DE102019101382B3 - Kapazitiver Sensor für den Automobilbereich mit einem Ladungsverstärker - Google Patents

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Abstract

Kapazitiver Türgriffsensor mit wenigstens einer Sendeelektrode SE1 oder SE2 und einer Empfangselektrode EE, einem als Ladungsverstärker LV beschalteten und mit der Empfangselektrode EE, verbundenen Operationsverstärkers V1, einem Umschalter S1 zur Ladungsübertragung, einem ersten und einem zweiten Schalter S2, S3 zur Entladung der beiden Operationsverstärkereingänge E+ und E-, einem zwischen Ausgang und invertierendem Eingang E- des Operationsverstärkers V1 angeordneten Kondensator CR, sowie einer Steuereinheit µC zur Steuerung und Auswertung der Messung, wobei die Steuereinheit µC einen mit einem Anschluss des Umschalters S1 verbundenen Bezugspotenzial-Schaltausgang SW_POT aufweist, der dazu ausgebildet ist, wahlweise eine Kapazitätsmessung zwischen den Sendelektroden SE1 und SE2 und der Empfangselektrode EE oder zwischen der Empfangselektrode EE und Masse zu steuern.Weiterhin werden Verfahren zur Einstellung verschiedener Betriebsmodi beansprucht.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen kapazitiven Türgriffsensor mit einem Ladungsverstärker gemäß Anspruch 1, wobei unter einem Türgriffsensor ein Sensor zur Öffnung einer Kraftfahrzeugtür durch Erkennung eines menschlichen Körperteils insbesondere eines Fingers, einer Hand, oder eines Fußes verstanden werden soll.
    Bedienelemente im Automobilbereich sind oft als kapazitive Sensoren in Türgriffen oder bedienbaren Zonen an Heck- oder Frontklappen ausgeführt, um einen Zugangsversuch des Benutzers erkennen zu können.
    Derartige Sensoren sind seit etlichen Jahren im Einsatz und werden unter anderem von der Anmelderin hergestellt und vertrieben.
    Da neben den genannten kapazitiven Sensoren auch andere Funktionsbaugruppen in deren unmittelbarer Nähe zum Einsatz kommen, genannt seien nur elektromagnetische Nahfeldkommunikation (NFC), Funk oder Beleuchtungseinheiten, müssen diese hohen Anforderungen hinsichtlich ihrer Packungsdichte, ihres Platzbedarfs und vor allem auch bezüglich ihres Energiebedarfs entsprechen. Das bedeutet wiederum, dass die sensorisch günstigen Anordnungen von Elektrodensystemen oftmals nicht zufriedenstellend umgesetzt werden können, weil z.B. lange Zuleitungen oder störende Grundkapazitäten die Funktion stark einschränken.
  • Im Stand der Technik haben sich kapazitive Sensorschaltungen etabliert, die auf dem Prinzip des Ladungstransportes beruhen, weil hier die intelligente Steuerung durch einen Mikrocontroller besonders einfach und flexibel umsetzbar ist.
    Dabei wird ein Sender-Empfänger-Messprinzip angewendet, bei dem nur die Kapazität zwischen einer Sendeelektrode und einer Empfangselektrode gemessen wird, während die Kapazität der Sendeelektrode gegen das Bezugspotenzial nicht zum gemessenen Ladungstransport beiträgt und somit keinen Effekt auf das Messergebnis hat, denn bei beengten Platzverhältnissen sind unerwünschte parasitäre Kapazitäten unvermeidbar. Raum für größere Elektroden mit mehr Messkapazität steht nicht zur Verfügung. Deshalb kann es sehr vorteilhaft sein, wenn auch die Empfangselektrode gegen das Bezugspotenzial kapazitiv unempfindlich ist. Das ist jedoch nur dann erreichbar, wenn der Empfängereingang ein virtuelles Bezugspotenzial aufweist, also im Wesentlichen kein durch den Ladungstransport verursachter Spannungshub erzeugt wird, oder wenn dieser während der Messung ausgeregelt wird.
  • Da es sich bei derartigen kapazitiven Sensoren üblicherweise um sehr kleine Ladungen handelt, ist eine leistungsfähige Verstärkerstufe unverzichtbar.
    Hier bietet sich die Verwendung eines mit einem handelsüblichen Operationsverstärker (OPV) aufgebauten Ladungsverstärkers an, bei dem der nichtinvertierende Eingang mit Bezugspotenzial verbunden ist, während sich am invertierenden Eingang ein virtuelles Bezugspotenzial einstellt. Die Rückkopplung erfolgt üblicherweise über eine Kapazität, wobei durch jede Ladungsübertragung am Eingang ein Spannungshub am Ausgang erzeugt, der bei bekannter Rückkopplungskapazität ein Maß für die Ladungsmenge am Eingang darstellt.
  • Ein übliches Problem derartiger Sensorschaltungen, die auf dem Sender-Empfänger-Messprinzip beruhen, ist jedoch die Einschränkung hinsichtlich der auswertbaren Elektrodenkapazitäten. So können Prinzip bedingt nur Kapazitäten ausgewertet werden, die sich zwischen Sendeelektrode und Empfangselektrode ausbilden. Es kann jedoch erforderlich sein, auch Elektrodenkapazitäten auszuwerten, die sich gegen das Massepotenzial ausbilden, beispielsweise, wenn aus Platzgründen nur eine einzige Sensorelektrode zur Verfügung gestellt werden kann, oder wenn der betreffende Messwert zusätzlich zu den Messwerten aus dem Sender-Empfänger-Messprinzip sensorisch relevant ist. Die Auswertung von Kapazitäten zwischen einer Sensorelektrode und dem elektrischen Massepotenzial ist jedoch mit einem Messprinzip gemäß dem Sender-Empfänger-Prinzip nicht oder nur mit verlustbehafteten Einschränkungen möglich.
    Bekannte Sensorsysteme sind meist entweder auf die Erfassung Masse bezogener Kapazitäten oder auf die Erfassung von Kapazitäten zwischen Sendeelektrode und Empfangselektrode ausgelegt.
  • Aus der DE 195 06 134 B4 ist ein Ladungsverstärker mit einer zusätzlich nachgeschalteten Verstärkerstufe bekannt. Die Schaltung kann auch als kapazitive Sensorschaltung aufgefasst werden, wobei die Koppelkapazität am Eingang des Ladungsverstärkers die zu messende Kapazität nach dem Sender-Empfänger-Messprinzip darstellt. Eine massebezogene Kapazitätsmessung ist jedoch nicht vorgesehen.
  • Aus der US 2014 / 0 266 257 A1 ist ein Berührungssensor zur Messung der gegenseitigen und der eigenen Kapazität zweier Elektroden bekannt, also ein Berührungssensor zur Kapazitätsmessung zwischen einer Sendeelektrode und einer Empfangselektrode oder zwischen der Empfangselektrode und Masse, wobei durch geeignete Umschaltung einer Anzahl von Schaltern (mit einer Steuereinheit) zwischen dem Messen der gegenseitigen und der eigenen Kapazität umgeschaltet wird. Aus 7A entnimmt der Fachmann, dass mittels der Schalter 702 und 703 das Potential einer Elektrode gezielt für verschiedene Betriebsmodi umgeschaltet wird. Außerdem ist ein zwischen dem Ausgang und dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers angeordneter Kondensator entnehmbar.
    Eine wahlweise Kapazitätsmessung zwischen zwei Sendeelektroden und einer Empfangselektrode oder zwischen einer Empfangselektrode und Masse ist weder gezeigt noch wird dazu angeregt.
  • Die DE 10 2013 221 346 B4 zeigt eine Front-Schaltung für einen kapazitiven Sensor, bei der verschiedene Messmodi zur Kapazitätsmessung einstellbar sind. Nachteilig ist der feste Massebezug der Schaltereingangskondensatoren, wodurch diese ebenfalls zur Kapazitätsmessung beitragen und das Messergebnis negativ beeinflussen.
  • Die DE 196 20 059 A1 beschreibt eine kapazitive Schaltungsanordnung zum Entriegeln eines Türschlosses (Türgriffsensor). Sie weist eine Kompensationselektrode 3 auf, die mit einem Taktgenerator verbunden ist, und damit als Sendeelektrode wirkt. Weiterhin ist eine als Empfangselektrode zu bezeichnende Ansprechelektrode 2 vorhanden.
    Die Schaltung weist einen Operationsverstärker 19, einen Umschalter 9, und einen zwischen dem Ausgang und dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 19 angeordneten Kondensator 20, sowie eine mitgelesene Steuereinheit auf.
    Eine wahlweise Kapazitätsmessung zwischen zwei Sendeelektroden und einer Empfangselektrode oder zwischen einer Empfangselektrode und Masse ist auch hier weder gezeigt noch wird dazu angeregt.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine kapazitive Sensorschaltung anzugeben, die neben geringen Energiebedarf und weitgehender Unempfindlichkeit gegenüber typischen Umgebungseinflüssen wie Feuchte und Schmutz die Möglichkeit eröffnet, die konkreten Einbaubedingungen, insbesondere die kapazitive Kopplung der Empfangselektrode zu den Sendeelektroden als auch die kapazitive Belastung der Empfangselektrode gegen Masse ohne zusätzlichen Aufwand auch messtechnisch zu erfassen, was mindestens zwei elektronisch umschaltbare Betriebsmodi erfordert, um eine optimale Anpassung an die jeweiligen Anforderungen zu ermöglichen.
    Der dabei verwendete Ladungsverstärker soll besonders günstig implementierbar sein und in Bezug auf verschiedene Betriebsmodi ohne die bekannten Nachteile aus dem erwähnten Stand der Technik auskommen. Darüber hinaus soll die Schaltung für eine schnelle Verarbeitung von Einzelmessungen ausgelegt sein.
    Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Anordnung gelöst. Die nebengeordneten Patentansprüche 2 bis 10 betreffen erfindungsgemäße Verfahren.
  • Der wesentliche Erfindungsgedanke besteht darin, einen an der Empfangselektrode vorgesehenen Umschalter, der im „Normalbetrieb“ zur Ladungsübertragung, also zur Abtastung der Empfangselektrode dient, in weiteren optionalen Betriebsmodi zu nutzen, wobei die Empfangselektrode dann auch ohne Sendeelektrode zur Kapazitätsmessung gegen Massepotenzial genutzt werden kann.
    Zu diesem Zweck wird der ohnehin mit einem Schaltausgang der Steuereinheit, in der Regel einem Mikrocontroller, verbundene Umschalter dazu ausgebildet, auch einen Ladungstransport von der Empfangselektrode gegen Masse zu erzeugen, so dass die Kapazitätsmessung nun je nach Ansteuerung nicht nur zwischen den Sendeelektroden und der Empfangselektrode, sondern auch bei inaktiven Sendeelektroden zwischen der Empfangselektrode und Masse erfolgt.
  • Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.
    • 1 zeigt die eine erfindungsgemäße kapazitive Sensorschaltung mit drei Elektroden,
    • 2 zeigt das Impulsdiagramm eines Betriebsmodus mit verzögerter TX-Flanke und positiver TX-Polarität
    • 3 zeigt das Impulsdiagramm eines Betriebsmodus mit verzögerter TX-Flanke und negativer TX-Polarität
    • 4 zeigt das Impulsdiagramm eines Betriebsmodus mit nicht verzögerter TX-Flanke und positiver TX-Polarität
    • 5 zeigt das Impulsdiagramm eines Betriebsmodus mit nicht verzögerter TX-Flanke und negativer TX-Polarität
    • 6 zeigt das Impulsdiagramm für eine massebezogene Kapazitätsmessung ohne TX-Aktivität.
    • 7 zeigt das Impulsdiagramm für eine massebezogene Kapazitätsmessung mit negativer TX-Polarität.
    • 8 zeigt das Impulsdiagramm für eine massebezogene Kapazitätsmessung mit positiver TX-Polarität.
  • Die 1 zeigt eine kapazitive Sensorschaltung mit zwei Sendeelektroden SE1, SE2 und einer Empfangselektrode EE. Es sind Einzelmessungen vorgesehen, wobei vor jeder einzelnen Messung der Ladungsverstärker LV einen definierten Initialzustand einnehmen soll, der als Referenz für die zu messende Nutzladung gilt.
    Die beiden Sendeelektroden SE1 und SE2 werden von den Schaltausgängen TX1 und TX2 des Mikrocontrollers µC mit Sendeimpulsen versorgt, die Ladungsverschiebungen auf der Empfangselektrode EE hervorrufen.
  • Die Empfängerschaltung wird durch einen Analogschalter S1 realisiert, der zeitgleich mit oder kurz vor der Flanke eines oder mehrerer Sendesignale leitend geschaltet wird und deshalb einen gerichteten Ladungsimpuls auf einen Ladekondensator CL überträgt. Die Verstärkung des Ladungsimpulses erfolgt über den Ladungsverstärker LV, der nach einer Einschwingzeit an seinem Ausgang eine Spannung zu Verfügung stellt, die über einen Analog-Digital-Wandler, dessen Eingang mit ADC bezeichnet ist, digitalisiert und als digitaler Messwert weiterverarbeitet werden kann.
  • Die Initialisierung des Ladungsverstärkers LV erfolgt, wie in der Figur gezeigt, indem die im Rückkopplungskondensator CR gespeicherte Ladung abgebaut wird, ohne dass ein Schalterelement zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers V1 und dessen invertierenden Eingang E- benötigt wird.
  • Erfindungsgemäß ist sowohl das Bezugspotenzial des Schalters S1 als auch der Eingangskondensator CE mit Bezugspotenzial-Schaltausgang SW_POT verbunden, wodurch die Umschaltung der Messmodi zwischen Sender-Empfänger-Messung und massebezogener Messung besonders einfach und vorteilhaft, nur durch Software, möglich ist.
  • Bei massebezogener Messung findet zusätzlich ein Ladungstransport zwischen der Empfangselektrode EE und dem Bezugspotenzial (Masse) statt. Dies kann in einigen Anwendungsfällen erwünscht sein, z. B. wenn konstruktiv bedingt nur eine einzige Elektrode zur Verfügung gestellt werden kann, oder wenn der betreffende Messwert zusätzlich zu den Messwerten aus dem Sende-Empfangsprinzip sensorisch relevant ist. Mit dem Sende-Empfangsprinzip können Kapazitäten zwischen Sendeelektrode und Empfangselektrode ausgewertet werden, während bei der massebezogenen Messung Kapazitäten zwischen der Empfangselektrode und Masse (0V) bestimmt werden.
  • Wenn der in der 1 dargestellte Bezugspotenzial-Schaltausgang SW POT während einer Messung nach dem Sende-Empfangsprinzip immer auf LOW-Potenzial liegt, so entsteht das Nutzsignal lediglich durch einen Ladungstransport zwischen den Sende- und Empfangselektroden.
  • Bei einer massebezogenen Messung wird an Bezugspotenzial-Schaltausgang SW_POT zeitgleich mit dem Schalter-Ansteuerimpuls eine Schaltflanke erzeugt, die dessen Eingangskapazität und das elektrische Potenzial des Schalters umschaltet, während die Nutzladung, welche noch in der Messkapazität zwischen EE und Masse gespeichert ist, nun direkt nach dem Umkippen des Schalters in die Speicherkapazität entladen wird, um dort auf die eingangs beschriebene Weise weiter verarbeitet zu werden.
  • Die 2 bis 8 veranschaulichen sieben bevorzugte erfindungsgemäße Betriebsmodi. Der Zeitpunkt des (Nutz-) Ladungstransports ist mit einer gestrichelten Line markiert.
  • Die 2 zeigt das Impulsdiagramm eines ersten nach dem Sende-Empfangsprinzip (TX-RX Modus) arbeitenden Betriebsmodus mit einer verzögerten TX-Flanke.
    Bei dieser Variante sind störende Gatterlaufzeiten oder RC- Konstanten durch eine zusätzliche Verzögerungszeit während der Messung unwirksam, so dass hier geringere Anforderungen an das Zeitregime zu stellen sind, ein weniger zeitkritisches Verfahren.
  • Die Messung läuft folgendermaßen ab:
    • - Schaltausgang des Senders (TX1 und/oder TX2) liegt auf LOW,
    • - Bezugspotenzial-Schaltausgang (SW_POT) liegt auf LOW,
    • - Steuersignal (SW) für den Umschalter (S1) liegt auf LOW,
    • - Steuersignal (SW) für den Umschalter (S1) schaltet auf HIGH,
    • - Ablauf einer Verzögerungszeit
    • - Schaltausgang des Senders (TX1 und/oder TX2) schaltet auf HIGH.
    • - Steuersignal (SW) für den Umschalter (S1) schaltet auf LOW.
    • - Schaltausgang des Senders (TX1 und/oder TX2) schaltet auf LOW.
  • Die 3 zeigt das Impulsdiagramm eines zweiten nach dem Sende-Empfangsprinzip (TX-RX Modus) arbeitenden Betriebsmodus mit verzögerter TX-Flanke. Das TX-Signal besitzt gegenüber 2 die umgekehrte Polarität. Beide Betriebsmodi können vorteilhaft direkt nacheinander ausgeführt werden, um durch Differenzbildung unerwünschte Einflussfaktoren, wie zum Beispiel Offsetfehler, zu unterdrücken.
  • Die 4 zeigt das Impulsdiagramm eines nach dem Sende-Empfangsprinzip arbeitenden TX-RX (Mess-) Modus mit nicht verzögerter TX-Flanke. Diese Variante hat dieselbe Wirkung wie die oben gezeigte. Hier ist zu beachten, dass die Schaltzustände schnell genug wechseln bevor die Ladung von SE1 nach EE übertragen wird, d. h. die RC-Zeitkonstanten dürfen nicht kürzer sein als die Gatterlaufzeit vom Schalter, denn sonst funktioniert diese Schaltung nicht zufriedenstellend.
    Deshalb wurde bei den Varianten gemäß 2 und 3 eine zusätzliche Verzögerungszeit vorgesehen, so dass deren Ablaufs weniger zeitkritisch ist.
  • Die Messung läuft folgendermaßen ab:
    • - Schaltausgang des Senders (TX1 und/oder TX2) liegt auf LOW,
    • - Bezugspotenzial-Schaltausgang (SW_POT) liegt auf LOW,
    • - Steuersignal (SW) für den Umschalter (S1) liegt auf LOW,
    • - Steuersignal (SW) für den Umschalter (S1) schaltet auf HIGH und der Schaltausgang des Senders (TX1 und/oder TX2) schaltet auf HIGH
    • - Steuersignal (SW) für den Umschalter (S1) schaltet auf LOW,
    • - Schaltausgang des Senders (TX1 und/oder TX2) schaltet auf LOW.
  • Die 5 zeigt das Impulsdiagramm eines weiteren nach dem Sende-Empfangsprinzip (TX-RX Modus) arbeitenden Betriebsmodus mit nicht verzögerter TX-Flanke. Das TX-Signal besitzt gegenüber 4 die umgekehrte Polarität. Beide Betriebsmodi können vorteilhaft direkt nacheinander ausgeführt werden, um durch Differenzbildung unerwünschte Einflussfaktoren, wie zum Beispiel Offsetfehler, zu unterdrücken.
  • Die 6 zeigt das Impulsdiagramm eines die massebezogene Kapazitätsmessung (C-GND) betreffenden Betriebsmodus, wobei das Bezugspotenzial des Eingangs EA gleichzeitig mit der ersten Flanke des in 1 mit SW bezeichneten Schaltsignales umgeschaltet wird.
    Das TX-Signal ist inaktiv und dauerhaft auf LOW.
    Bei der massebezogenen Kapazitätsmessung an der Empfangselektrode EE wird die Gatterlaufzeit des Schalters S1 bewusst eingesetzt, so dass die Ausgänge SW und SW_POT gleichzeitig schalten müssen. Der zu nutzende Ladungstransport findet dann erst nach der Verzögerung durch das RC-Glied am EA statt, während jedweder unerwünschter Ladungstransport, zum Beispiel durch die Eingangskapazität CE, unterdrückt wird, weil der Schalter ja erst nach dieser Schaltflanke mit einer Verzögerung von einigen Nanosekunden kippt.
  • Die Messung läuft folgendermaßen ab:
    • - Schaltausgang des Senders (TX1 und/oder TX2) liegt auf LOW.
    • - Bezugspotenzial-Schaltausgang (SW_POT) liegt auf LOW,
    • - Steuersignal (SW) für den Umschalter (S1) liegt auf LOW,
    • - Bezugspotenzial-Schaltausgang (SW_POT) schaltet auf HIGH,
    • - Bezugspotenzial-Schaltausgang (SW_POT) schaltet auf LOW und das Steuersignal (SW) für den Umschalter (S1) schaltet auf HIGH,
    • - das Steuersignal (SW) für den Umschalter (S1) schaltet auf LOW,
  • 7 zeigt das Impulsdiagramm eines weiteren, die massebezogene Kapazitätsmessung (C-GND) betreffenden Betriebsmodus. Das TX-Signal ist gegenüber 6 mit negativer Schaltflanke aktiv und kann somit vorteilhaft zur Ansteuerung einer Hilfselektrode zur weiteren Feldbeeinflussung eingesetzt werden.
  • Die Messung läuft folgendermaßen ab:
    • - Schaltausgang des Senders (TX1 und/oder TX2) liegt auf HIGH.
    • - Bezugspotenzial-Schaltausgang (SW_POT) liegt auf LOW,
    • - Steuersignal (SW) für den Umschalter (S1) liegt auf LOW,
    • - Bezugspotenzial-Schaltausgang (SW_POT) schaltet auf HIGH,
    • - Bezugspotenzial-Schaltausgang (SW_POT) schaltet auf LOW und das Steuersignal (SW) für den Umschalter (S1) schaltet auf HIGH, und der Schaltausgang des Senders (TX1 und/oder TX2) schaltet auf LOW
    • - das Steuersignal (SW) für den Umschalter (S1) schaltet auf LOW,
    • - Schaltausgang des Senders (TX1 und/oder TX2) schaltet auf HIGH.
  • 8 zeigt das Impulsdiagramm eines weiteren die massebezogene Kapazitätsmessung (C-GND) betreffenden Betriebsmodus. Das TX-Signal besitzt gegenüber 7 die umgekehrte Polarität. Beide Betriebsmodi können vorteilhaft direkt nacheinander ausgeführt werden, um durch Differenzbildung unerwünschte Einflussfaktoren, wie zum Beispiel Offsetfehler, zu unterdrücken.
  • In den Betriebsmodi gemäß 2 bis 5, die nach gemäß dem Sende-Empfangsprinzip funktionieren, ist der Ladungstransport auf den Strompfad von den Sendeelektroden SE1 oder SE2 zur Empfangselektrode EE beschränkt, indem der Bezugspotenzial-Schaltausgang SW_POT permanent auf 0 Volt (Masse) gehalten wird, so dass die Kapazität der Empfangselektrode EE gegen Masse nicht zum Messergebnis beitragen kann.
    In den Betriebsmodi gemäß 6 bis 8 erfolgt der Ladungstransport von Masse (0 Volt) zur Empfangselektrode EE, wobei der Bezugspotenzial-Schaltausgang SW_POT das Bezugspotenzial des Empfängereingangs EA aktiv steuert. Die Sendeelektroden SE1 und SE2 werden dabei üblicherweise permanent auf Masse (0 Volt) gehalten, können aber auch zur zusätzlichen Beeinflussung des Ladungstransportes aktiv angesteuert werden.
  • Alle Betriebsmodi können ohne aktive Sendeelektroden SE1, SE2, aber auch mit mehreren gleichzeitig aktiven Sendeelektroden SE1, SE2 betrieben werden, deren TX-Flanken wahlweise gleiche oder entgegengesetzte Polaritäten aufweisen können.
  • Bezugszeichenliste
    • Ub
    Versorgungsspannung
    0V
    Masse (-Potenzial), 0 Volt)
    SE1
    Erste Sendelektrode
    SE2
    Zweite Sendeelektrode
    EE
    Empfangselektrode
    EA
    Empfängereingang (bestehend aus RE, CE, S1)
    CE
    Eingangskondensator
    RE
    Eingangswiderstand
    V1
    Als Ladungsverstärker beschalteter Operationsverstärker (OPV)
    LV
    Ladungsverstärker
    S1
    Umschalter (Wechselschalter) für die Empfangselektrode EE
    S2
    Erster Schalter (µC-Ausgang POS_SW oder ein gesteuerter Schalter)
    S3
    Zweiter Schalter (µC-Ausgang NEG_SW oder ein gesteuerter Schalter)
    SW
    Steuersignal für den Umschalter S1
    E+
    Nichtinvertierender Eingang des Ladungsverstärkers LV
    E-
    Invertierender Eingang des Ladungsverstärkers LV
    C1
    Erster Spannungsteiler-Kondensator
    C2
    Zweiter Spannungsteiler-Kondensator
    CL
    Ladekondensator
    CR
    Rückkopplungskondensator (im Ladungsverstärker)
    µC
    Steuereinheit (ASIC, FPGA oder DSP) mit folgenden Anschlüssen:
    CON1
    Schaltausgang zur Konditionierung des Empfangssignals
    CON2
    Schaltausgang zur Konditionierung des Empfangssignals
    TX1
    Schaltausgang des µC, liefert das Signal für die erste Sendeelektrode
    TX2
    Schaltausgang des µC, liefert das Signal für die zweite Sendeelektrode
    SW_POT
    Schaltausgang, steuert das Bezugspotenzial des Empfängereingangs EA
    Vu1
    Erster Schaltausgang der Steuereinheit µC
    Vu2
    Zweiter Schaltausgang der Steuereinheit µC
    ADC
    Analog-Digital-Wandler-Eingang des µC oder ein separates Bauelement
    NEG_SW
    Schaltausgang des µC oder ein gesteuerter Schalter S3
    POS_SW
    Schaltausgang des µC oder ein gesteuerter Schalter S2
    POS_OF
    Initialisierungs-Schaltausgang des µC
    HI-Z
    Hochohmiger Zustand eines Schaltausgangs Vu1,2 (des µC)
    LO-Z
    Niederohmiger Zustand eines Schaltausgangs Vu1,2 (des µC).

Claims (10)

  1. Kapazitiver Türgriffsensor mit wenigstens einer Sendeelektrode (SE1 oder SE2) und einer Empfangselektrode (EE), einem als Ladungsverstärker (LV) beschalteten und mit der Empfangselektrode (EE), verbundenen Operationsverstärkers (V1), sowie einem Umschalter (S1) zur Ladungsübertragung, und einem zwischen dem Ausgang und dem invertierenden Eingang (E-) des Operationsverstärkers (V1) angeordneten Kondensator (CR), sowie einer Steuereinheit (µC) zur Steuerung und Auswertung der Messung mit Schaltausgängen zur Steuerung der Sendeelektroden, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster und ein zweiter Schalter (S2, S3) zur Entladung der beiden Operationsverstärkereingänge (E+ und E-) vorhanden sind, und die Steuereinheit (µC) zur Erzeugung eines Steuersignals für den Umschalter (S1) ausgebildet ist und einen mit einem Anschluss des Umschalters (S1) verbundenen Bezugspotenzial-Schaltausgang (SW_POT) aufweist, der ausgebildet ist, wahlweise eine Kapazitätsmessung zwischen den Sendeelektroden (SE1 und SE2) und der Empfangselektrode (EE) oder zwischen der Empfangselektrode (EE) und Masse zu steuern.
  2. Verfahren zur Einstellung eines sende-empfangsbezogenen Betriebsmodus für den kapazitiven Türgriffsensor gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Schritte: - Schaltausgang für die Sendeelektroden (TX1 und/oder TX2) liegt auf LOW, - Bezugspotenzial-Schaltausgang (SW_POT) liegt auf LOW, - Steuersignal (SW) für den Umschalter (S1) liegt auf LOW, - Steuersignal (SW) für den Umschalter (S1) schaltet auf HIGH, - Ablauf einer Verzögerungszeit - Schaltausgang für die Sendeelektroden (TX1 und/oder TX2) schaltet auf HIGH. - Steuersignal (SW) für den Umschalter (S1) schaltet auf LOW. - Schaltausgang für die Sendeelektroden (TX1 und/oder TX2) schaltet auf LOW.
  3. Verfahren zur Einstellung eines sende-empfangsbezogenen Betriebsmodus für den kapazitiven Türgriffsensor gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Schritte: - Schaltausgang für die Sendeelektroden (TX1 und/oder TX2) liegt auf HIGH, - Bezugspotenzial-Schaltausgang (SW_POT) liegt auf LOW, - Steuersignal (SW) für den Umschalter (S1) liegt auf LOW, - Steuersignal (SW) für den Umschalter (S1) schaltet auf HIGH, - Ablauf einer Verzögerungszeit - Schaltausgang für die Sendeelektroden (TX1 und/oder TX2) schaltet auf LOW. - Steuersignal (SW) für den Umschalter (S1) schaltet auf LOW. - Schaltausgang für die Sendeelektroden (TX1 und/oder TX2) schaltet auf HIGH.
  4. Verfahren zur Einstellung eines sende-empfangsbezogenen Betriebsmodus für den kapazitiven Türgriffsensor gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Schritte: - Schaltausgang für die erste Sendeelektrode (TX1) liegt auf LOW, und der Schaltausgang für die zweite Sendeelektrode (TX2) liegt auf HIGH - Bezugspotenzial-Schaltausgang (SW_POT) liegt auf LOW, - Steuersignal (SW) für den Umschalter (S1) liegt auf LOW, - Steuersignal (SW) für den Umschalter (S1) schaltet auf HIGH, - Ablauf einer Verzögerungszeit - Schaltausgang für die erste Sendeelektrode (TX1) schaltet auf HIGH und der Schaltausgang für die zweite Sendeelektrode (TX2) schaltet auf LOW - Steuersignal (SW) für den Umschalter (S1) schaltet auf LOW. - Schaltausgang für die erste Sendeelektrode (TX1) schaltet auf LOW und der Schaltausgang für die zweite Sendeelektrode (TX2) schaltet auf HIGH
  5. Verfahren zur Einstellung eines sende-empfangsbezogenen Betriebsmodus für den kapazitiven Türgriffsensor gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Schritte: - Schaltausgang für die Sendeelektroden (TX1 und/oder TX2) liegt auf LOW, - Bezugspotenzial-Schaltausgang (SW_POT) liegt auf LOW, - Steuersignal (SW) für den Umschalter (S1) liegt auf LOW, - Steuersignal (SW) für den Umschalter (S1) schaltet auf HIGH und der Schaltausgang für die Sendeelektroden (TX1 und/oder TX2) schaltet auf HIGH - Steuersignal (SW) für den Umschalter (S1) schaltet auf LOW, - Schaltausgang für die Sendeelektroden (TX1 und/oder TX2) schaltet auf LOW.
  6. Verfahren zur Einstellung eines sende-empfangsbezogenen Betriebsmodus für den kapazitiven Türgriffsensor gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Schritte: - Schaltausgang für die Sendeelektroden (TX1 und/oder TX2) liegt auf HIGH, - Bezugspotenzial-Schaltausgang (SW_POT) liegt auf LOW, - Steuersignal (SW) für den Umschalter (S1) liegt auf LOW, - Steuersignal (SW) für den Umschalter (S1) schaltet auf HIGH und der Schaltausgang für die Sendeelektroden (TX1 und/oder TX2) schaltet auf LOW - Steuersignal (SW) für den Umschalter (S1) schaltet auf LOW, - Schaltausgang für die Sendeelektroden (TX1 und/oder TX2) schaltet auf HIGH.
  7. Verfahren zur Einstellung eines sende-empfangsbezogenen Betriebsmodus für den kapazitiven Türgriffsensor gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Schritte: - Schaltausgang für die erste Sendeelektrode (TX1) liegt auf LOW, und der Schaltausgang für die zweite Sendeelektrode (TX2) liegt auf HIGH - Bezugspotenzial-Schaltausgang (SW_POT) liegt auf LOW, - Steuersignal (SW) für den Umschalter (S1) liegt auf LOW, - Steuersignal (SW) für den Umschalter (S1) schaltet auf HIGH, und der Schaltausgang für die erste Sendeelektrode (TX1) schaltet auf HIGH und der Schaltausgang für die zweite Sendeelektrode (TX2) schaltet auf LOW - Steuersignal (SW) für den Umschalter (S1) schaltet auf LOW. - Schaltausgang der ersten Sendeelektrode (TX1) schaltet auf LOW und der Schaltausgang für die zweite Sendeelektrode (TX2) schaltet auf HIGH
  8. Verfahren zur Einstellung eines massebezogenen Betriebsmodus für den kapazitiven Türgriffsensor gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Schritte: - Schaltausgang für die Sendeelektroden (TX1 und/oder TX2) liegt auf LOW. - Bezugspotenzial-Schaltausgang (SW_POT) liegt auf LOW, - Steuersignal (SW) für den Umschalter (S1) liegt auf LOW, - Bezugspotenzial-Schaltausgang (SW_POT) schaltet auf HIGH, - Bezugspotenzial-Schaltausgang (SW_POT) schaltet auf LOW und das Steuersignal (SW) für den Umschalter (S1) schaltet auf HIGH, - das Steuersignal (SW) für den Umschalter (S1) schaltet auf LOW,
  9. Verfahren zur Einstellung eines massebezogenen Betriebsmodus für den kapazitiven Türgriffsensor gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Schritte: - Schaltausgang für die Sendeelektroden (TX1 und/oder TX2) liegt auf einem Ausgangszustand HIGH oder LOW. - Bezugspotenzial-Schaltausgang (SW_POT) liegt auf LOW, - Steuersignal (SW) für den Umschalter (S1) liegt auf LOW, - Bezugspotenzial-Schaltausgang (SW_POT) schaltet auf HIGH, - Bezugspotenzial-Schaltausgang (SW_POT) schaltet auf LOW und das Steuersignal (SW) für den Umschalter (S1) schaltet auf HIGH, und der Schaltausgang für die Sendeelektroden (TX1 und/oder TX2) schaltet in den zum Ausgangszustand inversen Zustand LOW oder HIGH, - das Steuersignal (SW) für den Umschalter (S1) schaltet auf LOW, - Schaltausgang für die Sendeelektroden (TX1 und/oder TX2) kehrt in seinen Ausgangszustand HIGH oder LOW zurück.
  10. Verfahren zur Einstellung eines massebezogenen Betriebsmodus für den kapazitiven Türgriffsensor gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Schritte: - Schaltausgang für die erste Sendeelektrode (TX1) liegt auf LOW, und der Schaltausgang für die zweite Sendeelektrode (TX2) liegt auf HIGH - Bezugspotenzial-Schaltausgang (SW_POT) liegt auf LOW, - Steuersignal (SW) für den Umschalter (S1) liegt auf LOW, - Bezugspotenzial-Schaltausgang (SW_POT) schaltet auf HIGH, - Bezugspotenzial-Schaltausgang (SW_POT) schaltet auf LOW und das Steuersignal (SW) für den Umschalter (S1) schaltet auf HIGH, und der Schaltausgang für die erste Sendeelektrode (TX1) schaltet auf HIGH und der Schaltausgang für die zweite Sendeelektrode (TX2) schaltet auf LOW - das Steuersignal (SW) für den Umschalter (S1) schaltet auf LOW, - Schaltausgang für die erste Sendeelektrode (TX1) schaltet auf LOW und der Schaltausgang für die zweite Sendeelektrode (TX2) schaltet auf HIGH.
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