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Technischer Bereich
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf Elektronik und insbesondere auf kapazitive Berührungssensoren.
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Hintergrund
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Kapazitive Sensoren ersetzen zunehmend mechanische Tasten in tragbaren und stationären Geräten der Unterhaltungselektronik. Sie sind kostengünstig und robust, da sie keine mechanischen Komponenten benötigen, und können die Gegenwart eines Fingers durch ein dielektrisches Material, wie z. B. eine Verkapselung oder eine Glasscheibe, erfassen. Die kapazitiven Sensoren verwenden üblicherweise eine Messung einer Eigenkapazität des Sensors, die sich bei Berührung um einige wenige Prozent ändert. Wenn die Erfassung empfindlich genug ist, ist auch eine Annäherungsdetektion möglich. Eine Annäherungsdetektion ermöglicht die Detektion eines sich aus der Entfernung annähernden Fingers. Dies kann verwendet werden, um ein Gerät aus einem Stromsparzustand aufzuwecken, bevor die Anwendung physikalisch berührt wird. Es ist daher besonders wichtig, in der Lage zu sein, eine Annäherung mit so wenig Energie wie möglich zu detektieren.
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Ein Nachteil der kapazitiven Sensoren besteht darin, dass sie eine hohe Impedanz haben, was die Sensoren empfindlich gegenüber elektrischem Umgebungsrauschen macht. Der Kapazitätswert kann mit den Umgebungsbedingungen, wie z. B. Temperatur und Feuchtigkeit, driften. Die Herausforderung bei der kapazitiven Erfassung besteht darin, eine genaue Kapazitätsmessung zu erzielen und das Signal von dem Rauschen und der Drift zu unterscheiden, wobei zugleich so wenig wie möglich an elektrischer Energie verbraucht werden soll.
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Es gibt mehrere herkömmliche Techniken, die zur Detektion einer Änderung in der Eigenkapazität eines kapazitiven Sensors bei Berührung oder Annäherung durch einen Finger verwendet werden. Eine Technik verwendet zwei I/O-Pins mit einem Erfassungskondensator dazwischen. Einer der beiden Eingabe-/Ausgabepins (I/O-Pins) ist mit dem Sensor verbunden. Eine Schaltsequenz an jeder I/O-Ansteuerungseinheit pumpt Ladung in die Erfassungskapazität, bis die Eingangsschwelle des I/O-Pins erreicht ist. Der Nachteil dieser Technik besteht darin, dass zwei I/O-Pins und ein externer Kondensator benötigt werden und Energie durch Laden und Entladen des Sensors verschwendet wird. Zusätzlich ist die Rauschempfindlichkeit hoch.
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Eine andere Technik verwendet einen I/O-Pin, um den Sensor aufzuladen, bevor er mit einem Analogdigitalwandler (ADC) abgetastet wird. Die Ladung wird zwischen dem Sensor und einem Abtast- und Speicherkondensator (Sample Hold, S/H) aufgeteilt. Die Messung wird mit umgekehrter Ladung auf dem Sensor wiederholt. Diese Zweifachrampenmessung sorgt dafür, dass sich niedrigfrequentes Rauschen aufhebt. Es gibt jedoch keine Unterdrückung von hochfrequentem Rauschen abgesehen von einer Überabtastung mit einer hohen Abtastrate, die langsam ist und viel Leistung erfordert. Zusätzlich muss der ADC für die Abtastung verwendet werden, was seine Einsatzmöglichkeiten für andere Funktionen in einer Anwendung begrenzt. Nur Pins, die mit dem ADC-Eingang verbunden sind, können abgetastet werden, was die Zahl der Sensoren in dem System beschränkt. Außerdem ist eine Software zur Berührungsverarbeitung und -erfassung erforderlich.
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In einer weiteren Technik enthält ein Mikrokontroller eine Schaltung, die eine feste Ladung in die Sensorkapazität und den S/H-Kondensator des ADC injiziert. Die resultierende Spannung an dem ADC S/H-Kondensator kann dann während der Wandlung gemessen werden. Dadurch wird keine Rauschunterdrückung zur Verfügung gestellt und eine Software ist erforderlich zur Verarbeitung und Erfassung von Berührungen.
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In einer weiteren Technik wird der Sensoren in eine Schwingung versetzt, indem er mit einem bekannten Strom geladen wird und mit einer festen Referenzspannung verglichen wird. Die resultierende Frequenz wird mit einer bekannten Frequenz verglichen. Die Messsequenz ist lang und eine große Zahl von Lade-/Entladezyklen ist erforderlich, was zu einer Energieverschwendung führt. Außerdem gibt es keine Rauschunterdrückung.
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Zusammenfassung
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Ein kapazitiver Sensor ist zwischen digitale I/O-Pins einer integrierten Schaltung (IC), wie z. B. eines Mikrokontrollers gekoppelt. Ein parasitärer Kondensator des kapazitiven Sensors wird über einen der digitalen I/O-Pins aufgeladen und dann durch einen externen Widerstand, der zwischen die digitalen I/O-Pins gekoppelt ist, entladen. Eine Entladezeit des parasitären Kondensators wird unter Verwendung eines Kapazitätszählers gemessen. Der Zählerwert am Ende der Entladeperiode stellt eine Widerstands-Kondensator-(RC)Zeitkonstante einer RC-Schaltung dar, die durch den parasitären Kondensator und den externen Widerstand gebildet wird. Der Rohzählwert, der die Eigenkapazität des Sensors darstellt, kann gefiltert werden, um nieder-, mittel- und hochfrequentes Rauschen in dem Zählwert zu entfernen und dann mit einem oder mehreren Schwellwerten von einem oder mehreren Zustandsdetektoren verglichen werden, deren Ausgang/Ausgänge verwendet werden kann/können, um ein Berührungsereignis (z. B. eine physikalische Berührung, eine Annäherungsberührung, keine Berührung) zu bestimmen.
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Konkrete Implementierungen des kapazitiven Berührungsdetektors mit niedrigem Stromverbrauch liefern einen oder mehrere der folgenden Vorteile. Der Detektor ermöglicht eine kapazitive Berührungsdetektion mit kleinen und kostengünstigen externen Komponenten. Der Detektor kann an jedem digitalen I/O-Pin eines Mikrocontrollers verwendet werden. Der Detektor hängt nicht von einem ADC ab. Der Detektor unterdrückt Rauschen in allen Frequenzbändern, wodurch eine erhöhte Empfindlichkeit zur Verfügung gestellt wird. Der Detektor ermöglicht sowohl Berührungs- als auch Annäherungsdetektionen.
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Die Details von einer oder von mehreren offenbarten Implementierungen werden in den begleitenden Zeichnungen und der untenstehenden Beschreibung erläutert. Andere Merkmale, Aspekte und Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm eines beispielhaften kapazitiven Berührungsdetektorsystems mit niedrigem Stromverbrauch, das an einen kapazitiven Sensor gekoppelt ist.
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2 illustriert einen beispielhaften differenziellen kapazitiven Sensor.
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3 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Prozesses zur Detektion kapazitiver Berührungen.
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Detaillierte Beschreibung
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Beispielhaftes Berührungssystem mit niedrigem Stromverbrauch
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1 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm eines beispielhaften kapazitiven Berührungsdetektionssystems mit niedrigem Stromverbrauch, das mit einem kapazitiven Sensor gekoppelt ist. In manchen Implementierungen ist das System 100 Teil einer integrierten Schaltung, wie z. B. eines Mikrokontrollers oder einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC). In dem Beispiel ist das System 100 mit Ansteuereinheiten 126a, 126b und Eingangspuffern 128 in einem IC-Gehäuse mit digitalen I/O-Pins 122a („A”) und 122b („B”) integriert. Das System 100 kann ein Steuermodul 102, einen Kapazitätszähler 104, einen Leerlaufverfolger 106, einen Medianfilter 108, einen Mittelwertfilter 110, Schwellwertdetektoren 112a, 112b und Zustandsdetektoren 114a und 114b enthalten.
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Das System 100 kann mit dem kapazitiven Sensor 118 über digitale I/O-Pins 122a und 122b gekoppelt sein. Die Eigenkapazität des kapazitiven Sensors 118 kann als ein parasitärer Kondensator 120 („Cs”) zwischen dem kapazitiven Sensor 118 und „Erde” modelliert werden. Der externe Widerstand 124 („R”) ist zwischen die Pins 122a und 122b geschaltet, die an die digitalen I/O-Anschlussflächen gekoppelt sind, vorzugsweise mit Flankensteilheitssteuerung, um elektromagnetische Interferenzen (EMI) zu reduzieren. Die Ansteuereinheiten 126a, 126b und der Eingangspuffer 128 sind typischerweise Teil der I/O-Anschlussflächenschaltung (I/O Pad). Die I/O-Anschlussflächenschaltung kann auch Schutzschaltungen (z. B. Dioden) enthalten.
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Der Oszillator 101 (z. B. ein Hochfrequenz-RC-Oszillator) liefert einen Takt für den Kapazitätszähler 104. Der Oszillator 101 kann in dem IC-Gehäuse enthalten sein oder außerhalb davon vorgesehen sein. Die Echtzeituhr 116 (RTC) ist mit dem Steuermodul 102 gekoppelt und liefert periodische Ereignissignale an das Steuermodul 102. Die RTC 116 kann in dem IC-Gehäuse oder außerhalb davon vorgesehen sein.
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Beispielhafte Erfassung
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In machen Implementierungen startet eine Kapazitätserfassung dadurch, dass die Ansteuereinheit 126a den digitalen I/O-Pin 122a ansteuert und den parasitären Kondensator 120 auf eine erste Spannung (z. B. Vdd) auflädt. Die Ansteuereinheit 126b steuert dann den digitalen I/O-Pin 122b auf eine zweite Spannung an, die niedriger ist, als die erste Spannung, was dazu führt, dass sich der parasitäre Kondensator 120 durch den Widerstand 124 entlädt. Während der Entladung zählt der Kapazitätszähler 104 die Zahl der Taktzyklen, die der Inputpuffer 128 als logische Null liest. Z. B. kann eine von dem Eingangspuffer 128 über 32 Taktzyklen gelesene Serie von Daten 00000010000000000010111111111111 lauten. Für dieses Datenserienbeispiel zählt der Kapazitätszähler 104 „18” (die Zahl der Nullen in der Datenserie). Der resultierende Zählwert, der durch den Kapazitätszähler 104 geliefert wird, ist proportional zur parasitären Kapazität des kapazitiven Sensors 118. Die Zählung kann für eine feste Zahl von Taktzyklen fortgesetzt werden. Wenn z. B. der maximal erwartete Zählwert 1024 ist, kann der Kapazitätszähler 104 über 1024 Taktzyklen zählen.
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Die oben beschriebene Sequenz kann wiederholt werden, wobei aber der digitale I/O-Pin 122a auf „0” gesteuert wird und der digitale I/O-Pin 122b auf „1” gesteuert wird. Während der Entladung zählt der Kapazitätszähler 104 die Zahl der Taktzyklen, die der Eingangspuffer 128 als logisch „1” liest. Bei dem obigen Datenserienbeispiel wäre der Zählwert „14”, was der Zahl der Einser in der Beispieldatenserie entspricht.
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Die Zählwerte aus den beiden Messungen können dann addiert werden, wobei der resultierende Wert eine einzige Messung der Kapazität darstellt. Diese „Zweifachkapazitätsmessungen”, die in schneller Folge durchgeführt werden, sorgen dafür, dass sich jedes niederfrequente Rauschen, wie z. B. 50 bis 60 Hz Rauschen aus der Hauptstromversorgung, aufhebt.
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Der gemessene Zählwert ist proportional zum Produkt der parasitären Kapazität 120 und des Widerstands 124 (RC-Zeitkonstante) und der Frequenz des Oszillators 101. Für eine gegebene Anwendung kann der Widerstand 124 ein variabler Widerstand sein, der so eingestellt werden kann, dass sich eine ausreichende Zeit (Zählwert) für das zu messende Signal ergibt. Typischerweise liegt dieser Zählwert im Bereich von 100 Zählwerten für eine Berührungserfassung und 1000 Zählwerten für eine Annäherungserfassung.
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Beispielhafte Signalverarbeitung
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Selbst wenn niederfrequentes Rauschen durch die Zweifachrampenmesstechnik unterdrückt wird, kann mittel- und hochfrequentes Rauschen durch den kapazitiven Sensor 118 aufgenommen werden. Hochfrequentes Rauschen tritt als unkorreliertes, weißes Rauschen auf, das zu dem korrekten Kapazitätswert hinzuaddiert wird. Dieses additive Rauschen kann durch den Medianfilter 108 entfernt werden. In manchen Implementierungen kann der Medianfilter 108 ein Median-3-Filter sein und einen Speicher 115 verwenden, um die drei aufeinanderfolgenden Zählwerte zu speichern, um den Median dieser Zählwerte zu berechnen.
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Der Ausgang des Medianfilters 108 wird in den Mittelwertfilter 110 eingespeist. In manchen Implementierungen kann der Mittelwertfilter 110 ein schneller, gleitender Mittelwertfilter sein, der mittelfrequentes Rauschen in der erfassten Messung unterdrückt.
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Der Leerlaufverfolger 106 kompensiert eine kapazitive Drift durch Einspeisen des Ausgangs des Medianfilters 108 in einen langsamen, gleitenden Mittelwertfilter. Der Leerlaufverfolger 106 verwendet den Ausgang des Medianfilters 108, um eine Grundlinie oder einen „Leerlaufkapazitätswert” zu bestimmen, der durch den kapazitiven Sensor 118 ausgegeben wird, wenn er nicht berührt wird. Die Filter 108, 110 und 106 können in Form von Hardware, Firmware oder Software oder einer Kombination derselben implementiert werden. Für Anwendungen mit geringem Stromverbrauch werden die Filter 108, 110 und 106 vorzugsweise in Hardware implementiert.
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In manchen Implementierungen wird ein ganzzahliger Anteil des „Leerlaufwerts”, der durch den Leerlaufverfolger 106 berechnet wird, von der gemessenen Kapazität, die von dem Kapazitätszähler 104 ausgegeben wird, mittels einer Sättigungssubtraktion abgezogen. Die Sättigungssubtraktion begrenzt die Differenz auf einen festen Bereich zwischen einem Minimal- und einem Maximalwert. Wenn das Ergebnis der Subtraktion größer ist als der Maximalwert, so wird es auf den Maximalwert gesetzt. Wenn das Ergebnis kleiner ist als der Minimalwert, so wird es auf den Minimalwert gesetzt. Da der Absolutwert dieser Differenz viel kleiner ist als die von dem Kapazitätszähler 104 ausgegebene gemessene Kapazität, wird die Zahl der Bits, die für die Verarbeitung erforderlich ist, reduziert, was zu verringerten Kosten und reduziertem Stromverbrauch führt.
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Diese Implementierung hat den weiteren Vorteil, dass der Mittelwert des Medianfilters 108 Null ist. Der Ausgang des Mittelwertfilters 100 repräsentiert dann die Differenz zwischen dem „Leerlaufwert” und der gemessenen Kapazität, die von dem Kapazitätszähler 104 ausgegeben wird. Dies ermöglicht einen direkten Vergleich mit einer Schwelle 112, ohne den Leerlaufwert zuerst abziehen zu müssen.
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Beispielhafte Erfassung
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Ein oder mehrere Zustandsdetektoren (z. B. Zustandsdetektoren 114a, 114b) führen eine Detektion durch, indem sie den von dem Mittelwertfilter 110 ausgegebenen schnellen gleitenden Mittelwert mit einem oder mit mehreren Schwellwerten (z. B. Schwellwerte 112a, 112b) vergleichen. Der eine oder die mehreren Schwellwerte 112 können durch einen Benutzer definiert werden. Der kapazitive Sensor 118 befindet sich im „Erfassungszustand”, wenn der schnelle, gleitende Mittelwert die Schwelle 112 überschreitet. In anderen Implementierungen erzeugt der „Erfassungszustand” eine Unterbrechungsanforderung (Interrupt) an eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) oder ein anderes Gerät. In dem gezeigten Beispiel ermöglichen zwei Zustandsdetektoren 114a, 114b und deren entsprechende Schwellwerte 112a, 112b unterschiedliche Empfindlichkeitsgrade für den kapazitiven Sensor 118. Z. B. kann die Schwelle 112a verwendet werden, um physikalische Berührungsereignisse zu detektieren, und der Schwellwert 112b kann verwendet werden, um Annäherungsereignisse zu detektieren. In manchen Implementierungen kann ein Schwellwert und ein Detektor verwendet werden, um lange Berührungen zu detektieren, die den Leerlaufverfolger 106 veranlassen könnten, negative Werte auszugeben.
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Optionale Erweiterungen
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Unterstützung für differenzielle Sensoren
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Der oben beschriebene Prozess beschreibt das Auslesen herkömmlicher Eigenkapazitätssensoren. Ein Nachteil dieser Sensoren besteht darin, dass das Signal empfindlich sowohl auf die Kopplung des Sensors als auch auf die Kopplung der Ausleseschaltung mit Erde reagiert. Diese Kopplung kann für Handgeräte klein sein, was die Signalstärke so wert reduzieren kann, dass eine Berührung nicht detektiert wird.
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Um dieses Problem zu überwinden, ist es möglich, Gegenkapazitätssensoren zu verwenden, die zwei Sensorhälften verwenden, wobei sich die Kapazität gemäß dem elektrischen Feld zwischen den Sensoren ändert. Die Gegenkapazität hängt nicht von der Kopplung mit Erde ab.
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2 illustriert einen beispielhaften differenziellen kapazitiven Sensor. In manchen Implementierungen können Gegenkapazitätssensoren anstelle von Eigenkapazitätssensoren verwendet werden, wie in 2 gezeigt. In diesem Fall ist jede Hälfte des kapazitiven Sensors 201a, 201b mit digitalen I/O-Pins 122a, 122b verbunden. Der oben beschriebene Prozess bleibt ansonsten unverändert. Die gemessene Kapazität reagiert empfindlich auf Änderungen in der Selbstkapazität 202a, 202b und der Gegenkapazität 204. Der kapazitive Sensor 201 liefert daher ein Signal selbst in einer Anwendung mit schwacher Erdkopplung, wodurch eine robustere Lösung im Vergleich zu einer reinen Eigenkapazitätslösung zur Verfügung gestellt wird.
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Abgetasteter Betrieb
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Das System 100 enthält die Steuerlogik für das Starten des Oszillators 101, die Durchführung der Erfassung, die Signalverarbeitung und die Detektion. Das System 100 kann daher in „abtastender” Weise betrieben werden, in der ein RTC 116 mit extrem niedrigem Stromverbrauch (z. B. ein 32 KHz Echtzeit-RTC) periodische Ereignisse erzeugen kann, die das System 100 periodisch aktivieren. Die mittlere Leistung kann dann bestimmt werden durch die Zeit, die zur Ausführung einer Messung erforderlich ist, dem Stromverbrauch im aktiven Zustand, und dem Intervall zwischen den Abtastperioden. Da das System 100 keine analogen Schaltungen mit großem Stromverbrauch benötigt und die Signalverarbeitung eine schnelle Identifikation von sogar schwachen Signalen ermöglicht, ist die Einschaltzeit des Systems 100 begrenzt, wodurch im Vergleich zum herkömmlichen Fall wesentliche Stromersparnisse möglich sind.
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Interne Entladung
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Es ist möglich, den externen Widerstand 124 zu eliminieren, indem die Herauf- und Herunterziehfunktionen in den I/O-Anschlussflächen verwendet werden. Der Widerstandswert der internen Heraufziehwiderstände von herkömmlichen I/O-Anschlussflächen ist vergleichsweise niedrig im Vergleich zu dem externen Widerstand 124, so dass der gemessene Zählwert niedrig sein wird. Dies kann dennoch eine Option sein, wenn nur physikalische Berührungen detektiert werden sollen und die Kopplung mit Erde gut ist, wodurch ein starkes Signal von dem kapazitiven Sensor 118 geliefert wird. Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass der Signalwert klein ist aufgrund der schnellen Entladung, die durch den niedrigen Widerstandswert des internen Heraufziehwiderstands verursacht wird. Dies kann durch Wiederholung des Messzyklus und Akkumulierung mehrfacher Messungen kompensiert werden, um ein einziges Ergebnis zu erzeugen, das dann durch die digitalen Filter verarbeitet wird.
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Mehrere Sensoren
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Das System 100 verwendet nur herkömmliche I/O-Anschlussflächen, so dass es erweitert werden kann, um mehrere Sensoren bei vergleichsweise geringen Kosten zu unterstützen. Da die Zeit, die für das Messen und Detektieren eines Sensors erforderlich ist, wesentlich kürzer ist als das Abtastintervall, ist es möglich, die gleiche Logik zu verwenden, um mehrere Sensoren zu unterstützen. In diesem Fall können die Sensoren, gesteuert durch einen Sequenzer, nacheinander gemessen und detektiert werden. Der Sequenzer kann den Leerlaufverfolger 104, den Mittelwertfilter 110 und die Zustandsdetektoren 114a, 114b für jeden der Sensoren vor der Messung konfigurieren. Nach der Messung und der Detektion kann der neue Zustand des Leerlaufverfolgers 104 und des Mittelwertfilters 110 gespeichert werden, bevor mit dem nächsten Sensor weitergemacht wird. Eine Registerbank oder ein Ringpuffer in einem Speicher kann zur Speicherung der betroffenen Register verwendet werden. Die Kosten für diesen Ansatz können geringer sein, als die Unterstützung mehrerer Sensoren durch mehrere unabhängige Instanzen des Systems 100.
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Beispielhafter Prozess
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3 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Prozesses 300 zur Detektion kapazitiver Berührung. Der Prozess 300 kann durch das System 100 aus 1 implementiert werden.
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In manchen Implementierungen kann der Prozess 300 durch Laden eines Sensorkondensators beginnen (302). Z. B. kann der kapazitive Sensor mit einem ersten digitalen I/O-Pin einer integrierten Schaltung (z. B. eines Mikrocontrollers) gekoppelt sein. Eine Ansteuereinheit einer digitalen I/O-Anschlussfläche für den ersten digitalen I/O-Pin kann verwendet werden, um einen parasitären Kondensator des kapazitiven Sensors zu laden.
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Der Prozess 300 kann fortgesetzt werden, indem es ermöglicht wird, dass sich der Sensorkondensator durch einen Widerstand entlädt (304). Z. B. kann der kapazitive Sensor auch mit einem zweiten digitalen I/O-Pin des IC-Gehäuses gekoppelt sein. Eine Ansteuereinheit einer digitalen I/O-Anschlussfläche des zweiten I/O-Pins kann verwendet werden, um eine Spannung an dem zweiten digitalen I/O-Pin anzulegen, was dazu führt, dass sich die Ladung auf dem parasitären Kondensator über einen externen Widerstand, der zwischen die I/O-Pins geschaltet ist, entlädt.
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Der Prozess 300 kann fortgesetzt werden, indem die Zeit für den Entladevorgang des Sensorkondensators durch den Widerstand gemessen wird (306). Z. B. kann ein Oszillator mit einem Kapazitätszähler gekoppelt sein, um die Entladezeit des parasitären Kondensators durch den externen Widerstand zu messen. Ein Zählerwert am Ende der Entladeperiode stellt die RC-Zeitkonstante der RC-Schaltung dar, die durch den parasitären Kondensator und den externen Widerstand gebildet wird. Das Ende der Entladeperiode kann bestimmt werden, indem ein Eingangspufferwert für den ersten I/O-Pin untersucht wird und überwacht wird, wann er seinen logischen Wert ändert.
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Der Prozess 300 kann fortgesetzt werden, indem ein Berührungsereignis auf Basis der Zeit der Entladung detektiert wird (308). Z. B. kann die rohe Kapazitätsmessung gefiltert werden, um Nieder-, Mittel- und Hochfrequenzrauschen zu entfernen und dann mit einem oder mit mehreren Schwellwerten von einem oder von mehreren Zustandsdetektoren verglichen werden, um das Berührungsereignis festzustellen (z. B. physikalische Berührung, Annäherungsberührung, keine Berührung). Der eine oder die mehreren Zustandsdetektoren können eine Unterbrechungsanforderung an eine CPU oder eine andere Einrichtung auf Basis eines Ergebnisses des Vergleichs liefern.
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Die offenbarten Implementierungen eines kapazitiven Berührungsdetektors mit niedrigem Stromverbrauch ermöglichen kostengünstige, stromsparende, hochempfindliche und robuste Kapazitätsmessungen durch eine Kombination verschiedener Mechanismen. Anstelle dezidierter analoger Schaltungen verwenden die offenbarten Implementierungen eine Integration mit herkömmlichen Mikrocontrollermerkmalen, wie z. B. I/O-Anschlussflächen, einem RC-Oszillator und einer Echtzeituhr. Die Empfindlichkeit kann durch den Benutzer durch Einstellen eines externen Widerstands gewählt werden. Die Implementierungen arbeiten mit einendigen Eigenkapazitätssensoren und differenziellen Gegenkapazitätssensoren, wodurch hohe Zuverlässigkeit selbst unter Bedingungen mit schlechter Erdkopplung gewährleistet wird. Die Implementierungen verwenden effektive Erfassungs- und Filtertechniken, um Nieder-, Mittel- und Hochfrequenzrauschen sowie eine kapazitive Drift zu entfernen. Aufgrund der effizienten Rauschunterdrückung muss der kapazitive Sensor nicht mehrmals ge- und entladen werden, was wiederum eine deutliche Stromersparnis gegenüber herkömmlichen Techniken liefert. Die Implementierungen können selbstgesteuert sein, wodurch ein abtastender Betrieb ermöglicht wird, bei dem nur während der eigentlichen Messung und Signalverarbeitung Strom verbraucht wird. Die Implementierungen funktionieren ohne Softwareinteraktion, so dass sie für eine Verarbeitung der Berührungsdetektion und ein Aufwecken der CPU geeignet sind. Sie sind daher ideal für eine Verwendung in Betriebsarten mit niedrigem Stromverbrauch, im Gegensatz zu softwareabhängigen Algorithmen. Die Implementierungen können in einfacher Weise auf eine große Zahl von Sensoren durch dynamische Rekonfiguration und sequentiellen Betrieb der Erfindung skaliert werden.
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Obgleich dieses Dokument zahlreiche spezifische Implementierungseinzelheiten enthält, sollten diese nicht als Einschränkung für den Schutzumfang ausgelegt werden, sondern als Beschreibung von Merkmalen, die bestimmten Ausführungsformen zu eigen sein können. Bestimmte Merkmale, die in dieser Beschreibung im Zusammenhang mit getrennten Ausführungsformen beschrieben wurden, können auch in Kombination in einer Ausführungsform implementiert werden. Umgekehrt können verschiedene Merkmale, die im Zusammenhang mit einer Ausführungsform beschrieben wurden, auch in mehreren Ausführungsformen getrennt voneinander oder in jeder geeigneten Unterkombination miteinander implementiert werden. Obwohl manche Merkmale obenstehend als in einer bestimmten Kombination zusammenwirkend beschrieben wurden und sogar anfänglich als solche beansprucht wurden, können ein oder mehrere Merkmale aus einer beanspruchten Kombination in manchen Fällen aus dieser Kombination herausgenommen werden und die beanspruchte Kombination kann auf eine Unterkombination oder eine Variation einer Unterkombination gerichtet werden.
