CN103883180A - 用于测量电容的变化的设备和相关联的测量方法 - Google Patents

用于测量电容的变化的设备和相关联的测量方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103883180A
CN103883180A CN201310697440.2A CN201310697440A CN103883180A CN 103883180 A CN103883180 A CN 103883180A CN 201310697440 A CN201310697440 A CN 201310697440A CN 103883180 A CN103883180 A CN 103883180A
Authority
CN
China
Prior art keywords
value
charging
voltage
electric capacity
time
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201310697440.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103883180B (zh
Inventor
X.乌尔内
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vitesco Technologies GmbH
Original Assignee
Continental Automotive GmbH
Continental Automotive France SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Continental Automotive GmbH, Continental Automotive France SAS filed Critical Continental Automotive GmbH
Publication of CN103883180A publication Critical patent/CN103883180A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103883180B publication Critical patent/CN103883180B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
    • G01R27/2605—Measuring capacitance
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations
    • G06F17/11—Complex mathematical operations for solving equations, e.g. nonlinear equations, general mathematical optimization problems
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/945—Proximity switches
    • H03K17/955—Proximity switches using a capacitive detector
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K2217/00—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
    • H03K2217/94—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00 characterised by the way in which the control signal is generated
    • H03K2217/96—Touch switches
    • H03K2217/9607—Capacitive touch switches
    • H03K2217/96071—Capacitive touch switches characterised by the detection principle
    • H03K2217/960715—Rc-timing; e.g. measurement of variation of charge time or discharge time of the sensor

Abstract

一种用于测量电容的变化的设备和相关联的测量方法。本发明涉及一种用于测量电容的变化的设备，包括：电容，其具有跨其端子的电压，充电装置和放电装置，比较装置，控制装置，其根据跨电容的端子的电压的值来激活充电装置或放电装置，并且其的输出电压在充电期间具有高值并在放电期间具有低值，计数器，其测量表示电容的预定数量的充电和放电周期的时间，根据本发明，所述设备还包括附加电容：其电连接到输出电压并且连接到电容，其能够与电容的充电和放电同时地被充电和放电。本发明还涉及相关联的测量方法。

Description

用于测量电容的变化的设备和相关联的测量方法
技术领域
本发明涉及用于测量电容的变化的设备和相关联的测量方法。本发明更具体地应用于安装在机动车辆上用于测量电容的变化的设备。
背景技术
目前，一些机动车辆装备有“免接触（hands free）”进入（access）。这意味着车辆的授权用户不再需要钥匙来打开他的车辆的门和其他开口（引擎盖、后备箱等）。他代之以具有标识徽章（或遥控器），车辆的电子系统与其交互。
为了命令门打开，例如，用户靠近门把手。位于把手中的电容式存在传感器检测用户的存在。该传感器连接到车辆的电子计算机ECU（电子控制单元）并向其发送存在检测信号。车辆的电子计算机之前已经将用户标识为被授权进入该车辆，或者替代地，其在接收该信号之后实行该标识。为了这样做，其通过居间的LF（低频）天线向用户携带的徽章（或向遥控器）发送标识请求。作为响应，该徽章借助于RF（射频）波向车辆电子计算机发送其标识码。如果电子计算机将标识码识别为被授权进入车辆的标识码，则其启动门的打开。另一方面，如果电子计算机未接收到标识码或者如果标识码不正确，则不发生打开。
此类电容式传感器由集成在门把手（未示出）中的电容器电极Ce（见图1）构成。
当用户的手M靠近门把手时，也就是说当用户靠近图1中的电极时，集成在把手中的电极的电容Ce增加值ΔCe。通过测量设备D来测量电容Ce的该变化ΔCe。如果变化ΔCe的值超过阈值，则这导致对接近门把手的手M的存在的检测的验证。实际上，这表明用户的手M足够接近把手并且他正请求进入车辆。
根据现有技术，在图1中示出的用于测量电容Ce的变化的设备D包括：
● 电源电压Vdd，
● 一般为电极形式的电容Ce，其具有跨其端子的电压Vce，
● 电容Ce的充电装置101和放电装置102，其实行电容Ce的预定数量Nc个充电和放电周期，
● 两个比较器形式的比较装置200，
     - 第一比较器201，其将跨电容Ce的端子的电压Vce关于第一参考值                                                
Figure 2013106974402100002DEST_PATH_IMAGE001
进行比较，以及
     - 第二比较器202，其将跨电容Ce的端子的电压Vce关于第二参考值
Figure 666973DEST_PATH_IMAGE002
进行比较，
● 充电装置101和放电装置102的控制装置300，其根据比较装置200（201，202）实行的比较的结果并根据下文详细描述的逻辑来激活电容Ce的充电装置101和放电装置102，
● 计数器400，其对测量设备D实行预定数量Nc个对电容Ce充电和放电的周期所需的时间tmes2进行测量，
● 计算装置500，其计算该时间tmes2与之前测量的时间tmes1之间的时间变化
Figure 584114DEST_PATH_IMAGE004
，时间变化Δt代表了电容Ce的变化ΔCe。
由充电装置101和放电装置102根据预定数量Nc个充电和放电周期对电容Ce连续充电和放电。根据现有技术，充电装置101例如是连接到电源电压Vdd的第一电流源G1，其与连接到电容Ce的第一开关SW1相关联。当第一开关SW1闭合时（状态1），电容Ce电连接到第一电流源G1，其以电流i对电容Ce充电。放电装置102例如是连接到地的第二电流源G2，其与连接到电容Ce的第二开关SW2相关联。当第二开关闭合时（状态1），电容Ce通过第二电流源G2连接到地，第二电流源G2以电流i使电容Ce放电。当第一开关SW1闭合时（状态1），第二开关SW2断开（状态0），并且反之亦然。
因此，跨电容Ce的端子的电压Vce根据第一开关SW1和第二开关SW2的状态而变化，也就是说取决于电容Ce是在充电还是放电。
该电压Vce通过第一和第二比较器201和202分别与第一参考值
Figure 426168DEST_PATH_IMAGE006
和与第二参考值进行比较。第一比较器201的第一输出S1的值是与第一参考值
Figure DEST_PATH_IMAGE009
的比较的结果的函数。例如，当
Figure DEST_PATH_IMAGE011
时，第一输出S1取值0，并且当
Figure DEST_PATH_IMAGE013
时，其取值1。类似地，第二比较器202的第二输出S2的值是与第二参考值
Figure 508186DEST_PATH_IMAGE008
的比较的结果的函数。例如，当
Figure DEST_PATH_IMAGE015
时，第二输出S2取0，并且当
Figure DEST_PATH_IMAGE017
时，其取值1。
第一和第二输出S1和S2连接到控制装置300的输入。根据现有技术，控制装置300通常是也称为“SR触发器（flip-flop）”的同步触发器类型的逻辑电路。第一输出S1连接到控制装置300的第一输入，输入S，并且第二输出S2连接到控制装置300的第二输入，输入R。控制装置300的输出Q取决于在输入S和R处接收的值S1和S2来提供第一开关SW1和第二开关SW2的值为0（状态0：开关断开）或1（状态1：开关闭合）的控制信号SL。
控制装置300根据在R和S输入处接收的值来激活充电装置101或放电装置102，更精确地也就是说第一开关SW1和第二开关SW2，以便对电容Ce放电或充电。
在图2中示出了电容Ce的充电和放电周期。图2示出了在电容Ce的充电C+期间和放电C-期间跨电容Ce的端子的电压Vce根据时间t的变化。如图2中所示，在充电C+期间，电压Vce从第一参考值
Figure 206015DEST_PATH_IMAGE009
增加到第二参考值
Figure 286097DEST_PATH_IMAGE018
。在放电C-期间，电压Vce从第二参考值
Figure 484997DEST_PATH_IMAGE018
减少到第一参考值。因此，电压Vce在第一参考值
Figure 475136DEST_PATH_IMAGE009
与第二参考值
Figure DEST_PATH_IMAGE019
之间振荡。
当充电电流i的值等于放电电流i时，充电时间等于电容Ce的放电时间。该（充电或放电）时间将称为t1。包括充电和放电的周期的时间T1因此等于：
等式（1）：
Figure 776935DEST_PATH_IMAGE021
其中：
T1：充电和放电周期的时间（s）
t1：充电或放电的时间（s）
Ce：电容Ce的值（F）
Figure 2013106974402100002DEST_PATH_IMAGE022
：第二参考值（V）
Figure 576264DEST_PATH_IMAGE023
：第一参考值（V）
i：充电或放电电流的绝对值（A）。
由控制装置300基于电压Vce与两个参考值（
Figure 909769DEST_PATH_IMAGE024
，
Figure 339613DEST_PATH_IMAGE002
）中的每一个之间的比较的结果来控制从充电C+到放电C-（以及反过来）的改变。
下面的表1示出了根据在R和S输入上接收的值以及对应输出Q的值的第一SW1和第二SW2开关的四种可能的配置。Qt-1表明输出Q保留之前时刻的值。该表指代图2中示出的四个点a、b、c、d：
● 点a：
Figure 581239DEST_PATH_IMAGE026
，电容Ce在充电C+，第一开关SW1闭合（状态1）并且第二开关SW2断开（状态0），
● 点b：
Figure 918679DEST_PATH_IMAGE028
，断开第一开关SW1（状态0）并闭合第二开关SW2（状态1）以便使电容Ce放电，
● 点c：
Figure 562150DEST_PATH_IMAGE030
，电容Ce在放电C-，配置与点b相同，第一开关SW1断开并且第二开关SW2闭合，
● 点d：，断开第二开关SW2（状态0）并闭合第一开关SW1（状态1）以便对电容Ce充电。
位于第二开关SW2的上游、在控制装置300与第二开关SW2之间的电压逆变器INV（图1和3）使得可能将输出Q处的控制信号SL的值反转，其给出施加于该第二开关SW2的为相反值的信号
Figure 439287DEST_PATH_IMAGE032
。这使得第一SW1和第二SW2开关有可能接收对应于表1的值的相反指令（0，1）（见SW1和SW2）。
如此描述的充电C+和放电C-周期重复预定数量Nc次。
因此，控制装置300的输出Q交替地连接到电源电压Vdd（当第一开关SW1闭合并且第二开关SW2断开时）或连接到地（当第二开关SW2闭合并且第一开关SW1断开时）。  
点 a b c d
R S2=0 S1=1 S2=0 S2=0
S S1=0 S1=0 S1=0 S1=1
Q (SL) Qt-1 (=1) 0 Qt-1 (=0) 1
SW1 状态 1 0 0 1
0 1 1 0
SW2 状态 0 1 1 0
表1。
因此，控制装置300的输出电压Vc在充电C+期间等于电源电压Vdd，并且在电容Ce的放电C-期间等于0伏特。
计数器400对测量设备为了实行该预定数量Nc个充电和放电周期所需的时间tmes1进行测量。因此有等式（2）：
Figure DEST_PATH_IMAGE035
当用户朝把手移动他的手M时，电容Ce增加值ΔCe（见图1）。电容的该变化ΔCe具有增加充电和放电周期时间的影响，并且当存在手M时，周期的新时间T2（见图2，用虚线示出的曲线）长于不存在手M的情况下的周期时间T1。于是当存在接近电容式传感器的手M时，新的并且更长的时间tmes2是实行相同预定数量Nc个周期所需的（见图2）。
新时间tmes2与之前测量的时间tmes1之间的差代表了由于手M的存在而导致的电容Ce的变化ΔCe。根据现有技术，通过以下等式（3）给出变化ΔCe：
因为根据等式（2）：
Figure 393468DEST_PATH_IMAGE035
并且还有：
其中：
ΔCe：电容Ce的变化（F）
tmes2：（存在手的情况下的）用于实行预定数量Nc个充电和放电周期的新时间（s）
tmes1：（不存在手的情况下的）用于实行预定数量Nc个充电和放电周期的时间（s）
Figure 219342DEST_PATH_IMAGE022
：第二参考值（V）
Figure 990989DEST_PATH_IMAGE023
：第一参考值（V）
i：充电或放电电流的绝对值（A）
Nc：充电和放电周期的预定数量
因此获得以下等式（4）：
T1：（不存在手的情况下的）充电和放电周期的时间（s）
T2：（存在手的情况下的）充电和放电周期的新时间（s）
手M靠近得越近，该变化ΔCe变得越大。当其超过阈值时，认为用户希望进入他的车辆并因此用户的存在的检测被验证。
测量设备D的并因此电容式传感器的（或电容Ce电极的）电消耗与充电和放电周期的时间T1（或T2）成正比。如果期望降低该消耗，则必需减少周期的时间T1。
根据等式（1），为了减少周期的时间T1，必需：
● 或者降低第二参考值与第一参考值之间的电压差ΔV的值，也就是说降低：
Figure DEST_PATH_IMAGE043
或者增加充电电流i的值，
或者降低电容Ce的值，
现在，根据等式（4）：
● 降低电压差
Figure 489097DEST_PATH_IMAGE043
的值增加了可测量的变化ΔCe的值，并因此使传感器的灵敏度降级，
● 增加充电电流i的值也增加可测量的变化ΔCe的值，并因此使传感器的灵敏度降级，
● 电容Ce的值对变化ΔCe的值没有影响。
结果，这些减少周期时间T1的传统手段具有使传感器的灵敏度降级的影响，这不是期望的。
发明内容
本发明的目的是减少电容Ce的充电和放电周期时间T1以便降低电容式传感器的电消耗而其灵敏度不降级。本发明还在测量设备的变型中使得改进电容式传感器关于外部电磁干扰的不敏感性是可能的。
为了该目的，本发明提出了用于测量电容Ce的变化ΔCe的设备D'和相关联的测量方法。
本发明提出了一种用于测量电容的变化的设备，包括：
● 电容，其具有跨其端子的电压，
● 电源电压，
● 所述电容的充电装置和放电装置，
● 比较装置，其将跨电容的端子的电压与第一参考值并且与第二参考值进行比较，
● 控制装置，其根据跨电容的端子的电压的值来激活充电装置或放电装置以便对电容充电或放电，并且其的输出电压在充电期间具有高值并在放电期间具有低值，
● 计数器，其测量表示电容的充电和放电周期的预定数量的时间，
● 该时间相对于之前测量的时间的变化代表了电容的变化，
根据本发明，所述测量设备还包括附加电容：
● 其第一端电连接到控制装置的输出电压，并且其第二端电连接到电容，
● 其能够与电容的充电和放电同时地被充电和放电装置充电和放电。
根据本发明，附加电容的存在和附加电容连接到测量设备的部件的具体方式在电容的充电开始时生成跨电容的端子的电压的突然增加以及在电容的放电开始时生成跨电容的端子的电压的突然减少。电压的这些突然增加和减少使得减少所述电容的充电和放电周期时间并因此减小电容式传感器的消耗是可能的。
电压比较装置可以包括：
● 第一比较器，其的第一输出值是跨电容的端子的电压与第一参考值之间的比较的函数，
● 第二比较器，其的第二输出值是跨电容的端子的电压与第二参考值之间的比较的函数，
控制装置根据第一和第二输出值来激活充电装置或放电装置。
根据本发明，第一参考值与第二参考值之间的差的绝对值小于高值与低值之间的差。
在一个实施例中：
● 充电装置连接到电源电压，并且
● 放电装置连接到地，并且
● 高值等于电源电压的值，并且
● 低值等于0。
在另一实施例中：
● 充电装置包括
     - 由电源电压供电的第一电流源，其提供充电电流，
     - 第一开关，
● 放电装置包括：
     - 第二开关，
     - 电压逆变器，其位于第二开关与控制装置之间，
     - 第二电流源，其一侧电连接到地并且另一侧电连接到第二开关，
第一和第二开关由控制装置来激活。
优选地，控制装置包括同步触发器类型的逻辑电路，其的第一输入电连接到第一比较器的第一输出，其的第二输入电连接到第二比较器的第二输出，并且其的逻辑输出电连接到第一和第二开关。
有利的，根据本发明，通过下式来定义充电和放电周期时间：
Figure DEST_PATH_IMAGE045
其中：
T1'：根据本发明的充电和放电周期时间（s）
Ce：电容Ce的值（F）
Figure 433919DEST_PATH_IMAGE023
：第一参考值（V）
Figure 885540DEST_PATH_IMAGE022
：第二参考值（V）
Ca：附加电容的值（F）
Vdd：电源电压的值（V）
i：充电或放电电流的值。
在本发明的变型中，在电容与附加电容的第二端之间连接电阻器，其能够与附加电容一起创建具有截止频率Fc的低通滤波器：
Figure DEST_PATH_IMAGE047
其中：
R：电阻器的值（Ω）
Ca：附加电容的值（F）。
本发明还涉及一种用于使用根据前述权利要求中的任何一项所述的测量设备来测量电容的变化的方法，所述测量方法包括以下步骤：
● 步骤1：当跨电容的端子的电压低于第一参考值时，由控制装置进行充电装置的激活以便对电容充电，从而导致控制装置的输出电压的从低值到高值的变化，
● 步骤2：当跨电容的端子的电压高于第二参考值时，由控制装置进行放电装置的激活以便使电容放电，从而导致控制装置的输出电压的从高值到低值的变化，
● 步骤3：根据充电和放电周期的预定数量来重复步骤1和2，
● 步骤4：由计数器进行对实行预定数量的充电和放电周期所需的时间的测量，
● 步骤5：由计算装置如下式那样从步骤4中测量的时间和从之前测量的时间计算电容的变化：
Figure DEST_PATH_IMAGE049
ΔCe：电容的变化（F）
tmes2'：步骤4中测量的时间（s）
tmes1'：之前测量的时间（s）
i：充电或放电电流的值（A）
Figure 624826DEST_PATH_IMAGE023
：第一参考值（V）
Figure 62760DEST_PATH_IMAGE022
：第二参考值（V）
Nc：充电和放电周期的预定数量。
根据本发明，所述测量方法还包括以下步骤：
● 步骤1a：在步骤1期间，跨电容的端子的电压突然增加
Figure DEST_PATH_IMAGE051
（
Figure DEST_PATH_IMAGE053
），并且同时对附加电容充电，
● 步骤2a：在步骤2期间，跨电容的端子的电压突然减少
Figure DEST_PATH_IMAGE055
Figure DEST_PATH_IMAGE057
)并且同时使附加电容放电，
其中：
Ca：附加电容Ca的值
Ce：电容Ce的值
ΔVc：输出电压Vc的变化。
本发明还涉及包括在上面列出了其特征的测量设备的任何车辆门把手或任何车辆。
附图说明
在阅读了以下非限制性描述后并且在检验了附图后，本发明的其他主题、特征和优点将变得清楚，在附图中：
- 已经在上文进行了解释的图1是根据现有技术的用于测量电容的变化的设备D的电路图，
- 已经在上文进行了解释的图2示出了根据现有技术的在充电C+和放电C-周期期间跨电容Ce的端子的电压Vce根据时间t的变化，
- 图3是根据本发明的用于测量电容的变化的设备D’的电路图，
- 图4示出了根据本发明的在充电C+和放电C-周期期间跨电容Ce的端子的电压Vce根据时间t的变化，
- 图5示出了控制装置的输出电压Vc根据时间t的值，以及
- 图6示出了根据本发明的测量设备D’的变型。
具体实施方式
根据图3，根据本发明的测量设备D’除了之前描述的现有技术的测量设备D的部件之外还包括附加电容Ca：
● 其第一端电连接到控制装置300的输出电压Vc并且其第二端电连接到电容Ce，
● 能够与电容Ce的充电和放电同时地被充电101和放电102装置充电和放电。
因此，用本发明的测量设备D’，当电压
Figure 358743DEST_PATH_IMAGE058
时（S1=1，S2=0），控制装置300断开第二开关SW2并闭合第一开关SW1以便同时对电容Ce和附加电容Ca充电。这导致控制装置300的输出电压Vc的变化。控制装置300的输出电压Vc的值从零伏特切换到电源电压Vdd的值（见图5）。跨电容Ce的端子施加输出电压的该突然增加
Figure 644362DEST_PATH_IMAGE060
，并且根据以下等式（5），输出电压的该突然增加产生跨电容Ce的端子的电压的突然增加
Figure 757812DEST_PATH_IMAGE051
：
Figure 10939DEST_PATH_IMAGE062
其中：
：跨电容Ce的端子的电压的突然增加（V）
Ca：附加电容Ca的值（F）
ΔVc：输出电压Vc的突然增加（V）
Ce：电容Ce的值（F）
Vdd：电源电压的值（V）。
在图4上示出了电压的该突然增加
Figure 844214DEST_PATH_IMAGE051
。然后，第一开关SW1闭合，用电流i同时对电容Ce和附加电容Ca充电直到跨电容的端子的电压Vce大于第二参考值，也就是说
Figure 128564DEST_PATH_IMAGE064
。
根据本发明，在该充电C+期间，跨电容的端子的电压Vce从值
Figure 541091DEST_PATH_IMAGE066
增加到第二参考值
Figure 631407DEST_PATH_IMAGE008
，而不再如现有技术中那样从第一参考值
Figure 812990DEST_PATH_IMAGE006
增加到第二参考值。因此，跨电容Ce的端子的电压Vce更快速地达到表示充电C+结束的第二参考值，因为差
Figure 341033DEST_PATH_IMAGE068
小于
Figure 642701DEST_PATH_IMAGE070
。
当跨电容的端子的电压Vce高于第二参考值时，也就是说
Figure DEST_PATH_IMAGE071
（S1=0，S2=1），控制装置300断开第一开关SW1并闭合第二开关SW2以便同时使电容Ce和附加电容Ca放电。这导致控制装置300的输出电压Vc的变化。控制装置300的输出电压Vc的值然后从电源电压Vdd的值切换到零伏特（见图5）。
跨电容Ce的端子施加输出电压的该突然减小
Figure DEST_PATH_IMAGE073
，并且根据以下等式（6），输出电压的该突然减小产生跨电容Ce的端子的电压的减小：
Figure 265760DEST_PATH_IMAGE076
也就是说：
Figure 635562DEST_PATH_IMAGE078
在图4中示出了电压的该突然减少
Figure 526157DEST_PATH_IMAGE074
。然后，第二开关SW2闭合，用电流i使电容Ce和附加电容Ca同时放电直到跨电容的端子的电压Vce低于第一参考值，也就是说。
根据本发明，在该放电C-期间，跨电容的端子的电压Vce从值
Figure 745097DEST_PATH_IMAGE080
减小到第一参考值
Figure 246486DEST_PATH_IMAGE009
，而不再如现有技术中那样从第二参考值
Figure 257167DEST_PATH_IMAGE019
减小到第一参考值
Figure 225123DEST_PATH_IMAGE009
。跨电容Ce的端子的电压Vce更快速地达到表示放电结束的第一参考值
Figure 868725DEST_PATH_IMAGE009
，因为差小于。因为
Figure DEST_PATH_IMAGE085
，于是也有
Figure DEST_PATH_IMAGE087
（见图4）。
根据本发明，归因于附加电容Ca的存在并且由于附加电容Ca连接到测量设备D’的其他部件的具体方式的跨电容Ce的端子的电压的突然增加
Figure 583533DEST_PATH_IMAGE051
和突然减小
Figure 722390DEST_PATH_IMAGE074
使得减少充电和放电周期的时间T1’是可能的，如以下方程所示。
根据本发明的周期的时间T1’由以下等式（7）定义：
现在，根据等式（6）：
通过用等式（6）给出的其的表达式替换等式（7）中的
Figure 102556DEST_PATH_IMAGE051
，获得以下：
其等同于：
Figure DEST_PATH_IMAGE093
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE095
很清楚，如果期望相对于根据现有技术的周期的时间T1减少根据本发明的充电和放电周期的时间T1’，项A必需为负，也就是说ΔV<Vdd。
现在，因为测量设备D的电源电压Vdd结果是第一和第二比较器201和202的电源电压，所述第一和第二比较器201和202的第一参考值
Figure 212911DEST_PATH_IMAGE009
与第二参考值
Figure 522670DEST_PATH_IMAGE008
之间的差的绝对值需要小于或等于后者的电源电压Vdd。
结果：
Figure DEST_PATH_IMAGE097
并且，如果期望
T1’ < T1
则需要选择第一参考值
Figure 406443DEST_PATH_IMAGE009
和第二参考值
Figure 787746DEST_PATH_IMAGE018
使得：
Figure DEST_PATH_IMAGE099
因此，根据本发明的周期的时间T1'小于现有技术的周期的时间T1。结果，根据本发明的实行预定数量Nc个充电和放电周期所需的时间tmes1'本身也小于现有技术的时间tmes1，因为根据等式（2）：
Figure 627526DEST_PATH_IMAGE035
并因此：
因此，获得以下：
Figure DEST_PATH_IMAGE103
当手M靠近时，电容Ce增加变化ΔCe。周期的时间T1'也增加值ΔT1'，并且根据本发明，在存在手M期间的新周期时间T2'由以下等式（8）给出：
Figure DEST_PATH_IMAGE105
也就是说：
Figure DEST_PATH_IMAGE107
现在，根据等式（6）：
Figure 793672DEST_PATH_IMAGE091
因此，获得以下：
并因此：
Figure DEST_PATH_IMAGE111
因此，对于给定电容变化ΔCe，周期时间变化在本发明（ΔT1'）与现有技术（ΔT1）之间相同，或者反过来，对于本发明与现有技术之间相同的周期时间变化（ΔT1'，ΔT1），电容的变化ΔCe相同。
结果，本发明未使传感器的灵敏度ΔCe降级；其保持与现有技术的灵敏度相同。
在本发明的示例实施例中，考虑以下：
Ce = 30 pF
i = 10 μA
Figure 882851DEST_PATH_IMAGE112
 = 2 V
Vdd = 2.5 V
Nc = 100。
根据现有技术获得时间tmes1，以便实行Nc=100个充电和放电等于tmes1=1.2ms，而用本发明获得时间tmes1'，以便实行这些Nc=100个充电和放电周期等于tmes1'=0.73ms。因此，与现有技术的测量设备D相比，本发明允许节省39%的测量时间同时保留了相同的传感器灵敏度ΔCe。
根据本发明，用于测量电容Ce的变化ΔCe的方法包括以下与现有技术的测量方法的步骤相同的步骤：
● 步骤1：当跨电容Ce的端子的电压Vce小于第一参考值
Figure 739948DEST_PATH_IMAGE009
时，由控制装置300进行充电装置101的激活以便对电容Ce充电，从而导致控制装置300的输出电压的从低值（0伏特）到高值（Vdd）的变化ΔVc，
● 步骤2：当跨电容Ce的端子的电压Vce大于第二参考值
Figure 247284DEST_PATH_IMAGE019
时，由控制装置300进行放电装置102的激活以便使电容Ce放电，从而导致控制装置300的输出电压的从高值（Vdd）到低值（0伏特）的变化ΔVc，
● 步骤3：根据充电和放电周期的预定数量Nc来重复步骤1和2，
● 步骤4：由计数器400进行对实行预定数量Nc个充电和放电周期所需的时间tmes2'的测量，
● 步骤5：由计算装置500根据等式（3）从步骤4中测量的时间tmes2'和从之前测量的时间tmes1'计算电容Ce的变化ΔCe：
Figure 898845DEST_PATH_IMAGE049
其中：
tmes2'：步骤4中测量的时间（s）
tmes1'：之前测量的时间（s）
i：充电或放电电流的值（A）
Figure 944162DEST_PATH_IMAGE023
：第一参考值（V）
Figure 401688DEST_PATH_IMAGE022
：第二参考值（V）
Nc：充电和放电周期的预定数量。
明智地，根据本发明，测量方法还包括以下步骤：
● 步骤1a：在步骤1期间，跨电容Ce的端子的电压突然增加
Figure DEST_PATH_IMAGE113
（
Figure 950481DEST_PATH_IMAGE114
），并且同时对附加电容（Ca）充电，
● 步骤2a：在步骤2期间，跨电容的端子的电压突然减少
Figure DEST_PATH_IMAGE115
Figure DEST_PATH_IMAGE116
) ，并且同时使附加电容（Ca）放电，
其中：
Ca：附加电容Ca的值
Ce：电容Ce的值
ΔVc：输出电压Vc的变化。
在根据本发明的测量设备D'的第二实施例中，在电极电容Ce与附加电容Ca的第二端之间连接电阻器R（见图6）以便与附加电容Ca一起创建低通滤波器700，称为“RC”滤波器。
如此创建的低通滤波器具有通过下式给出的截止频率Fc：
Figure 179468DEST_PATH_IMAGE047
其中：
R：电阻器的值（Ω）
Ca：附加电容的值（F）。
通过合适地选择该电阻器R的值，（在图6中以与耦合电容器Cp相关联的交变电压生成器600的形式表示），其频率在截止频率Fc之上的电磁干扰将被该低通滤波器大大衰减。
该低通RC滤波器不仅使得改进测量设备D'对外部电磁干扰的抵抗性是可能的，而且促进在电容式传感器的开发阶段期间EMC（电磁兼容性）测试的通过也是可能的，其中一旦被安装到车辆（例如，在高压线下通过的汽车）上测量设备D'就可能遭受所述外部电磁干扰。
因此，本发明通过附加电容的添加并通过附加电容连接到测量设备的部件的具体方式使得可能减少电容式传感器的测量时间而不降级其灵敏度。因此，减小了电容式传感器的消耗。最后，本发明通过该附加电容以及附加电阻器的居间还使得可能改进电容式传感器对于外部电磁干扰的鲁棒性。

Claims (11)

1.一种用于测量电容（Ce）的变化（ΔCe）的设备（D'），包括：
● 电容（Ce），其具有跨其端子的电压（Vce），
● 电源电压（Vdd），
● 所述电容（Ce）的具有电流（i）的充电装置和放电装置（102），
● 比较装置（200），其将跨电容的端子的电压（Vce）与第一参考值（                                                
Figure 852869DEST_PATH_IMAGE001
）并且与第二参考值（
Figure 345030DEST_PATH_IMAGE002
）进行比较，
● 控制装置（300）：
     - 其根据跨电容（Ce）的端子的电压的值来激活充电装置（101）或放电装置（102）以便实行电容（Ce）的充电（C+）或放电（C-），并且
     - 其的输出电压（Vc）在充电（C+）期间具有高值（Vdd）并在放电（C-）期间具有低值（0），
● 计数器（300），其测量表示电容（Ce）的预定数量（Nc）的充电和放电周期的时间（tmes2'），
● 该时间（tmes2'）相对于之前测量的时间（tmes1'）的变化代表了电容（Ce）的变化（ΔCe），
所述设备的特征在于其还包括附加电容（Ca）：
● 其第一端电连接到控制装置（300）的输出电压（Vc），并且其第二端电连接到电容（Ce），
● 其能够与电容（Ce）的充电和放电同时地被充电装置（101）和放电装置（102）充电和放电。
2.根据权利要求1所述的测量设备（D'），其特征在于电压比较装置（200）包括：
● 第一比较器（201），其的第一输出值（S1）是跨电容的端子的电压（Vce）与第一参考值（
Figure 586656DEST_PATH_IMAGE001
）之间的比较的函数，
● 第二比较器（202），其的第二输出值（S2）是跨电容的端子的电压（Vce）与第二参考值（
Figure 173364DEST_PATH_IMAGE002
）之间的比较的函数，
控制装置（300）根据第一和第二输出（S1，S2）的值来激活充电（101）或放电（102）装置。
3.根据前述权利要求中的任何一项所述的测量设备（D'），其特征在于第一参考值（
Figure 816835DEST_PATH_IMAGE001
）与第二参考值（）之间的差的绝对值小于高值（Vdd）与低值（0）之间的差。
4.根据前述权利要求中的任何一项所述的测量设备（D'），其特征在于：
● 充电装置（101）连接到电源电压（Vdd），并且
● 放电装置（102）连接到地，并且
● 高值等于电源电压（Vdd）的值，
● 低值等于0。
5.根据前述权利要求中的任何一项所述的测量设备（D'），其特征在于：
● 充电装置（101）包括
     - 由电源电压（Vdd）供电的第一电流源（G1），其提供充电电流（i），
     - 第一开关（SW1），
● 放电装置（102）包括：
     - 第二开关（SW2），
     - 电压逆变器（INV），其位于第二开关（SW2）与控制装置（300）之间，
     - 第二电流源（G2），其一侧电连接到地并且另一侧电连接到第二开关（SW2），
第一和第二开关（SW1，SW2）由控制装置（300）来激活。
6.根据前述权利要求中的任何一项所述的测量设备（D'），其特征在于：控制装置（300）包括同步触发器类型的逻辑电路，其的第一输入（S）电连接到第一比较器（201）的第一输出（S1），第二输入（R）电连接到第二比较器（202）的第二输出（S2），并且其的逻辑输出（Q）电连接到第一和第二开关（SW1，SW2）。
7.根据前述权利要求中的任何一项所述的测量设备（D'），其特征在于通过下式来定义充电和放电周期时间（T1'）：
其中：
Ce：电容Ce的值
Figure 22054DEST_PATH_IMAGE004
：第一参考值
Figure 333081DEST_PATH_IMAGE005
：第二参考值
Ca：附加电容的值
Vdd：电源电压的值
i：充电或放电电流的值。
8.根据前述权利要求中的任何一项所述的测量设备（D'），其特征在于：在电容（Ce）与附加电容（Ca）的第二端之间连接电阻器（R），其能够与附加电容（Ca）一起创建具有截止频率（Fc）的低通滤波器（700）：
其中：
R：电阻器的值
Ca：附加电容的值。
9.一种用于使用根据前述权利要求中的任何一项所述的测量设备（D'）来测量电容（Ce）的变化（ΔCe）的方法，所述测量方法包括以下步骤：
● 步骤1：当跨电容的端子的电压（Vce）小于第一参考值（
Figure 117683DEST_PATH_IMAGE001
）时，由控制装置（300）进行充电装置（101）的激活以对电容（Ce）充电，从而导致控制装置（300）的输出电压的从低值（0）到高值（Vdd）的变化（ΔVc），
● 步骤2：当跨电容的端子的电压（Vce）大于第二参考值（
Figure 188DEST_PATH_IMAGE002
）时，由控制装置（300）进行放电装置（102）的激活以使电容（Ce）放电，从而导致控制装置（300）的输出电压的从高值（Vdd）到低值（0）的变化（ΔVc），
● 步骤3：根据充电和放电周期的预定数量（Nc）来重复步骤1和2，
● 步骤4：由计数器（400）进行对实行预定数量（Nc）的充电和放电周期所需的时间（tmes2'）的测量，
● 步骤5：由计算装置（500）根据下式从步骤4中测量的时间（tmes2'）和从之前测量的时间（tmes1'）计算电容（Ce）的变化（ΔCe）：
其中：
tmes2'：步骤4中测量的时间
tmes1'：之前测量的时间
i：充电或放电电流的值
：第一参考值
：第二参考值
Nc：充电和放电周期的预定数量
所述测量方法的特征在于其还包括以下步骤：
● 步骤1a：在步骤1期间，跨电容（Ce）的端子的电压突然增加（
Figure 527673DEST_PATH_IMAGE008
），并且同时对附加电容（Ca）充电，
● 步骤2a：在步骤2期间，跨电容（Ce）的端子的电压突然减少（），并且同时使附加电容（Ca）放电，
其中：
Ca：附加电容Ca的值
Ce：电容Ce的值
ΔVc：输出电压Vc的变化。
10.一种包括根据权利要求1至8中的任何一项所述的测量设备（D'）的车辆门把手。
11.一种包括根据权利要求1至8中的任何一项所述的测量设备（D'）的车辆。
CN201310697440.2A 2012-12-19 2013-12-18 用于测量电容的变化的设备和相关联的测量方法 Active CN103883180B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1262364A FR2999833B1 (fr) 2012-12-19 2012-12-19 Dispositif de mesure d'une variation d'une capacite et procede de mesure associe
FR1262364 2012-12-19

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103883180A true CN103883180A (zh) 2014-06-25
CN103883180B CN103883180B (zh) 2017-05-17

Family

ID=48521046

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310697440.2A Active CN103883180B (zh) 2012-12-19 2013-12-18 用于测量电容的变化的设备和相关联的测量方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9689907B2 (zh)
CN (1) CN103883180B (zh)
FR (1) FR2999833B1 (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105421907A (zh) * 2014-09-11 2016-03-23 法国大陆汽车公司 用于检测机动车辆车门把手的致动的方法
CN105549094A (zh) * 2014-10-28 2016-05-04 法国大陆汽车公司 检测用户存在以解锁对机动车的访问的方法和关联传感器
CN107112990A (zh) * 2014-12-31 2017-08-29 Iee国际电子工程股份公司 电容传感器
CN109154170A (zh) * 2016-05-20 2019-01-04 标致雪铁龙汽车股份有限公司 把手具有两个稳定展开位置的用于车辆打开部分的外部打开控件和设有该控件的车辆
CN110161318A (zh) * 2018-02-13 2019-08-23 谢晔华 一种电容检测电路及检测方法
TWI812126B (zh) * 2022-03-29 2023-08-11 飛捷科技股份有限公司 可攜式電子裝置充斷電的方法及可攜式電子裝置

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3027400B1 (fr) * 2014-10-16 2016-11-25 Continental Automotive France Procede de detection d'approche et/ou de contact et dispositif associe
FR3059499B1 (fr) 2016-11-29 2019-01-25 Continental Automotive France Procede de detection d'approche et/ou de contact de la main d'un utilisateur pres d'une poignee de portiere de vehicule automobile, capteur capacitif et module de detection associes
JP2023098421A (ja) 2021-12-28 2023-07-10 ローム株式会社 半導体集積回路装置、超音波センサ、及び車両

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1657956A (zh) * 2004-02-20 2005-08-24 株式会社有信 人体检测传感器
US7023221B1 (en) * 2005-05-09 2006-04-04 Holylite Microectronics Corporation Structure of object proximity and position detector
CN1856630A (zh) * 2003-09-26 2006-11-01 松下电器产业株式会社 门把手装置和具有该装置的无匙进入系统
CN101778983A (zh) * 2007-07-27 2010-07-14 爱信精机株式会社 门把手装置
US7944217B2 (en) * 2009-03-09 2011-05-17 Holylite Microelectronics Corp. Object proximity detector and object position detector

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4356003B2 (ja) * 2003-09-30 2009-11-04 アイシン精機株式会社 静電容量検出装置
US7902842B2 (en) * 2005-06-03 2011-03-08 Synaptics Incorporated Methods and systems for switched charge transfer capacitance measuring using shared components
US7307485B1 (en) * 2005-11-14 2007-12-11 Cypress Semiconductor Corporation Capacitance sensor using relaxation oscillators
DE602005005497T2 (de) * 2005-11-24 2009-05-07 Holylite Microelectronics Corp. System zur Detektierung der Nähe oder Position eines Gegenstands
US20080036473A1 (en) * 2006-08-09 2008-02-14 Jansson Hakan K Dual-slope charging relaxation oscillator for measuring capacitance
US8487639B1 (en) * 2008-11-21 2013-07-16 Cypress Semiconductor Corporation Receive demodulator for capacitive sensing
JP2011133964A (ja) * 2009-12-22 2011-07-07 Sanyo Electric Co Ltd 容量判別回路、容量判別回路を備えたタッチスイッチ
US8542215B2 (en) * 2010-04-30 2013-09-24 Microchip Technology Incorporated Mutual capacitance measurement in a multi-touch input device
KR101216393B1 (ko) * 2010-05-13 2012-12-28 주식회사 실리콘웍스 터치스크린의 정전용량 측정회로 및 방법
US9587964B2 (en) * 2013-06-12 2017-03-07 Microchip Technology Incorporated Capacitive proximity detection using delta-sigma conversion

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1856630A (zh) * 2003-09-26 2006-11-01 松下电器产业株式会社 门把手装置和具有该装置的无匙进入系统
CN1657956A (zh) * 2004-02-20 2005-08-24 株式会社有信 人体检测传感器
US7023221B1 (en) * 2005-05-09 2006-04-04 Holylite Microectronics Corporation Structure of object proximity and position detector
CN101778983A (zh) * 2007-07-27 2010-07-14 爱信精机株式会社 门把手装置
US7944217B2 (en) * 2009-03-09 2011-05-17 Holylite Microelectronics Corp. Object proximity detector and object position detector

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105421907A (zh) * 2014-09-11 2016-03-23 法国大陆汽车公司 用于检测机动车辆车门把手的致动的方法
CN105421907B (zh) * 2014-09-11 2018-02-23 法国大陆汽车公司 用于检测机动车辆车门把手的致动的方法
CN105549094A (zh) * 2014-10-28 2016-05-04 法国大陆汽车公司 检测用户存在以解锁对机动车的访问的方法和关联传感器
CN105549094B (zh) * 2014-10-28 2018-04-24 法国大陆汽车公司 检测用户存在以解锁对机动车的访问的方法和关联传感器
CN107112990A (zh) * 2014-12-31 2017-08-29 Iee国际电子工程股份公司 电容传感器
US10790822B2 (en) 2014-12-31 2020-09-29 Iee International Electronics & Engineering S.A. Switching arrangement and method for a capacitive sensor
CN109154170A (zh) * 2016-05-20 2019-01-04 标致雪铁龙汽车股份有限公司 把手具有两个稳定展开位置的用于车辆打开部分的外部打开控件和设有该控件的车辆
CN110161318A (zh) * 2018-02-13 2019-08-23 谢晔华 一种电容检测电路及检测方法
CN110161318B (zh) * 2018-02-13 2021-01-26 谢晔华 一种电容检测电路及检测方法
TWI812126B (zh) * 2022-03-29 2023-08-11 飛捷科技股份有限公司 可攜式電子裝置充斷電的方法及可攜式電子裝置

Also Published As

Publication number Publication date
CN103883180B (zh) 2017-05-17
US20140172336A1 (en) 2014-06-19
FR2999833A1 (fr) 2014-06-20
US9689907B2 (en) 2017-06-27
FR2999833B1 (fr) 2015-01-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103883180A (zh) 用于测量电容的变化的设备和相关联的测量方法
TWI506513B (zh) 使用單一接腳量測自身電容之方法及裝置
CN102288823B (zh) 确定dc电路的绝缘电阻
JP4310695B2 (ja) 静電容量変化検出装置
US10790822B2 (en) Switching arrangement and method for a capacitive sensor
JP4356003B2 (ja) 静電容量検出装置
CN102472783B (zh) 静电电容检测装置
US9304156B2 (en) Method for measuring capacitance and capacitive sensor unit
US9013447B2 (en) Method and device for sensing capacitance change and recording medium in which program for executing method is recorded thereon, and method and device for sensing touch using method and recording medium in which program for executing method is recorded thereon
CN102209881B (zh) 用于测量可变电容式结构的电容变化的设备
US7737730B2 (en) Method of detecting the frequency of an input clock signal of an integrated circuit and integrated circuit
EP2032997A2 (en) Configurable electronic controller for capacitance measurements
CN205091470U (zh) 用于对接lc传感器的系统和控制器
CN106802372A (zh) 一种检测电容容值变化的方法
CN105549094A (zh) 检测用户存在以解锁对机动车的访问的方法和关联传感器
CN104390718A (zh) 一种温度检测方法
CN103389467A (zh) 利用霍尔传感器的智能蓄电池传感器
US11281314B2 (en) Methods and apparatus for variable capacitance detection
EP3786912B1 (en) Integrated circuit and measurement method
CN115704849A (zh) 接地故障检测装置
CN111630779B (zh) 用于机动车辆的在多个检测区域处检测存在的方法和装置
EP3018484A1 (en) Device and method for measuring electrical variables of analog sensors
US10684142B2 (en) Evaluation circuit for a capacitive sensor, capacitive sensor, and actuator in a motor vehicle
CN106557722A (zh) 指纹传感电路及控制方法
Ardiansyah et al. Current Sensorless Microcontroller-Based Battery Management System with SOC and Active Cell Balancing

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20221212

Address after: Regensburg, Germany

Patentee after: WeiPai Technology Co.,Ltd.

Patentee after: CONTINENTAL AUTOMOTIVE GmbH

Address before: Toulouse, France

Patentee before: CONTINENTAL AUTOMOTIVE FRANCE

Patentee before: CONTINENTAL AUTOMOTIVE GmbH

TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20230508

Address after: Regensburg, Germany

Patentee after: WeiPai Technology Co.,Ltd.

Address before: Regensburg, Germany

Patentee before: WeiPai Technology Co.,Ltd.

Patentee before: CONTINENTAL AUTOMOTIVE GmbH