CN103339860B - 电容性近接传感器以及用于电容性近接检测的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电容性近接传感器，其包括：第一传感器电极(E1)及第二传感器电极(E2)；信号产生器(G1、G2)，其用于提供第一及第二电交变信号；第一负载元件(L)，其包括第一及第二电负载，其中可借助于所述第一负载将所述第一交变信号馈送到所述第一传感器电极且借助于所述第二负载将所述第二交变信号馈送到所述第二传感器电极，且其中所述电负载各自与待在所述相应传感器电极处测量的电容性负载共同形成低通滤波器；以及信号处理装置(A)，其与所述第一传感器电极且与所述第二传感器电极耦合，且其适于从在所述第一传感器电极处分接的第一电参数及在所述第二传感器电极处分接的第二电参数的推挽部分形成第一测量值。本发明还提供一种用于借助根据本发明的电容性近接传感器进行电容性逼近检测的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于检测物件到电容性近接传感器的传感器电极的接近的电容性近接传感器以及一种用于对物件到根据本发明的电容性近接传感器的接近进行电容性检测的方法。此外，本发明涉及一种具有至少一个根据本发明的电容性近接传感器的手持式装置，尤其是电手持式装置。
背景技术
借助电容性近接传感器，通过产生并测量电交变场，在不接触的情况下测量物件到近接传感器的传感器电极的接近。可从测量信号导出电手持式装置的功能，举例来说，切换功能。
对于在不接触的情况下进行物件到电容性近接传感器的逼近检测，从现有技术已知在信号产生与测量方式上有区别的不同解决方案。
从现有技术已知的用于电容性逼近检测的第一原理提供具有仅一个电极的电容性近接传感器的使用。在此测量系统中，相对于电容性近接传感器的测量电子装置的接地电位来检测及评估电极的电容。此测量系统也称为加载方法。如果物件(举例来说，用户)接近传感器电极，那么传感器电极处的电容改变，可相应地对此改变进行检测及评估。
从现有技术已知的另一测量系统提供具有两个传感器电极的电容性近接传感器。一个传感器电极作为发射电极操作且另一传感器电极作为接收电极操作。在发射电极处发出的电交变场耦合到接收电极中且借助于在接收电极处分接的电信号来测量。此方法也称为发射方法，因为其测量发射器与接收器之间的发射。在用户接近传感器电极的情况中，在发射电极与接收电极之间形成的交变电场改变，可相应地对此改变进行测量及评估。
对照参考结点(优选地电装置的接地)测量电容性负载的加载方法优选地在接地系统中使用。测量发射器与接收器之间的发射的发射方法优选地用于电池操作(即，无接地)系统。
从现有技术已知的电容性近接传感器的缺点是一方面电容性近接传感器对经由人的寄生电容性环路(举例来说，用户及接地)的相关性。此意味着，测量信号一方面取决于电容性传感器的接地条件且另一方面取决于接近电容性近接传感器的物件的接地条件。如果电容性近接传感器或物件的具体接地条件未知，那么无法保证对物件到电容性近接传感器的接近的正确测量。
另一方面，来自电容性传感器的环境的对电容性近接传感器的传感器电极的干扰(举例来说，由干扰电场引起)成问题，因为此干扰可能对测量的结果具有负面影响。举例来说，此类干扰或干扰电场可由复杂系统(像移动电话)中的相邻电子组件导致。为了避免此类干扰或干扰电场，必须采取尽量(理想地，完全)避免外部干扰场耦合到电容性近接传感器的传感器电极中的额外措施。然而，此些措施导致增加的结构花费，此影响电容性近接传感器或电容性近接传感器集成在其中的电装置的材料及生产成本。
从现有技术已知的防止外部电干扰场耦合到电容性近接传感器的传感器电极中的可能性在于将近接传感器的传感器电极与复杂系统中的其它电子组件屏蔽，此可(举例来说)借助于屏蔽电极而发生。然而，在这方面，为了保证安全屏蔽屏蔽电极可占据或必须占据大量空间是不利的。尤其是在电手持式装置(举例来说，移动电话)中使用电容性近接传感器时，期望舍去此些屏蔽电极以便实现电手持式装置的可能紧凑的设计。
发明内容
本发明的目标
本发明的目标是提供至少部分地避免从现有技术已知的缺点且保证对物件到电容性近接传感器的传感器电极的接近的可靠且稳健的检测的一种电容性近接传感器及一种用于电容性逼近检测的方法。本发明的目标尤其是提供在很大程度上与外部干扰场的影响无关且一方面与传感器电子装置的接地条件无关而另一方面与接近传感器电极的物件的接地条件无关的一种电容性近接传感器及一种用于电容性逼近检测的方法。
根据本发明的解决方案
根据本发明，所述目标通过根据独立技术方案的一种电容性近接传感器及一种用于对物件进行逼近检测的方法来解决。在相应的附属技术方案中指示了本发明的有利实施例及改进。解决方案的一部分还为包括至少一个电容性近接传感器的手持式装置，尤其是电手持式装置。
因此，本发明提供电容性近接传感器，其包括
-第一传感器电极及第二传感器电极，
-信号产生器，其用于提供第一电交变信号及第二电交变信号，
-第一负载元件，其包括第一电负载及第二电负载，其中可借助于所述第一电负载将所述第一电交变信号馈送到所述第一传感器电极，且可借助于所述第二电负载将所述第二电交变信号馈送到所述第二传感器电极，且其中每次所述电负载均与待在所述相应传感器电极处测量的电容性负载共同形成低通滤波器，以及
-信号处理装置，其与所述第一传感器电极且与所述第二传感器电极耦合，且其经调适以便从所述第一传感器电极处的第一电变量及在所述第二传感器电极处分接的第二电变量的推挽部分形成第一测量值。
所述信号处理装置可包含第一放大电路，所述第一放大电路优选地形成为全差分放大器且其选择所述第一电变量及所述第二电变量的所述推挽部分。
所述信号处理装置可适于从所述第一电变量与所述第二电变量之间的差形成所述第一测量值。
所述第一电交变信号优选地具有与所述第二电交变信号相同的振幅。优选地，所述第一电交变信号具有与所述第二电交变信号180°的相移。
此外，所述信号处理装置可适于从在所述传感器电极处分接的第一电参数及第二电参数的共模部分形成第二测量值。
用于形成所述第二测量值的所述信号处理装置可包含优选地形成为阻抗转换器的第二放大电路，其中可将所述第一电参数与所述第二电参数的和馈送到所述阻抗转换器的非反相进入端。
所述近接传感器可进一步包含场扰动电极，可对所述场扰动电极施加第三电交变信号。
所述近接传感器可进一步包含第三放大电路，所述第三放大电路包括所述第一负载元件。
所述近接传感器可进一步包含与信号产生器耦合的第二负载元件，其中可将所述第二负载元件的输出信号馈送到所述信号处理装置。
所述近接传感器可进一步包含第四放大电路，所述第四放大电路包括所述第二负载元件。
所述传感器电极及所述第二负载元件的退出端可与所述第一放大电路的进入端以一方式耦合使得所述第一放大电路在其退出端处提供在所述传感器电极处分接的信号与所述第二负载元件的输出信号之间的差。
以下各项为有利的
-所述第一传感器电极与所述第三放大电路的反相退出端耦合，
-所述第二传感器电极与所述第三放大电路的非反相退出端耦合，
-可将所述第一电交变信号馈送到所述第三放大电路及所述第四放大电路的反相进入端，
-可将所述第二电交变信号馈送到所述第三放大电路及所述第四放大电路的非反相进入端，
-可将从在所述第一传感器电极处分接的电信号与在所述第四放大电路的非反相退出端处施加的信号形成的第一复合信号馈送到所述第一放大电路的反相进入端，且
-可将从在所述第二传感器电极处分接的电信号与在所述第四放大电路的反相退出端处施加的信号形成的第二复合信号馈送到所述第一放大电路的非反相进入端。
所述第四放大电路的放大率可为可调整的。
还提供一种用于逼近检测的方法，其中给第一传感器电极馈送第一电交变信号且给第二传感器电极馈送第二电交变信号，其中借助于第一负载元件将所述电交变信号施加到所述传感器电极，且从在所述第一传感器电极处分接的第一电参数的推挽部分及在所述第二传感器电极处分接的第二电参数的推挽部分形成第一测量值，其中所述第一测量值指示所述物件对所述传感器电极的接近。
优选地以一方式选择所述电交变信号使得所述第一电交变信号优选地包括与所述第二电交变信号相同的振幅且所述电交变信号优选地彼此相位相差180°。
从所述第一电参数及所述第二电参数的共模部分形成第二测量值。
可给第二负载元件馈送所述第一电交变信号及所述第二电交变信号，其中所述第一负载元件及所述第二负载元件的退出端与第一放大电路的进入端以一方式耦合使得所述第一放大电路在其退出端处提供所述第一负载元件的输出信号与所述第二负载元件的输出信号之间的差。
此外，提供一种包括至少一个根据本发明的电容性近接传感器的手持式装置，尤其是电手持式装置。
所述电手持式装置可为智能电话、双向无线电装置、计算机鼠标、遥控装置、数码相机、游戏控制器、PDA、平板PC、助听器、录音机或类似装置。
附图说明
结合图式由以下描述得出本发明的进一步细节及特性以及本发明的具体实施例。所述图展示：
图1根据本发明的电容性近接传感器在传感器空闲的情况下的电通量线；
图2根据本发明的电容性近接传感器的第一实施例的框图；
图3在根据本发明的电容性近接传感器的两个传感器电极处分接的电信号以及由此产生的差分信号的信号曲线；
图4一人的电容性等效电路；
图5根据本发明的电容性近接传感器的图2中所展示的框图连同来自图4的电容性等效电路，其中人类表示一阶低通滤波器的一部分；
图6图5中所展示的一阶低通滤波器作为二阶低通滤波器及三阶低通滤波器的替代方案；
图7根据本发明的电容性近接传感器的进一步实施例的框图，除差分模式评估以外，其还提供共模评估；
图8推挽信号及共模信号的信号曲线，由根据图7的电容性近接传感器以此方式提供所述信号；
图9根据本发明的电容性近接传感器的另一实施例，其允许对生产公差的补偿；
图10每次在电手持式装置中使用两个根据本发明的电容性近接传感器的两个应用案例；及
图11根据本发明的电容性近接传感器，其另外提供场扰动电极。
具体实施方式
图1展示电容性近接传感器中的电通量线，所述传感器的结构更详细地描述于图2到图10中。
给根据本发明的电容性近接传感器的传感器电极E1及E2馈送差分信号，使得在两个电极E1与E2之间产生推挽信号，其导致两个电极之间的电位差且致使在两个电极之间形成交变电场。
图2展示根据本发明的电容性近接传感器的第一实施例的框图。所述电容性近接传感器大致包括两个传感器电极、信号产生器、电负载元件及用于将电信号的推挽部分与共模部分分离的电路。
所述传感器电极包含第一传感器电极E1及第二传感器电极E2，在传感器系统中，其平等地操作且同时表示发射电极及接收电极。所述信号产生器借助于电负载元件L与两个传感器电极E1及E2耦合。所述信号产生器提供借助于电负载元件L馈送到传感器电极E1及E2的差分交变电压。所述信号产生器可包含两个不对称产生器G1及G2，其各自产生相同信号，其中产生器G1的信号呈现与产生器G2的信号的180°的相位差。借助于电负载L，将第一产生器G1的信号馈送到第一传感器电极E1，而借助于负载元件L将相位相差180°的产生器G2的信号馈送到第二传感器电极E2。
电负载L与由接近传感器电极E1、E2的物件形成的待测量电容性负载共同构成一阶低通滤波器。举例来说，可借助于电阻器来实现电负载L。然而，还可通过上游差分放大器的负载来实现电负载。所述负载可为差分放大器的一部分。
举例来说，可借助于全差分放大器A1来实现用于将电信号的推挽部分与共模部分分离的电路。可借助于全差分放大器A1来选择传感器电极E1与E2之间的受导电物件影响的推挽信号且将其馈送到差分模式评估装置(差分接收与评估装置)。可单独地实施差分模式评估装置或可将其提供为较大信号处理单元(举例来说，微控制器)的一部分。可给所述差分模式评估装置馈送放大器A1的差分输出信号。或者，可将两个信号导体中的仅一者馈送到差分模式评估装置以供进一步处理。在又一替代方案中，可将全差分放大器A1的差分输出信号转变成接地信号，接着将所述接地信号馈送到差分模式评估装置。
如在图2中可见，与电极对E1及E2并联地切换全差分放大器A1的负载L。总的来说，此产生将由人引入的电容性网络考虑在内的一阶低通。可通过电容性等效网络来近似所引入的电容，如图4及5中可见。电负载L优选地以一方式定大小使得在人在状态“无人在电交变场中”与“最大接近”之间接近传感器电极E1、E2的情况中，产生低通滤波器的转移函数的最大量改变。在人接近传感器电极的情况中电平始终减小，因为滤波器的时间常数上升且滤波器的有效截止频率降低。
电容性近接传感器的特征是借以激励滤波器的差分信号以及借助于全差分放大器A1及差分模式评估装置提供的下游差分模式评估。通常，在具有三个导体(两个信号导体及接地)的系统中，如在此处所描述的电容性近接传感器中，可能存在两种信号，每一信号具有特有的性质。所述两种信号包括所谓的推挽信号及所谓的共模信号。
推挽信号的特征在于两个信号导体上振幅相同的而相位恰好偏移180°。因此，除相移之外，所述信号为相同的。在朝另一信号导体引导信号电压时，在两个信号之间产生所谓的虚拟接地，其具有与真实大地接地共同的某些性质。因此，针对交变信号，虚拟接地与大地接地在相同电位上，此意味着在其之间未发生电流流动。
共模信号的特征在于两个信号导体上振幅相同且相位完全相同。由于共模部分始终在两个信号导体上呈现相等电位，因此共模电流不横跨所述信号导体之间的与接地无关的电路部分。
一对导体上的信号可始终分成两个以上所提及的部分(推挽部分及共模部分)。根据本发明的电容性近接传感器的本质是由信号产生器G1及G2产生并提供、馈送到电极E1及E2且此后进行评估的推挽信号。由于寄生信号主要作为共模干扰耦合到传感器系统中或耦合到传感器电极E1及E2中，因此在差分模式评估(参看图3)中将其删除且其不损害进一步的处理。因此，根据本发明的电容性近接传感器对于抵抗干扰来说为特别稳健的。
图3展示在接近传感器电极E1及E2附近有进一步的电子组件处于作用中的情况下(举例来说，在移动电话中情况可为如此)预期在所述传感器电极处的信号的信号曲线。在此情况中，可能有所要信号与可(举例来说)由数字电路或切换调节器产生的寄生信号的叠加。传感器电极E1及E2处的信号与寄生信号的叠加可负面地影响进一步的信号处理。寄生信号以共模信号(两个信号导体上沿相同方向的偏转)的形式显现于所要的推挽信号(两个信号导体上沿不同方向的偏转)上。通过在可形成为全差分放大器的放大电路A1中进行的后面的差分模式选择，使传感器信号不含寄生信号。在图3中以下部信号曲线展示不含寄生信号的此传感器信号，所述信号曲线表示电极E1及E2处的传感器信号的信号差。在由放大电路A1处理的信号中，不再含有寄生信号，使得可在无寄生信号影响进一步处理的情况下处理由放大电路A1提供的差分传感器信号。
或者，还可(举例来说)借助微控制器对信号进行数字处理，且可移除寄生信号。
图4以简化形式展示由人产生的电容性网络，其大致由电容CL(左手)、电容CR(右手)及电容CE(大地电容)组成。在差分模式激励的情况中，即，当给传感器电极E1及E2馈送差分产生器信号时且在条件CL＝CR(条件CL＝CR表示图4中所展示的电容性网络的理想情况)下，虚拟接地借助于电容CE而形成。电容CE接着被短路且不再修改传感器电极E1及E2处的传感器信号。由于虚拟接地的性质，身体电容现在在很大程度上(如果两个耦入点处的电容具有相同大小，即，CL＝CR，那么甚至完全地)在大地接地与虚拟接地之间且因此被短路。如同在抓握例如移动电话或将手例如搁放在计算机鼠标上的方法的情况中，可假定传感器电极E1、E2两者处类似大小的电容，传感器电极E1、E2处的检测及后面对在传感器电极E1及E2处分接的信号的评估在很大程度上与大地对人的影响无关。已展示，在实践中，在条件CL≠CR(其中CL与CR之间的差在某些极限内)下，也保证稳健且可靠的检测。
图5展示具有由人形成的电容性网络的电容性近接传感器。电负载L与此网络共同构成一阶低通，其有效截止频率随着电容CL、CR及CE的大小变化。如果用两个矩形产生器替换图5中所展示的正弦源G1、G2，那么代替频率相关振幅，可测量到电容性网络中的充电电流。
可通过使用线圈来扩展图5中所展示的一阶低通，如图6中所展示。
图6展示一阶低通(其展示于图6a中)每一次扩展一个滤波器阶数以形成二阶低通(其展示于图6b及6c中)及三阶低通(其展示于图6d及6e中)。形成更高阶低通的此些扩展的优点为，滤波器的侧面随着每一阶数而变得更陡(+20dB/每滤波器阶数十进制)。以此方式，在固定的测量频率及改变的电容的情况下，产生在传感器电极E1、E2处分接的信号的信号振幅的一致改变。实质优点是，情形“有物件在电交变场中”与“无物件在电交变场中”可彼此更好地区别，此产生更稳健的检测。此外，借助更高阶的滤波器，还可增加电容性近接传感器的敏感度。
然而，由于线圈(如在图6b及6d中可见)尤其是在集成电路中因其极大表面要求而为不利的，因此可用将电容的转移功能变换成线圈的功能的回转器或阻抗反相器(如在图6c及6e中可见)替换所述线圈。此外，回转器或阻抗反相器的使用具有以下优点：电容性近接传感器的生产可更具成本效益。
图6a展示一阶低通，图6b及图6c各自展示二阶低通，且图6d及图6e各自展示三阶低通。
根据本发明，可通过用于处理待在传感器电极E1、E2处分接的共模信号的接收与评估装置来扩展电容性近接传感器。
图7中展示具有共模评估的实施例。此处完全维持如上文已关于图1到图6描述的传感器功能性且其不受大致可与差分模式评估并行发生的共模评估的影响。根据本发明，除所要的推挽信号之外，还可通过额外共模评估来评估及处理由人的接地参考产生的共模信号。
可为信号处理的组成部分的共模评估大致包括第二放大电路A2，第二放大电路A2的退出端与用于评估共模信号的接收与评估装置耦合。放大电路A2可形成为阻抗转换器且充当缓冲器-放大器，其中给所述阻抗转换器的非反相进入端馈送在传感器电极E1及E2处分接的电信号的和。在电极E1及E2处分接的信号的相加优选地以一方式进行使得电极E1及E2大致不被充电。
结合推挽信号，可提取以下信号条件：
-推挽信号最大值及共模信号最小值：在电极E1及E2的电交变场中无人。
-推挽信号的减小为可测量的且共模信号的振幅为低的：一人正在几乎均匀地接近两个电极。
-推挽信号的减小为可测量的且共模信号呈现大的振幅：一人正在接近电极E1、E2，但相比另一电极更接近一个电极，根据图7中所展示的本发明实施例其为电极E1。
-推挽信号的减小为可测量的且共模信号的振幅充足且共模信号与推挽信号反相：一人正在接近电极E1、E2，但更接近另一电极，根据图7中所展示的本发明实施例其为电极E2。
因此，借助于共模信号，还可检测导电物件(举例来说，一人)接近传感器电极E1、E2的方向。以此方式，可借助于根据本发明的电容性近接传感器来实现额外功能，举例来说，所谓的滑块或轮(滑动控制件或旋钮)。
推挽信号与共模信号的评估可同时地(即，大致并行地)发生。两个信号的评估可优选地在相同测量循环期间发生，使得可获得能量节省或在恒定能量平衡的情况中获得较高取样速率。
在图8中，将前述四种信号条件图解说明为推挽信号及共模信号随着时间的信号曲线。
在第一时间间隔中或在第一瞬间，物件距传感器电极的距离为大的且物件距每个传感器电极的距离大致相同。推挽信号的振幅为高的且共模信号的振幅非常低。
在第二时间间隔中或在第二瞬间，物件距传感器电极的距离为小的且物件距每个传感器电极的距离大致相同。推挽信号的振幅及共模信号的振幅各自为非常低的。
在第三时间间隔中或在第三瞬间，物件处于传感器电极E1、E2的电交变场中，物件距传感器电极E1的距离小于物件距传感器电极E2的距离。推挽信号的振幅的减小为可测量的且共模信号的振幅为高的，共模信号与推挽信号同相。
在第四时间间隔中或在第四瞬间，物件处于传感器电极E1、E2的电交变场中，物件距第二传感器电极E2的距离小于物件距第一传感器电极E1的距离。此处同样，推挽信号的振幅的减小为可测量的，共模信号的振幅为高的且共模信号呈现与推挽信号180°的相位偏移。
可扩展根据本发明的近接传感器以补偿生产公差。图9中展示电容性近接传感器的根据本发明的此扩展的实施例。
出于此目的，通过所谓的“模拟”来扩展图7中所展示的电容性近接传感器。在模拟的情况下，模拟图7中所展示的电负载L，即，提供另一电负载，其大致呈现与图7中所展示的电负载L相同的性质。优选地，电负载L及所模拟的负载各自为放大电路的一部分，所述放大电路在图9中展示为放大电路A3及放大电路A4。在这方面，图7中所展示的电负载L为放大电路A3的一部分。
给放大电路A3及A4各自相同地馈送信号产生器G1及G2的信号，然而，其中放大电路A4的退出端不与电极E1、E2耦合。放大电路A4的退出端及放大电路A3的退出端或电极E1及E2以一方式连接到后面的差分放大器A1，使得差分放大器A1的差分输出信号表示放大电路A3与放大电路A4的输出信号的差。
给差分放大器A1的反相进入端馈送从放大电路A4的非反相退出端处的信号与来自放大电路A3的反相退出端的信号或在第一传感器电极E1处分接的信号形成的复合信号。给差分放大器A1的非反相进入端馈送从放大电路A4的反相退出端处的信号与来自放大电路A3的非反相退出端的信号或在第二传感器电极E2处分接的信号形成的复合信号。
在物件不接近传感器电极E1、E2的情况下，两个信号路径相同，使得放大器A1的差分输出信号几乎为零或等于零。如果导电物件接近电极E1、E2，那么电极E1、E2处的信号减小，使得产生全差分放大器A1的进入端处的差，此导致放大器A1的退出端处的信号上升。
以此方式，可补偿负载的全局生产波动(如其可尤其在半导体电路中非常明显地发生)，因为放大电路A3的负载及模拟放大电路A3的负载的放大电路A4的负载大致等同地全局振荡。
优选地，放大电路A4在其放大率上为可调整的，使得除对生产波动的补偿以外，还可有效地补偿寄生基本负载。
图10展示移动电话中或计算机鼠标中的根据本发明的电容性近接传感器的应用实例。电极对E1及E2或E3及E4各自表示一传感器区，其可用于检测对移动电话的抓握及检测搁放在计算机鼠标上的手两者。同时，也可使用电极对作为按钮或滑块。还可以两个传感器区(其优选地可以时分多路复用操作)的组合来实施旋钮(轮)。
电极对E1、E2或E3、E4可与相同测量电子装置一起操作，所述电极对在多路复用操作(时分多路复用)中连接到所述测量电子装置。在多路复用操作中，还可相应地调整电负载。举例来说，第一电极对E1、E2的电负载可不同于第二电极对E3、E4的电负载。如果相应电极对中电极相对于彼此的布置每次不同，那么对电负载的调整可为有利的，其中通过调整电负载来使两个电极对的传感器精确度维持大致相等。
图11展示具有额外电极E3的根据本发明的电容性近接传感器的应用实例，额外电极E3被作为场扰动电极引入到系统中。在场扰动电极E3处，在测量瞬间发出交变电场，在导电物件接近传感器电极的情况中，所述交变电场经由此物件耦合到一个或两个传感器电极E1、E2中。场扰动电极E3与传感器电极E1、E2之间的电容性耦合一产生，电容性近接传感器的共模电位就受所述场扰动电极的新分量的影响。场扰动电极E3的经由导电物件耦合到传感器电极E1、E2中的交变电场导致在传感器电极E1、E2处分接的电信号的共模电平的增加。所述场扰动电极的信号可在振幅、相位及/或频率上不同于电容性近接传感器的差分信号，使得可精确地将其指派给场扰动电极E3。
此处再次总结根据本发明的电容性传感器装置的益处。
根据本发明的电容性近接传感器的特定优点为其可用于检测人体到装置(举例来说，电手持式装置)的接近，其中在不良接地及高度接地的情形中以及在强干扰的情况中均保证近接传感器的运转。
考虑到前述发射系统及加载系统，实现装置与大地的接地之间的耦合的影响的减少或大地对人的影响的减少。在电池操纵的装置中，接地耦合多半为非常差的，使得导电物件的接近仅实现不良的电容改变，此难以进行测量。在根据本发明的电容性近接传感器中，首先测量传感器电极之间的电容，因为身体电容在很大程度通过虚拟接地而与接地短路。
由于共模评估与差分模式评估同时进行的额外可能性，可实现额外功能(举例来说，按钮或滑块)，此在无硬件上或电极数量上的额外成本的情况下即可实现。共模评估可与差分模式评估同时地发生，与单独电容性传感器相比，此意味着电流节省。
与从现有技术已知的前述发射系统相比，在根据本发明的电容性近接传感器中，仅存在相同类型的电极。在从现有技术已知的发射系统中，一个电极作为发射电极操作且另一电极作为接收器电极操作。在人类与装置的接地之间的低电阻连接的情况中，发射器被短路，此引起传感器系统的总故障。在根据本发明的电容性近接系统中避免了此缺点。
关于不对称传感器系统，根据本发明的电容性近接传感器对所有其波长大于电极的距离的虚假信号具有高得多的抵抗性。举例来说，可能的干扰信号或干扰信号源可为切换调节器、其它传感器系统或数字系统。如果出于成本或实施方案原因而必须在无后接地表面的情况下构建传感器电极，那么根据本发明的电容性传感器装置对干扰的增加或改进的抵抗性为尤其有利的。
Claims (19)
1.一种电容性近接传感器，其包括
第一传感器电极及第二传感器电极，
信号产生器，其经配置以提供差分交变信号，所述差分交变信号包括第一电交变信号及第二电交变信号，
第一负载元件，其包括第一电负载及第二电负载，其中通过所述第一电负载将所述第一电交变信号馈送到所述第一传感器电极，且通过所述第二电负载将所述第二电交变信号馈送到所述第二传感器电极，且其中所述第一电负载及第二电负载与分别在所述第一传感器电极及第二传感器电极处测量的电容性负载共同形成低通滤波器，
第二负载元件，其包括与所述信号产生器耦合的输入和提供差分输出信号的输出；以及
信号处理装置，其与所述第一传感器电极及所述第二传感器电极耦合，其中所述信号处理装置包括第一差分放大器，所述第一差分放大器接收来自所述第二负载元件的所述差分输出信号与来自所述第一传感器电极及所述第二传感器电极的信号提供的差分信号之间的差，其中所述第一电交变信号呈现与所述第二电交变信号180°的相移。
2.根据权利要求1所述的近接传感器，其中所述第一负载元件由第一放大电路形成。
3.根据权利要求1或2所述的近接传感器，其中所述第一电交变信号具有与所述第二电交变信号相同的振幅。
4.根据权利要求1或2所述的近接传感器，其中所述信号处理装置进一步适于从来自所述第一传感器电极的所述信号及来自所述第二传感器电极的所述信号的共模部分形成第二测量值。
5.根据权利要求4所述的近接传感器，其中用于形成所述第二测量值的所述信号处理装置包括阻抗转换器，其中所述阻抗转换器的非反相输入接收来自所述第一传感器电极的所述信号与来自所述第二传感器电极的所述信号的和。
6.根据权利要求1或2所述的近接传感器，其进一步包括场扰动电极，给所述场扰动电极馈送第三电交变信号。
7.根据权利要求2所述的近接传感器，其进一步包括第二放大电路，所述第二放大电路包括所述第二负载元件。
8.根据权利要求7所述的近接传感器，其中所述第一放大电路及所述第二放大电路各自包括差分输出。
9.根据权利要求8所述的近接传感器，其中所述第一传感器电极、所述第二传感器电极及所述第二负载元件的输出与所述第一差分放大器的输入以一方式耦合使得所述第一差分放大器在其输出处提供在所述第一传感器电极及所述第二传感器电极处分接的所述信号与来自所述第二负载元件的所述差分输出信号之间的差。
10.根据权利要求9所述的近接传感器，其中
所述第一传感器电极与所述第一放大电路的反相输出耦合，
所述第二传感器电极与所述第一放大电路的非反相输出耦合，
将所述第一电交变信号馈送到所述第一放大电路及所述第二放大电路的反相输入，
将所述第二电交变信号馈送到所述第一放大电路及所述第二放大电路的非反相输入，
将从在所述第一传感器电极处分接的电信号与所述第二放大电路的非反相输出处的信号形成的第一复合信号馈送到在所述信号处理装置中的所述第一差分放大器的反相输入，且
将从在所述第二传感器电极处分接的电信号与所述第二放大电路的反相输出处的信号形成的第二复合信号馈送到在所述信号处理装置中的所述第一差分放大器的非反相输入。
11.根据权利要求10所述的近接传感器，其中所述第二放大电路(A4)的放大率为可调整的。
12.一种用于对物件进行近接检测的方法，其包括如下步骤：
给第一传感器电极馈送第一交变信号且给第二传感器电极馈送第二交变信号，其中所述第一交变信号和第二交变信号形成差分交变信号，其中通过第一负载元件将所述第一交变信号和第二交变信号馈送到所述第一传感器电极及所述第二传感器电极，其中所述第一交变信号呈现与所述第二交变信号180°的相移，且
将所述差分交变信号馈送到第二负载元件，
接收来自所述第一传感器电极和第二传感器电极的差分信号，且
将来自所述第一传感器电极和所述第二传感器电极的所述差分信号与来自所述第二负载元件的差分输出信号之间的差作为测量信号提供给差分放大器。
13.根据权利要求12所述的方法，其中以一方式选择所示第一交变信号及所述第二交变信号使得所述第一交变信号呈现与所述第二交变信号相同的振幅。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其中从来自所述第一传感器电极的信号及来自所述第二传感器电极的信号的共模部分形成第二测量值。
15.根据权利要求12到14中任一权利要求所述的方法，其进一步包括如下步骤，提供场扰动电极，并将第三电交变信号馈送至所述场扰动电极。
16.一种电手持式装置，其具有至少一个根据权利要求1到11中任一权利要求所述的电容性近接传感器。
17.一种手持设备，其包括一个电容性近接传感器，所述电容性近接传感器包括：
第一传感器电极及第二传感器电极，
信号产生器，其经配置以提供差分交变信号，所述差分交变信号包括第一电交变信号及第二电交变信号，
第一负载元件，其包括第一电负载及第二电负载，其中通过所述第一电负载将所述第一电交变信号馈送到所述第一传感器电极，且通过所述第二电负载将所述第二电交变信号馈送到所述第二传感器电极，且其中所述第一电负载及第二电负载与分别在所述第一传感器电极及第二传感器电极处测量的电容性负载共同形成低通滤波器；
第二负载元件，其具有与所述信号产生器耦合的输入和提供差分输出信号的输出；以及
信号处理装置，其与所述第一传感器电极及所述第二传感器电极耦合，其中所述信号处理装置包括第一差分放大器，所述第一差分放大器接收所述第一传感器电极及所述第二传感器电极上的差分信号与所述第二负载元件的所述差分输出信号之间的差。
18.根据权利要求17所述的手持设备，其中所述信号处理装置包括第一放大电路，所述第一放大电路形成为所述第一差分放大器且选择所述第一传感器电极及所述第二传感器电极上的所述差分信号的推挽部分。
19.根据权利要求17所述的手持设备，其中所述信号处理装置适于从所述第二负载元件的所述差分输出信号减去所述第一传感器电极及所述第二传感器电极上的所述差分信号。
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Legal Events
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Effective date of registration: 20190415 Address after: Dublin, Ireland Patentee after: Neo Ron Co.,Ltd. Address before: German Ma Ning Ismail Patentee before: MICROCHIP TECHNOLOGY GERMANY GmbH |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20161005 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |