个供电电压到各个第二电压的一个或多个附加路径，每个所述附加路径包括具有电阻抗的线段，其中至少一个电阻抗是待探知的，进一步包括用于每个待探知的阻抗的两个输入端口，配置为分别连接到待探知的电导率的所述线段的末端。
16.根据前面任何一个权利要求的电气设备，进一步包括：
输出级，其连接到所述鉴别器并且响应所述鉴别器的状态递送输出电压，因此指出了所检测的电导率；
其中所述鉴别器通过采用表示所述压降量值的多个状态中的一个状态，对跨越所述上拉或下拉电阻器中的至少一个的压降作出响应。
17.根据权利要求16的电气设备，其中如果所述压降低于所述阈值，则所述鉴别器和/或输出级不会从所述供电电压汲取显著的电流，并且如果所述压降超过所述阈值，则所述鉴别器和/或输出级从所述供电电压或所述另一供电电压汲取电流。
18.根据前面任何一个权利要求的电气设备，其中所述鉴别器包括第一级和第二级。
19.根据权利要求18的电气设备，其中所述第一级包括开关装置。
20.根据权利要求19的电气设备，其中所述第一级的开关装置的控制输入端耦合到所述两个输入端口中的一个。
21.根据权利要求19的电气设备，其中所述第一级的开关装置的控制输入端经由低通滤波器耦合到所述两个输入端口中的一个。
22.根据权利要求19～21中的任何一个权利要求的电气设备，其中所述开关装置选自包括双极型晶体管和MOSFET晶体管、薄膜晶体管、二极管和MIM二极管的组中。
23.根据权利要求22的电气设备，其中晶体管仅具有一个极性。
24.根据权利要求16～23中的任何一个权利要求的电气设备，在依赖于权利要求16时，其中所述输出级包括晶体管和输出阻抗，在所述输出阻抗处抽取所述输出电压。
25.根据前面任何一个权利要求的电气设备，进一步包括来自包括低温多晶硅、无定形硅、纳米晶硅、微晶硅的组的材料，或者其他的半传导材料，诸如硒化镉、氧化锡、氧化锌或有机半导体。
26.根据前面任何一个权利要求的电气设备，所述电气设备是电池供电的。
27.根据前面任何一个权利要求的电气设备，进一步包括附加电源。
28.根据权利要求27的电气设备，其中附加电源为数据处理设备供电。
29.根据权利要求28的电气设备，其中数据处理设备配置为由鉴别器的开关关闭。
30.根据前面任何一个权利要求的电气设备，提供了关于所述电气设备的自动开启功能。
31.根据权利要求12～30中的任何一个权利要求的电气设备，在依赖于权利要求12时，进一步包括换能器，用于将非电信号转换为可连接到输入端口的电信号。
32.根据权利要求31的电气设备，其中换能器配置为在接收到非电信号时改变其阻抗。
33.根据前面任何一个权利要求的电气设备，包括多个阻抗检测器，所述电气设备响应所述多个阻抗检测器的输出，提供不同的开关状态。
34.根据权利要求12～33中的任何一个权利要求的电气设备，在依赖于权利要求12时，进一步包括附加输入端口，其中关于两个任意输入端口对之间的阻抗是否超过阈值的结果是通过逻辑组合而组合的。
35.根据权利要求12～34中的任何一个权利要求的电气设备，在依赖于权利要求12时，进一步包括附加输入端口，其中通过使成对的两个输入端口循环，执行循环测量。
36.根据权利要求12～35中的任何一个权利要求的电气设备，在依赖于权利要求12时，进一步包括附加输入端口，其中设备配置为搜寻成对的两个输入端口，其呈现出根据所定义的质量测量为最好的信号。
37.在根据任何一个前面的权利要求的电气设备中使用的阻抗检测器，所述阻抗检测器可连接到位于包括待探知的阻抗的所述线段的末端处的至少一个顶点。
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