CN103762968A - 电容式轻触开关、开关电路及按键系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电容式轻触开关，该电容式轻触开关包括相对设置的上电极片和下电极片、设置在上电极片上方的按钮、以及设置在所述上电极片和下电极片之间的绝缘垫片；所述上电极片和下电极片之间通电后，所述按钮根据其受按压的情况推动所述上电极片向所述下电极片运动或弹性形变，以改变所述上电极片和下电极片之间的距离，从而改变所述上电极片和下电极片之间的电容量。本发明还公开了一种开关电路及按键系统。本发明无需在轻触开关中采用开关触点，既保留了轻触开关的手指触感，又提高了轻触开关的使用寿命及灵敏度，且成本较低。

Description

电容式轻触开关、开关电路及按键系统

技术领域

本发明涉及开关领域，尤其涉及一种电容式轻触开关、开关电路及按键系统。

背景技术

目前在电视机上常用的按键开关有两种形式：一种是轻触式，另一种是触摸式。轻触式开关在电视机上应用最为广泛，但一般情况下用户都是使用遥控器来遥控电视，很少使用按键，因此按键的使用频率很低，按键的主要元件轻触式开关的触点由于长时间不活动容易附着一些层积物，或因空气腐蚀造成接触不良，导致按键失灵。另外一种触摸式开关，是最近十年才开始使用的，虽然解决了轻触式开关的接触不良问题，但由于用户使用触摸式开关时手指触感不强，容易造成误操作，而且成本也比轻触式开关高，因此使用上受到了制约。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种使用寿命及灵敏度更高的电容式轻触开关，同时基于该电容式轻触开关，还相应提出了一种开关电路及按键系统，。

为了达到上述目的，本发明提出一种电容式轻触开关，包括：相对设置的上电极片和下电极片、设置在上电极片上方的按钮、以及设置在所述上电极片和下电极片之间的绝缘垫片；所述上电极片和下电极片之间通电后，所述按钮根据其受按压的情况推动所述上电极片向所述下电极片运动或弹性形变，以改变所述上电极片和下电极片之间的距离，从而改变所述上电极片和下电极片之间的电容量。

优选地，所述上电极片为金属弹片，所述按钮根据其受按压的情况推动所述上电极片向所述下电极片弹性形变，以改变所述上电极片和下电极片之间的距离，从而改变所述上电极片和下电极片之间的电容量。

优选地，该电容式轻触开关还包括设置在所述上电极片和下电极片之间两端的弹性垫圈，所述按钮根据其受按压的情况推动所述上电极片压缩所述弹性垫圈并向所述下电极片运动，以改变所述上电极片和下电极片之间的距离，从而改变所述上电极片和下电极片之间的电容量。

本发明提出的一种开关电路，包括如上所述的电容式轻触开关以及用于检测所述电容式轻触开关的电容量的检测单元，二者电连接。

优选地，所述检测单元包括多谐振荡器和滤波器，二者电连接；其中，所述多谐振荡器包括第一非门、第二非门、第一电阻、第二电阻、第一电容、第二电容；所述第一非门和第二非门的接电源端均接入直流电源，接地端均接地；所述第一非门的输入端通过所述电容式轻触开关与所述第二非门的输出端相接，所述第一非门的输出端与所述第二非门的输入端相接；所述第一电阻和第一电容并联后接于所述第一非门的输入端与输出端之间；所述第二电阻一端接于所述第二非门的输入端，另一端接入所述直流电源；所述第二电容接于所述第二非门的输入端与输出端之间。

优选地，所述滤波器包括滤波电阻和滤波电容；所述滤波电阻一端接于所述第二非门的输出端，另一端与所述滤波电容的一端连接，所述滤波电容的另一端接地。

本发明提出的一种按键系统，包括分压电阻、二极管和如上所述的开关电路；所述滤波器包括滤波电阻和滤波电容，所述滤波电阻一端接于所述第二非门的输出端，另一端与所述二极管阳极相接，所述二极管阴极接于所述滤波电容的一端，所述滤波电容的另一端接地；所述分压电阻一端接于所述二极管阴极，另一端接地。

优选地，所述开关电路的电容式轻触开关、多谐振荡器及所述滤波器的滤波电阻和二极管均为数量对应的多个，所述多个滤波器共用同一个滤波电容；所述多个二极管的阴极均对应接于所述滤波电容的输入端。

优选地，所述分压电阻为一个，其一端接于所述多个二极管的阴极，另一端接地。

优选地，该按键系统还包括识别模块，接于所有所述二极管的阴极。

本发明提出的一种电容式轻触开关，上电极片和下电极片之间通电后会自动存储电容，所述按钮根据其受按压的情况推动所述上电极片向所述下电极片运动或弹性形变，以改变所述上电极片和下电极片之间的距离，从而改变所述上电极片和下电极片之间的电容量，利用该电容量的变化，即可准确的检测按钮是否按下，而无需在轻触开关中采用开关触点，既保留了轻触开关的手指触感，又提高了轻触开关的使用寿命及灵敏度，且成本较低。

附图说明

图1是本发明电容式轻触开关一实施例的结构示意图；

图2是本发明电容式轻触开关另一实施例的结构示意图；

图3是本发明开关电路一实施例的电路图；

图4是本发明按键系统一实施例的电路图。

为了使本发明的技术方案更加清楚、明了，下面将结合附图作进一步详述。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供一种电容式轻触开关，参照图1，在一实施例中，该电容式轻触开关包括相对设置的上电极片a和电极片b、设置在上电极片a上方的按钮d、以及设置在所述上电极片a和下电极片b之间的绝缘垫片c，所述上电极片a和下电极片b之间通电后，所述按钮d根据其受按压的情况推动所述上电极片a向所述下电极片b运动或弹性形变，以改变所述上电极片a和下电极片b之间的距离，从而改变所述上电极片a和下电极片b之间的电容量。

本实施例中，绝缘垫片c可采用陶瓷绝缘垫片，所述按钮d按下时通过挤压所述上电极片a使所述上电极片a和下电极片b之间形成的电容量远大于所述按钮d没有按下时所述上电极片a和下电极片b之间形成的电容量。其中，所述上电极片a可采用金属弹片即锅仔片，锅仔片具备稳定的回弹力，在按钮d按下时可使上电极片a下凹，与下电极片b间的距离缩短，并在按钮d没有按下时自动回位，能够给操作者带来舒适的触动感。所述按钮d根据其受按压的情况推动所述上电极片a向所述下电极片b弹性形变，以改变所述上电极片a和下电极片b之间的距离，从而改变所述上电极片a和下电极片b之间的电容量。

本实施例中，假设上电极片a和下电极片b的直径均为3mm，上电极片a和下电极片b之间的距离为1.5mm，绝缘垫片c的厚度为0.1mm，由于绝缘垫片c的介电常数ε为6，真空介电常数ε0为8.86×10^-12，因此，利用平板电容器的计算公式C=ε*ε0*S/d，可计算得出在按下按钮d时电容式轻触开关的电容量为3.76pF，在没有按下按钮d时电容式轻触开关的电容量约为0.05pF。由此可知，按下按钮d时所述上、下电极片a、b之间形成的电容量远大于所述按钮d没有按下时所述上、下电极片a、b之间形成的电容量。

参照图2，在另一实施例中，该电容式轻触开关还包括设置在所述上电极片a和下电极片b之间两端的弹性垫圈e，所述按钮d根据其受按压的情况推动所述上电极片a压缩所述弹性垫圈e并向所述下电极片b运动，以改变所述上电极片a和下电极片b之间的距离，从而改变所述上电极片a和下电极片b之间的电容量，其工作原理如上所述，在此不再赘述。

本发明还提供一种开关电路，参照图3，在一实施例中，该开关电路包括如上所述的电容式轻触开关K以及用于检测所述电容式轻触开关K的电容量的检测单元1，二者电连接。

上述检测单元1包括多谐振荡器和滤波器，二者电连接；所述多谐振荡器包括第一非门11、第二非门12、第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1、第二电容C2，本实施例中直流电源为U0，所述直流电源U0为+5V直流电源。所述直流电源U0分别与所述第一非门11及第二非门12的接电源端VCC连接，所述第一非门11及第二非门12的接地端GND接地，所述第一非门11的输入端A通过所述电容式轻触开关K与所述第二非门12的输出端Y连接，所述第一非门11的输出端Ｙ与所述第二非门12的输入端A连接，所述第一电阻R1和第一电容C1并联后接于所述第一非门11的输入端A与输出端Y之间；所述第二电阻R2一端接于所述第二非门12的输入端，另一端接入所述直流电源U0；所述第二电容C2接于所述第二非门12的输入端A与输出端Y之间。所述多谐振荡器根据所述电容式轻触开关K中的按钮按下时及按钮没有按下时所述电容式轻触开关K的上、下电极片之间形成的电容量的变化对应的在所述多谐振荡器的输出端输出高低电平信号，所述多谐振荡器的输出端为所述第二非门12的输出端Y。

上述检测单元1中多谐振荡器的振荡频率f=1/(1.4R1*C0)，其中，C0为所述电容式轻触开关K的上、下电极片之间形成的电容量，第一电容C1、第二电容C2用于降低第一非门11、第二非门12的频率响应，让电容式轻触开关K中的按钮未按下时，多谐振荡器不起振，为了便于计算说明，本实施例中，第一电容C1、第二电容C2取值1pF，第一电阻R1阻值取值1M，第二电阻R2阻值取值100K，第二电阻R2是第二非门12的上拉电阻，保证多谐振荡器停振的时候输出低电平信号，同时，设定第一非门11的输入端的一点T1，设定第一非门11的输出端的一点T2，设定第二非门12的输出端的一点T3。

在电容式轻触开关K中的按钮没有按下时，电容式轻触开关K两端的电容量约为0.05pF。由于第二电阻R2的上拉作用，通电瞬间T2为高电平，则T3为低电平，第一电阻R1随即给电容式轻触开关K充电，T1的电位随着持续的充电时间慢慢升高，充电周期设为t1，当T1升高到第一非门11的高电平阀值后，第一非门11的输出端的T2反转为低电平，则在第二非门12的作用下，T3也随之反转为高电平，此时，第二电容C2由于接在第二非门12的输入端与输出端两端上，第二电容C2两极开始充电，其充电周期设为t2，由于电容式轻触开关K中的按钮没有按下时其电容量较小，其充电周期t1很小，当t1小于t2时，多谐振荡器的振荡条件则无法满足，不能起振，则多谐振荡器在停振的时候所述第二非门12的输出端Y即T3输出低电平信号。

在电容式轻触开关K中的按钮按下时，电容式轻触开关K两端的电容量增大至3.76pF，则由上述分析过程可知，t1远大于t2，则多谐振荡器的振荡条件可以满足，所述第二非门12的输出端Y即T3输出频率约190KHz的方波电压信号，进一步地，所述滤波器包括滤波电阻R3和滤波电容C3，所述第二非门12的输出端Y经所述滤波电阻R3与所述滤波电容C3的一端连接，所述滤波电容C3的另一端接地。滤波电阻R3和滤波电容C3组成RC滤波电路，由所述第二非门12的输出端Y即T3输出的方波电压信号经滤波电阻R3和滤波电容C3的滤波作用后，得到直流电压，输出高电平信号。本实施例中，通过调整第一电容C1、第二电容C2的电容量，还可以调整多谐振荡器的停振频率点。

由上述分析可知，在电容式轻触开关K中的按钮没有按下时，多谐振荡器中所述第二非门12的输出端Y即T3输出低电平信号，而在电容式轻触开关K中的按钮按下时，多谐振荡器中所述第二非门12的输出端Y即T3输出高电平信号，由此，通过对多谐振荡器中所述第二非门12的输出端Y即T3输出的电平信号进行检测即可识别出电容式轻触开关K中的按钮是否按下，即可判断电容式轻触开关K的开关状态，十分准确，且电路结构十分简单。

本发明又提供一种按键系统，参照图4（图4为六路按键系统，可粗略地认为其包含了六个图3中所示的开关电路以及其他辅助电路元件，同时对部分相同的电路元件进行了简化），在一实施例中，该按键系统包括分压电阻R5、二极管D和如上所述的开关电路；所述滤波器包括滤波电阻R4和滤波电容C4（实际上分别相当于图3中的滤波电阻R3和滤波电容C3，本实施例中为简化电路同时节约成本，可以仅采用一个滤波电容C4，而不必采用6个滤波电容C3），所述滤波电阻R4一端接于所述第二非门12的输出端Y，另一端与所述二极管D阳极相接，所述二极管D阴极接于所述滤波电容C4的一端，所述滤波电容C4的另一端接地；所述分压电阻R5一端接于所述二极管D阴极，另一端接地。

具体地，本实施例中，该按键系统中，所述开关电路的电容式轻触开关、多谐振荡器及所述滤波器的滤波电阻R4和二极管D均为数量对应的多个，所述多个滤波器共用同一个滤波电容C4；所述多个二极管D的阴极均对应接于所述滤波电容C4的输入端，所述滤波电容C4另一端接地。由于本实施例仅采用一个滤波电容C4，不必每增加一路按键就得增加一个滤波电容C3，即用滤波电容C4代替多个滤波电容C3，简化了电路、节约了成本。

本实施例中，所述分压电阻R5为一个，其一端接于所有所述二极管D的阴极，另一端接地。

进一步地，该按键系统还包括识别模块2，接于所有所述二极管D的阴极，所述识别模块2用于根据开关电路中多谐振荡器输出的高低电平信号识别开关电路中的按钮是否按下。

需要说明的是，由于本实施例的按键系统中包括多个所述开关电路，对于各开关电路中元件的标号采用了与图3所示开关电路不同的标号，以将各开关电路所包括的元件区分开来，其中，图4中的R11、R21、R31、R41、R51、R61均相当于图3中的R1；图4中的R12、R22、R32、R42、R52、R62均相当于图3中的R2；图4中的C11、C21、C31、C41、C51、C61均相当于图3中的C1；图4中的C12、C22、C32、C42、C52、C62相当于图3中的C2；图4中的K1、K2、K3、K4、K5、K6相当于图3中的K；图4中的R4相对于图3中的R3，图4中的C4相对于图3中的C3。

在本实施例中，按键系统包括六路开关电路，所述六路开关电路的六个滤波器共同一个滤波电容C4。在其它实施例中，所述按键系统还可以是包括更多路开关电路，或者是少于六路开关电路，也可以是仅包括一路开关电路。在按键系统仅包括一种开关电路的情况下，只通过在图3所示的开关电路中于滤波电阻R3和滤波电容C3之间增加一个二极管D即可。进一步地，还可以增加一个与所述滤波电容C3并联的分压电阻R5。

本实施例中，多个所述开关电路中的第一非门及第二非门可以是非门集成电路中的两路非门，本实施例采用的非门集成电路为六路非门集成电路MC4060，每一六路非门集成电路MC4060可分别为3个开关电路提供两路非门，即每一六路非门集成电路MC4060可用于识别3个开关电路中的按钮状态。

本实施例中所述开关电路的工作原理如上所述，在此不再赘述。在开关电路中电容式轻触开关中的按钮按下时，开关电路中多谐振荡器的输出端也即第二非门的输出端Y输出方波电压信号，经过二极管D及滤波电容C4的滤波作用后，得到直流电压，再经过滤波电阻R4、分压电阻R5的分压作用，输出一大小确定的电压信号至所述识别模块2，由此可知，在该按键系统的多个开关电路中设置不同的滤波电阻R4的阻值，则在开关电路中电容式轻触开关中的按钮按下时，不同的开关电路中多谐振荡器的输出端输出至所述识别模块2的电压信号的电压值也不同，则识别模块2可根据接收的电压信号的电压值识别相应的开关电路中电容式轻触开关中的按钮被按下。该按键系统可应用于各种电子仪器和电气设备中，如电视机等，识别模块2可以为CPU、微控制器等。本实施例无需在轻触开关中采用开关触点，既保留了轻触开关的手指触感，又提高了轻触开关的使用寿命及灵敏度，且成本较低。

上述电容式轻触开关，上电极片和下电极片之间通电后会自动存储电容，所述按钮根据其受按压的情况推动所述上电极片向所述下电极片运动或弹性形变，以改变所述上电极片和下电极片之间的距离，从而改变所述上电极片和下电极片之间的电容量，利用该电容量的变化，即可准确的检测按钮是否按下，而无需在轻触开关中采用开关触点，既保留了轻触开关的手指触感，又提高了轻触开关的使用寿命及灵敏度，且成本较低。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种电容式轻触开关，其特征在于，包括：相对设置的上电极片和下电极片、设置在上电极片上方的按钮、以及设置在所述上电极片和下电极片之间的绝缘垫片；所述上电极片和下电极片之间通电后，所述按钮根据其受按压的情况推动所述上电极片向所述下电极片运动或弹性形变，以改变所述上电极片和下电极片之间的距离，从而改变所述上电极片和下电极片之间的电容量。

2.根据权利要求1所述的电容式轻触开关，其特征在于，所述上电极片为金属弹片，所述按钮根据其受按压的情况推动所述上电极片向所述下电极片弹性形变，以改变所述上电极片和下电极片之间的距离，从而改变所述上电极片和下电极片之间的电容量。

3.根据权利要求1所述的电容式轻触开关，其特征在于，还包括设置在所述上电极片和下电极片之间两端的弹性垫圈，所述按钮根据其受按压的情况推动所述上电极片压缩所述弹性垫圈并向所述下电极片运动，以改变所述上电极片和下电极片之间的距离，从而改变所述上电极片和下电极片之间的电容量。

4.一种开关电路，其特征在于，包括如权利要求1至3任一项所述的电容式轻触开关以及用于检测所述电容式轻触开关的电容量的检测单元，二者电连接。

5.根据权利要求4所述的开关电路，其特征在于，所述检测单元包括多谐振荡器和滤波器，二者电连接；其中，所述多谐振荡器包括第一非门、第二非门、第一电阻、第二电阻、第一电容、第二电容；所述第一非门和第二非门的接电源端均接入直流电源，接地端均接地；所述第一非门的输入端通过所述电容式轻触开关与所述第二非门的输出端相接，所述第一非门的输出端与所述第二非门的输入端相接；所述第一电阻和第一电容并联后接于所述第一非门的输入端与输出端之间；所述第二电阻一端接于所述第二非门的输入端，另一端接入所述直流电源；所述第二电容接于所述第二非门的输入端与输出端之间。

6.根据权利要求5所述的开关电路，其特征在于，所述滤波器包括滤波电阻和滤波电容；所述滤波电阻一端接于所述第二非门的输出端，另一端与所述滤波电容的一端连接，所述滤波电容的另一端接地。

7.一种按键系统，其特征在于，包括分压电阻、二极管和如权利要求5所述的开关电路；所述滤波器包括滤波电阻和滤波电容，所述滤波电阻一端接于所述第二非门的输出端，另一端与所述二极管阳极相接，所述二极管阴极接于所述滤波电容的一端，所述滤波电容的另一端接地；所述分压电阻一端接于所述二极管阴极，另一端接地。

8.如权利要求7所述的按键系统，其特征在于，所述开关电路的电容式轻触开关、多谐振荡器及所述滤波器的滤波电阻和二极管均为数量对应的多个，所述多个滤波器共用同一个滤波电容；所述多个二极管的阴极均对应接于所述滤波电容的输入端。

9.如权利要求8所述的按键系统，其特征在于，所述分压电阻为一个，其一端接于所述多个二极管的阴极，另一端接地。

10.如权利要求7至9任一项所述的按键系统，其特征在于，还包括识别模块，接于所有所述二极管的阴极。

Images