DE10147942B4

DE10147942B4 - Analog button detection circuit

Info

Publication number: DE10147942B4
Application number: DE2001147942
Authority: DE
Inventors: Siegmar Zirkl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Schweiz AG
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2004-02-12
Anticipated expiration: 2021-09-29
Also published as: DE10147942A1

Abstract

Analoge Taster-Erkennungsschaltung für mehrere, auf einen gemeinsamen Analogeingang einer Auswerteschaltung geschaltete, jeweils mit einer signifikanten Spannung belegte Taster (T1 bis T8), die bei einer Tasterbetätigung von der Auswerteschaltung anhand der Spannungshöhe identifizierbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungspunkte einer der Anzahl der Taster (T1 bis T8) entsprechenden Anzahl von in Reihe geschalteten Widerständen (R1 bis R8) jeweils mit der Basis eines Transistors (V1 bis V7) verbunden sind, die kollektorseitig gemeinsam mit den Widerständen (R1 bis R8) an eine Versorgungsspannung (+Vdd) und emitterseitig an den Analogeingang der Auswerteschaltung geführt sind, wobei die Taster (T1 bis T8) jeweils in der Basis-, Kollektor- oder Emitterleitung angeordnet sind.Analog button detection circuit for several buttons (T1 to T8) connected to a common analog input of an evaluation circuit, each assigned a significant voltage, which can be identified by the evaluation circuit when the button is pressed, characterized in that the connection points are one of the number the button (T1 to T8) corresponding number of series-connected resistors (R1 to R8) are each connected to the base of a transistor (V1 to V7), the collector side together with the resistors (R1 to R8) to a supply voltage (+ Vdd ) and on the emitter side to the analog input of the evaluation circuit, the buttons (T1 to T8) being arranged in the base, collector or emitter line.

Description

Die Erfindung betrifft eine Erkennungsschaltung für mehrere, auf einen gemeinsamen Analogeingang einer Auswerteschaltung geschaltete, jeweils mit einer signifikanten Spannung belegte Taster, die bei einer Tasterbetätigung von der Auswerteschaltung anhand der Spannungshöhe identifizierbar sind.The invention relates to a detection circuit for many, connected to a common analog input of an evaluation circuit, each with a significant voltage, buttons at a push button operation can be identified by the evaluation circuit on the basis of the voltage level.

In elektrischen Anlagen, in denen eine Betätigung von Anlagenkomponenten durch verschiedene Taster erfolgen soll, müssen, bei traditioneller analoger Bauweise, alle Tasterleitungen zu einer zentralen Schalteinrichtung geführt werden, die mit einer entsprechenden Anzahl analoger Eingänge einer Auswerteschaltung ausgerüstet ist. Die Taster können z. B. die Ausgänge von Relais, beispielsweise solcher von Anlagen-Schutzschaltern, sowie Bewegungsmeldern oder ähnlichen Geräten bilden. Beispielsweise kann es erwünscht sein, den Raum zu identifizieren, aus dem das Signal eines Bewegungsmelders kommt, um eine entsprechende Schalthandlung, zum Beispiel Lichteinschaltung, gegebenenfalls neben einer zentralen Schalthandlung durchzuführen.In electrical systems in which an actuation system components by means of various buttons, have to, with traditional analog design, all push button lines into one central switching device led with an appropriate number of analog inputs of an evaluation circuit equipped is. The buttons can z. B. the outputs of relays, for example those of system circuit breakers, as well as motion detectors or similar devices form. For example, it may be desirable to identify the space from which the signal of a motion detector comes to a corresponding one Switching action, for example switching on the light, possibly next to it perform a central switching operation.

Neben herkömmlichen analogen Schaltanlagen ist es auch bekannt, die Taster mit serieller Schaltungstechnik zu betreiben. Hierbei muss jedem Taster durch Impulsformung ein individueller Impuls zugeordnet werden. Tastenfelder in Bediengeräten elektrischer Geräte, Computer, Telefone etc. sind ein Beispiel für diese Technik.In addition to conventional analog switchgear it is also known the push buttons with serial circuit technology to operate. Each button must be switched on by pulse formation individual impulse can be assigned. Keypads in electrical control devices Equipment, Computers, telephones, etc. are an example of this technique.

Sowohl in der parallelen (analogen) als auch in der seriellen Technik muss dafür gesorgt werden, das mehrere gleichzeitig bzw. innerhalb eines bestimmten Zeitfensters nachfolgende Tasterbetätigungen nicht zu fehlerhaften Schalthandlungen führen. Bei individueller Betätigung von Tastern soll in der Regel in einem solchen Fall erkannt werden, dass ein Bedienfehler vorliegt, und es soll keine oder nur einem Taster zu geordnete Schalthandlung ausgeführt werden. Hierfür sind aufwändige Maßnahmen nötig.Both in the parallel (analog) as well as in serial technology must be ensured that several subsequent or simultaneously within a certain time window button presses do not lead to faulty switching operations. With individual actuation of Buttons should usually be recognized in such a case, that there is an operating error and there should be none or only one Pushbuttons for orderly switching operations are carried out. There are complex measures for this necessary.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Erkennungsschaltung für mehrere Taster anzugeben, bei der die Taster auf einen gemeinsamen Analogeingang geschaltet sein können und eine zweifelsfreie Identifizierung einer Tasterbetätigung bei Ausschluss von Fehlern bei einer Mehrtasterbetätigung erfolgt. Die Schaltung soll unter geringstmöglichem Aufwand zu realisieren sein.The invention has for its object a Detection circuit for Specify several buttons, in which the buttons on a common analog input can be switched and an unambiguous identification of a button actuation Errors during multi-button actuation are excluded. The circuit should be as little as possible Effort to be realized.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.According to the invention the object is achieved by the features of claim 1. Appropriate configurations are the subject of subclaims.

Danach sind die Verbindungspunkte einer der Anzahl der Taster entsprechenden Anzahl von in Reihe geschalteten Widerständen jeweils mit der Basis eines Transistors verbunden, die kollektorseitig gemeinsam mit den Widerständen an eine Versorgungsspannung und emitterseitig an den Analogeingang der Auswerteschaltung geführt sind, wobei die Taster jeweils in der Basis-, Kollektor- oder Emitterleitung angeordnet sind.After that are the connection points one of the number of buttons corresponding to the number connected in series resistors each connected to the base of a transistor, the collector side together with the resistors to a supply voltage and on the emitter side to the analog input the evaluation circuit are, the buttons in the base, collector or emitter line are arranged.

Die Erkennungsschaltung hat den Vorteil, dass im Falle einer Mehrfach-Tastenbetätigung nur ein Taster erkannt wird, und zwar der, der der Versorgungsspannung am nächsten liegt, da die Basis-Emitterstrecken der übrigen Taster, die ebenfalls betätigt sind, durch inverse Polung gesperrt werden.The detection circuit has the advantage that only one button recognized in the case of multiple button actuation the one that is closest to the supply voltage, since the base-emitter paths of the other buttons, which are also operated, be blocked by inverse polarity.

Die Schaltung findet bevorzugt Anwendung bei einem Bewegungsmelder, insbesondere bei einem Funk-Bewegungsmelder, welcher in einer Anlage oder einem System der Gebäudesystemtechnik, z.B. mit EIB, integriert sein kann.The circuit is preferably used for a motion detector, especially in the case of a radio motion detector, which in a system or a system of building system technology, e.g. with EIB, can be integrated.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigenThe invention is based on the following of an embodiment are explained in more detail. In the associated Show drawings

1 eine erfindungsgemäße Erkennungsschaltung mit acht Tastern und 1 a detection circuit according to the invention with eight buttons and

2 ein Schaltungsdetail zur Temperaturkompensation. 2 a circuit detail for temperature compensation.

1 zeigt eine Erkennungsschaltung mit acht Tastern T1 bis T8. Die zu den Tastern T2 bis T8 hinführenden Leitungen sind mit den Emittern von sieben Transistoren V1 bis V7 verbunden. Die von den Tastern T1 bis T8 wegführenden Leitungen sind zusammengeschaltet und führen zum Eingang einer hier nicht gezeigten Auswerteschaltung. An den Basen der Transistoren V1 bis V7 liegen verschiedene Spannungen an, die durch einen Widerstandsteiler, realisiert durch Widerstände R1 bis R8, vorgegeben werden. Wird nun einer der Taster T1 bis T8 betätigt, so erscheint die entsprechende Spannung, abzüglich des jeweiligen Emitter-Basis-Spannungsfalles, am Ausgang der Erkennungsschaltung gleich Eingang der Auswerteschaltung. Wenn alle Taster T1 bis T8 offen sind, liegt über einem Ausgangswiderstand R9 Massepotential am Ausgang, was einem ersten Bereich der Auswertespannung (Nullbereich) entspricht. Es erfolgt keine Reaktion der Auswerteschaltung. 1 shows a detection circuit with eight buttons T1 to T8. The lines leading to the buttons T2 to T8 are connected to the emitters of seven transistors V1 to V7. The lines leading from the buttons T1 to T8 are interconnected and lead to the input of an evaluation circuit, not shown here. Various voltages are present at the bases of the transistors V1 to V7, which are specified by a resistance divider, implemented by resistors R1 to R8. If one of the buttons T1 to T8 is now pressed, the corresponding voltage, minus the respective emitter-base voltage drop, appears at the output of the detection circuit as the input of the evaluation circuit. If all buttons T1 to T8 are open, an output resistor R9 has ground potential at the output, which corresponds to a first range of the evaluation voltage (zero range). There is no reaction from the evaluation circuit.

Für den Taster T1 gilt ein Sonderfall, da hier bei Tasterbetätigung die volle Versorgungsspannung +Vdd an den Ausgang gelegt wird. Auf diese Weise kommt man im vorliegenden Beispiel mit sieben Transistoren V1 bis V7 aus.For pushbutton T1 is a special case, because when the pushbutton is pressed the full supply voltage + Vdd is applied to the output. To this In the present example, one comes with seven transistors V1 to V7 off.

Der Ausgang der Erkennungsschaltung kann an einen Prozessor mit Analog-Digital-Eingang (A/D) angeschlossen werden, der die Auswertung und Zuordnung der Tasterbetätigung übernimmt. Die Software teilt hierbei den verfügbaren A/D-Bereich in Unterbereiche ein, wobei zwischen Nullbereich (kein Taster T1 bis T8 betätigt) und dem Bereich für den Taster T1 (volle Versorgungsspannung +Vdd) die restlichen sieben Teilbereiche als Toleranzfelder platziert werden. Wird einer der Taster T1 bis T8 betätigt, wird eine Spannung an den Eingang des Prozessors gegeben, anhand derer die Software ermitteln kann, welcher der Taster T1 bis T8 betätigt wurde.The output of the detection circuit can be connected to a processor with analog-digital input (A / D), which takes over the evaluation and assignment of the button actuation. The software divides the available A / D range into sub-ranges, with zero range (no Buttons T1 to T8) and the area for button T1 (full supply voltage + Vdd) the remaining seven sections are placed as tolerance fields. If one of the buttons T1 to T8 is pressed, a voltage is applied to the input of the processor, which the software can use to determine which of the buttons T1 to T8 was pressed.

Eine Auswertung mit entsprechenden Hardwareschaltungen, z. B. Fensterkomparatoren und Logikschaltung, ist ebenso möglich.An evaluation with appropriate Hardware circuits, e.g. B. window comparators and logic circuit, is also possible.

Zur Filterfunktion gegen Störeinflüsse sind ein Widerstand R10 und ein Kondensator C1 vorgesehen.To filter function against interference are a Resistor R10 and a capacitor C1 are provided.

Im Falle einer Betätigung von mehreren Tastern T1 bis T8 besteht Exklusion der Taster mit dem höheren Zahlenwert, da deren Basis-Emitterstrecken durch inverse Polung gesperrt werden. Werden zum Beispiel die Taster T4, T5 und T6 betätigt, so erzeugt der Taster T4 am Ausgang die entsprechende Spannung. Diese liegt nämlich höher als jene an den Tastern T5 oder T6, so dass die Basis-Emitterstrecken der zugehörigen Transistoren V4, V5 invers gepolt werden und damit sperren, das heißt, der Taster T4 setzt sich gegenüber den Tastern T5, T6 durch.In the event of an actuation of several buttons T1 to T8 exclude the buttons with the higher numerical value, because their base-emitter paths are blocked by inverse polarity. For example, if the buttons T4, T5 and T6 are pressed, the button generates T4 the corresponding voltage at the output. This is namely higher than those on the buttons T5 or T6, so that the base-emitter paths of the associated Transistors V4, V5 are polarized inversely and thus block the is called, button T4 is opposite the buttons T5, T6.

Für eine einfachere Softwareimplementation sollten die Widerstände R1 bis R8 vorzugsweise gleiche Werte haben.For for simpler software implementation, resistors R1 to R8 preferably have the same values.

Ohne Temperaturkompensation könnten sich die Toleranzfelder, die den einzelnen Tastern T1 bis T8 zugeordnet sind, überschneiden, was Zweideutigkeit bedeuten würde. Es ist zur Temperaturkompensation deshalb ein Transistor V8 vorgesehen, der folgendermaßen wirkt:
Der Transistor V8 ist als Transistordiode geschaltet (Basis und Kollektor verbunden). Der Verstärkungsfaktor ist maximal, so dass auch bei niedrigen Strömen ein relativ hoher Spannungsfall entsteht (im Gegensatz zu einer normalen Halbleiterdiode bei einigen 10μA immer noch ca. 0,5V).Without temperature compensation, the tolerance fields assigned to the individual buttons T1 to T8 could overlap, which would mean ambiguity. A transistor V8 is therefore provided for temperature compensation, which acts as follows:
The transistor V8 is connected as a transistor diode (base and collector connected). The amplification factor is maximum, so that even at low currents there is a relatively high voltage drop (in contrast to a normal semiconductor diode at some 10μA it is still approx. 0.5V).

Da die Transistoren V1 bis V7 in Emitterkopplung geschaltet sind, ist deren Verstärkungsfaktor ca. 1.Since the transistors V1 to V7 in Emitter coupling, their gain factor is approx. 1.

Bei Betätigen eines der Taster T1 bis T8 fällt an der entsprechenden Basis-Emitterstrecke bei entsprechender Strombelastung ebenfalls eine Spannung von 0,5V ab.By pressing one of the buttons T1 to T8 occurs the corresponding base-emitter path with a corresponding current load also a voltage of 0.5V.

Unter Temperatureinfluss verändert sich der Spannungsfall am Transistor V8, aber auch an dem aktivierten Transistor V1 bis V7 in der gleichen Richtung. Am Ausgang gesehen sind die Effekte gegenläufig, derart, dass die Spannungsänderung am aktivierten Transistor V1 bis V7 durch die Spannungsänderung am Transistor V8 kompensiert wird.Changes under the influence of temperature the voltage drop at transistor V8, but also at the activated one Transistor V1 to V7 in the same direction. Seen at the exit the effects are opposite, such that the voltage change on the activated transistor V1 to V7 due to the voltage change is compensated at transistor V8.

Der Transistor V8 sollte vom gleichen Typ sein wie die Transistoren V1 bis V7, vorzugsweise auch aus dem gleichen Fertigungslos.Transistor V8 should be the same Be like the transistors V1 to V7, preferably also from the same production lot.

Für beste thermische Kompensation sollten die Spannungsfälle am Transistor V8 und am aktivierten Transistor V1 bis V7 gleich sein. In der Praxis muss jedoch die Stromaufnahme der Schaltung bei Tasterbetätigung begrenzt werden, indem der Ausgangswiderstand R9 relativ hochohmig gewählt wird (die Belastung durch den A/D-Eingang eines anzuschließenden Prozessors ist in der Praxis zu vernachlässigen). Wegen des geringen Stromes wird der Spannungsfall an dem aktivierten Transistor V1 bis V7 geringer ausfallen (ca. 0,4V sind realistisch). Für die Praxis sollten die Widerstände R1 bis R8 möglichst hochohmig ausgeführt werden, jedoch gibt es eine Begrenzung: Der Strom durch den Summenwiderstand der Widerstände R1 bis R8 sollte um Faktoren höher gewählt werden als der minimal notwendige Basisstrom für die noch sichere Sättigung des Transistors V7, um bei Betätigen des Tasters T8 einer zu hohen Verfälschung der vom Widerstandsteiler vorgegebenen Spannung vorzubeugen (über den Transistor V7 fließt der geringste Basisstrom).For the best thermal compensation should be the voltage drops at the transistor V8 and the activated transistor V1 to V7 be the same. In practice it has to however, the current consumption of the circuit is limited when the button is pressed are selected by selecting the output resistor R9 with a relatively high impedance (the The load from the A / D input of a processor to be connected is in the Neglect practice). Because of the low current, the voltage drop on the activated Transistors V1 to V7 are smaller (approx.0.4V are realistic). For the practice should be the resistors R1 to R8 if possible high impedance , but there is a limitation: the current through the total resistance of resistance R1 to R8 should be higher by factors chosen are considered the minimum necessary base current for the still safe saturation of transistor V7 to when pressed of the button T8 an excessive corruption of those specified by the resistance divider To prevent tension (about transistor V7 flows the lowest base current).

Der Ausgangswiderstand R9 sollte hingegen möglichst niederohmig gewählt werden, ohne dass jedoch der Strombedarf der Auswerteschaltung zu hoch wird.The output resistor R9 should however, if possible low impedance selected without the current requirement of the evaluation circuit being too high becomes.

Für eine höhere Anzahl von Tastern müsste eine entsprechend hohe Auflösung des A/D-Wandlers gegeben sein.For a higher one Number of buttons should be one correspondingly high resolution of the A / D converter.

Eine verbesserte Schaltung zur Temperaturkompensation zeigt 2. Hier wird der Spannungsfall über dem Transistor V8 durch einen Widerstandsteiler, bestehend aus Widerständen R12 und R13, auf den Wert des Spannungsfalls über den Transistoren V1 bis V7 angeglichen. Dabei sollte der Strom durch die Widerstände R11, R12 um einige Faktoren höher gewählt werden als der Strom durch die Widerstände R1 bis R8.An improved circuit for temperature compensation shows 2 , Here, the voltage drop across transistor V8 is adjusted by a resistance divider, consisting of resistors R12 and R13, to the value of the voltage drop across transistors V1 to V7. The current through the resistors R11, R12 should be selected several factors higher than the current through the resistors R1 to R8.

Mit einem Prozessor als Auswerteschaltung kann ein automatischer Abgleich während eines Prüftests der Taster in der Fertigung erfolgen. Der Abgleich sollte bei einer bestimmten Raumtemperatur durchgeführt werden. Bei jeder Tasterbetätigung wird der entsprechende Spannungswert in einem nichtflüchtigen Speicher des Prozessors abgelegt. Die Software des Prozessors hält ein vorgegebenes Toleranzfeld bereit – vorzugsweise das gleiche für alle Taster. Das Toleranzfeld muss in diesem Fall nur noch den Rest-Temperaturgang umfassen, da Bauteiletoleranzen automatisch miterfasst werden.With a processor as evaluation circuit can an automatic adjustment during a test test the buttons are done in production. The adjustment should take place at a certain room temperature. Each time you press the button the corresponding voltage value in a non-volatile memory of the processor stored. The processor software maintains a specified tolerance range ready - preferably the same for everyone Button. In this case, the tolerance field only has to show the remaining temperature response include, since component tolerances are automatically recorded.

Bei der Funktion der Erkennungsschaltung wird der Spannungswert, der bei einer Tastenbetätigung entsteht, abgefragt und mit dem Toleranzfeld, in dem er zu liegen kommt, verglichen. Daraus ermittelt die Software die entsprechende Zuordnung.When the detection circuit is working the voltage value that arises when a key is pressed and compared with the tolerance range in which it comes to lie. The software uses this to determine the corresponding assignment.

Claims

Analog button detection circuit for several buttons (T1 to T8) connected to a common analog input of an evaluation circuit, each assigned a significant voltage, which can be identified by the evaluation circuit on the basis of the voltage level when the button is pressed, characterized in that the connection points of a number of series-connected resistors (R1 to R8) corresponding to the number of buttons (T1 to T8) are each connected to the base of a transistor (V1 to V7), which on the collector side together with the resistors (R1 to R8) are connected to a supply voltage (+ Vdd) and on the emitter side to the analog input of the evaluation circuit, the buttons (T1 to T8) each being arranged in the base, collector or emitter line.

Push button detection circuit according to claim 1, characterized in that the evaluation circuit with a processor with analog input is working.

Push button detection circuit according to claim 1, characterized in that the evaluation circuit works with parallel window comparators.

Push button detection circuit according to claim 1, characterized in that the evaluation circuit with an A / D converter and a subsequent logic circuit is working.

Push button detection circuit according to one of the preceding claims, characterized characterized that a transistor to the resistors (R1 to R8) (V8) is connected in series in a diode circuit.

Push button detection circuit according to one of claims 1 to 4, characterized in that a resistor divider for the resistors (R1 to R8) two resistors (R12, R13) is connected in series, on the one hand with the collector and on the other hand with the emitter of a transistor (V8) in diode circuit connected is.

Push button detection circuit according to one of the preceding claims, characterized characterized in that its output is connected to an RC element (R10, C1) is.

Push button detection circuit according to one of the preceding claims, characterized characterized that a button (T1) directly to the supply voltage (+ Vdd) is switched.