DE102019113782B3

DE102019113782B3 - Vorrichtung zur berührungserkennung und verfahren zur berührungserkennung

Info

Publication number: DE102019113782B3
Application number: DE102019113782.9A
Authority: DE
Inventors: Matthias Johannes; Harald Beck
Original assignee: Preh GmbH
Current assignee: Preh GmbH
Priority date: 2019-05-23
Filing date: 2019-05-23
Publication date: 2020-04-30
Anticipated expiration: 2039-05-24

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Berührungserkennung, aufweisend eine Berührfläche mit einem Erkennungskondensator (CT) mit einem ersten Anschluss (CT1) und einem zweiten Anschluss (CT2), wobei der erste Anschluss (CT1) über einen ersten Widerstand (RC1) mit einem ersten Referenzkondensator (CR1) verbunden ist und der zweite Anschluss (CT2) über einen zweiten Widerstand (RC2) mit einem zweiten Referenzkondensator (CR2) verbunden ist, weiter aufweisend einen Controller (CTR), der eingerichtet ist, den ersten Referenzkondensator (CR1), den zweiten Referenzkondensator (CR2) und den Erkennungskondensator (CT) auf eine jeweilige vorgebbare Spannung während einer jeweiligen vorgebbaren Aufladedauer aufzuladen und den ersten Referenzkondensator (CR1), den zweiten Referenzkondensator (CR2) und den Erkennungskondensator (CT) während einer jeweiligen vorgebbaren Entladedauer zu entladen. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Berührungserkennung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Berührungserkennung mit einer Berührfläche, die einen Erkennungskondensator aufweist. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Berührungserkennung auf einer Berührfläche mit einem Erkennungskondensator.
Bei einer Vorrichtung zur Berührungserkennung ist ein Erkennungskondensator in der Nähe einer Berührfläche angeordnet. Wenn eine Berührung der Berührfläche durch beispielsweise einen Finger erfolgt, ändert sich die Kapazität des Erkennungskondensators. Über diese Änderung der Kapazität kann die Berührung detektiert werden. Der Kapazitätswert des Erkennungskondensators bei einer Berührung der Berührfläche wird im Folgenden auch der Wert des Erkennungskondensators im berührten Zustand genannt. Der Kapazitätswert des Erkennungskondensators im unberührten Zustand der Berührfläche wir im folgenden auch Wert des Erkennungskondensators im unberührten Zustand genannt.
In der WO2010/083123 wird ein Verfahren zur kapazitiven Berührungserkennung beschrieben. Hierfür weist ein Analog-zu-Digital-Wandler einen internen Kondensator auf, der aufgeladen wird. Nach einem Ladungsausgleich mit einem unbekannten externen Kondensator wird die Spannung an dem internen Kondensator gemessen. Mittels der Messung wird erfasst, ob sich die Kapazität des externen Kondensators verändert hat.
In der US 2017/0293375 wird ein kapazitiven Sensorsystem beschrieben, das zwei Kondensatoren aufweist, die über einen Widerstand verbunden sind. In einem ersten Zyklus wird einer der Kondensatoren aufgeladen, während der andere entladen wird. In einem zweiten Zyklus wird das Laden und Entladen vertauscht. Nach einem jeweiligen anschließenden Ladungsausgleich wird durch Messen der Spannung an einem Kondensator ermittelt, ob sich die Kapazität des anderen Kondensators verändert hat.
Die DE 10 2017 111 253 A1 offenbart ein Verfahren zur kapazitiven Detektion einer Betätigung und/oder Berührung eines kapazitiven Sensors durch einen Bediener sowie eine Vorrichtung zur Berührerkennung, die eine Berührfläche mit einem Erkennungskondensator aufweist.
Aus der DE 10 2012 025 037 C5 ist ein Verfahren zur kapazitiven Sitzbelegungserkennung bekannt.
Demgegenüber soll die Erkennungsgenauigkeit einer Vorrichtung zu Berührungserkennung und eines Verfahrens zur Berührungserkennung verbessert werden, insbesondere soll die Robustheit gegenüber Störungen verbessert werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Berührungserkennung gemäß Patentanspruch 1 und ein Verfahren zu Berührungserkennung gemäß Patentanspruch 13. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzelnen aufgeführten Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
Es sei ferner angemerkt, dass eine hierin nachstehend verwendete, zwischen zwei Merkmalen stehende und diese miteinander verknüpfen der Konjunktion „und/oder“ stets so auszulegen ist, dass in einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gegenstands lediglich das erste Merkmal vorhanden sein kommen kann, in einer zweiten Ausgestaltung lediglich das zweite Merkmal vorhanden sein kann und in einer dritten Ausgestaltung sowohl das erste als auch das zweite Merkmal vorhanden sein können.
Eine Vorrichtung zur Berührungserkennung weist eine Berührfläche mit einem Erkennungskondensator auf. Der Erkennungskondensator hat einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss, Der erste Anschluss des Erkennungskondensator ist über einen ersten Widerstand mit einem ersten Referenzkondensator verbunden. Der zweite Anschluss des Erkennungskondensator ist über einen zweiten Widerstand mit einem zweiten Referenzkondensator verbunden. Über den ersten Widerstand kann beispielsweise ein Ladungsausgleich zwischen dem ersten Referenzkondensator und dem Erkennungskondensator stattfinden. Über den zweiten Widerstand kann beispielsweise ein Ladungsausgleich zwischen dem zweiten Referenzkondensator und dem Erkennungskondensator stattfinden. Die Vorrichtung zur Berührungserkennung weist weiter einen Controller auf, der eingerichtet ist, den ersten Referenzkondensator, den zweiten Referenzkondensator und den Erkennungskondensator aufzuladen. Der Controller ist weiter eingerichtet, den ersten Referenzkondensator, den zweiten Referenzkondensator und den Erkennungskondensator zu entladen. Das Laden und Entladen der Kondensatoren erfolgt dabei während jeweils vorgebbarer Ladedauern und Entladedauern. Die Spannung, auf die die Kondensatoren jeweils aufgeladen werden, ist ebenfalls vorgebbar. Bevorzugt werden der erste Referenzkondensator und der zweite Referenzkondensator auf die gleiche Spannung aufgeladen. Bevorzugt weisen der erste Referenzkondensator und der zweite Referenzkondensator dabei die gleiche Größe, d. h. die gleiche Kapazität auf. Die Größe des ersten und des zweiten Referenzkondensators liegt dabei bevorzugt in der Mitte des Wertes für den Erkennungskondensator im berührten und im unberührten Zustand.
Bevorzugt ist der Anschluss des ersten Referenzkondensators, der nicht über den Widerstand mit dem ersten Anschluss des Erkennungskondensators verbunden ist, mit Masse verbunden. Bevorzugt ist der Anschluss des zweiten Referenzkondensators, der nicht über den Widerstand mit dem zweiten Anschluss des Erkennungskondensators verbunden ist, mit Masse verbunden.
Bevorzugt wird dabei der erste Referenzkondensator geladen, während der erste Anschluss des Erkennungskondensators entladen wird und umgekehrt. Bevorzugt wird der zweite Referenzkondensator geladen, während der zweite Anschluss des Erkennungskondensators entladen wird und umgekehrt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der erste Referenzkondensator geladen, während der erste Anschluss des Erkennungskondensators entladen wird, der zweite Anschluss des Erkennungskondensators geladen wird und der zweite Referenzkondensator entladen wird. Umgekehrt wird in dieser Ausführungsform der Erfindung der erste Referenzkondensator entladen, während der erste Anschluss des Erkennungskondensators geladen wird, der zweite Anschluss des Erkennungskondensators entladen wird und der zweite Referenzkondensator geladen wird. Störungen, insbesondere hochfrequente Störungen, können auf diese Weise herausgefiltert werden.
Der Controller ist bevorzugt dazu eingerichtet, die am ersten Referenzkondensator anliegende Spannung zu messen und die am zweiten Referenzkondensator anliegende Spannung zu messen. Die Messung der am ersten Referenzkondensator anliegenden Spannung erfolgt dabei bevorzugt, nachdem sich ein Ladungsausgleich zwischen dem ersten Referenzkondensator und dem Erkennungskondensator eingestellt hat. Die Messung der Spannung am zweiten Referenzkondensator erfolgt bevorzugt dann, wenn sich ein Ladungsausgleich zwischen dem Erkennungskondensator und dem zweiten Referenzkondensator eingestellt hat. Aus den Messungen am ersten Referenzkondensator und am zweiten Referenzkondensator, bevorzugt wenn diese wiederholt ausgeführt werden, kann der Controller dann ermitteln, ob eine Berührung der Berührfläche erfolgt ist. Eine Berührung der Berührfläche hat eine Änderung der Kapazität des Erkennungskondensators zur Folge, wodurch Menge der Ladungen beeinflusst wird, die der Erkennungskondensator speichern kann. Bei einem Ladungsausgleich zwischen dem Erkennungskondensator und dem ersten Referenzkondensator oder dem zweiten Referenzkondensator lässt sich somit durch Messen der Spannung am ersten Referenzkondensator oder am zweiten Referenzkondensator ermitteln, ob eine Berührung erfolgt ist. Gegenüber der Messung mit nur einem Referenzkondensator hat vorliegend das Vorhandensein des zweiten Referenzkondensator den Vorteil, dass elektromagnetische Störungen eliminiert werden können, da auf beiden Seiten des Erkennung Kondensator gemessen wird. Hierdurch erhält man einen Noise-Cancelling Effekt.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist der Controller zur Spannungsmessung eine Analog-zu-Digital-Wandler auf. Der Analog-zu-Digital-Wandler ist in der Lage, das Laden und Entladen der Kondensatoren durchzuführen. Die Spannungsmessung an den Referenzkondensatoren erfolgt dann analog und wird im Controller in digitale Spannungswerte gewandelt.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird in einem Zeitzyklus, der bevorzugt einer ersten Aufladedauer und einer ersten Entladedauer entspricht, in einem Schritt a1) der erste Referenzkondensator auf eine erste Spannung aufgeladen, und der erste Anschluss des Erkennungskondensators entladen. In einem weiteren Zeitzyklus, der bevorzugt einer zweiten Entladedauer und einer zweiten Ladedauer entspricht, wird in einem Schritt a2) der zweite Anschluss des Erkennungskondensators auf eine zweite Spannung geladen, während der zweite Referenzkondensator entladen wird. In einem weiteren Zeitzyklus, der bevorzugt einer dritten Aufladedauer und einer dritten Entladedauer entspricht, wird in einem Schritt b1) der erste Referenzkondensator entladen, während der erste Anschluss des Erkennungskondensators auf eine dritte Spannung geladen wird. In einem weiteren Zeitzyklus, der bevorzugt einer vierten Ladedauer und einer vierten Entladedauer entspricht, wird dann in einem Schritt b2) der zweite Referenzkondensator auf eine vierte Spannung geladen, während der zweite Anschluss des Erkennungskondensators entladen wird.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Controller eingerichtet nach mindestens einem der Schritte a1) und/oder b1) die Ladeverbindung und die Entladeverbindung zu trennen und in einem Schritt ma1) und/oder mb1) die am ersten Referenzkondensator anliegende Spannung zu messen. Der Controller ist außerdem eingerichtet, nach mindestens einem der Schritte a2) und/oder b2) die Ladeverbindung und die Entladeverbindung zu trennen und in einem Schritt ma2) und/oder mb2) die am zweiten Referenzkondensator anliegende Spannung zu messen. Bevorzugt wird hierbei nach dem Trennen der Lade- und Entladeverbindung eine gewisse Zeitdauer gewartet, bis ein Ladungsausgleich zwischen den Kondensatoren eingetreten ist.
Die Lade- und Entladeschritte, sowie die Messschritte werden bevorzugt wiederholend ausgeführt. Die bevorzugte Reihenfolge der Schritte ist dabei a1) und gleich darauf a2), ma1) und gleich darauf ma2), b1) und gleich darauf b2), mb1) und gleich darauf mb2). Durch eine solche wiederholte Ausführung kann gewährleistet werden, dass eine Berührung der Berührfläche und die damit einhergehende Änderung der Kapazität des Erkennungskondensators zuverlässig ermittelt wird. Die Taktfrequenz wird dabei bevorzugt so gewählt, dass hochfrequente Störungen im Bereich zwischen 10 kHz und 500 kHz, bevorzugt ca. 100 kHz, zuverlässig eliminiert werden können.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die Lade- und Entladeschritte, sowie die Messschritte werden wiederholend ausgeführt. Die bevorzugte Reihenfolge der Schritte ist dabei a1) zeitgleich mit a2), ma1) zeitgleich mit ma2), b1) zeitgleich mit b2), mb1) zeitgleich mit mb2). Durch eine solche wiederholte Ausführung kann gewährleistet werden, dass eine Berührung der Berührfläche und die damit einhergehende Änderung der Kapazität des Erkennungskondensators zuverlässig ermittelt wird. Die Taktfrequenz wird dabei bevorzugt so gewählt, dass hochfrequente Störungen im Bereich zwischen 10 kHz und 500 kHz, bevorzugt ca. 100 kHz, zuverlässig eliminiert werden können.
Das Durchführen der Schritte a1), a2), ma1), ma2), b1), b2), mb1), mb2) erfolgt bevorzugt durch genau einen Controller der Vorrichtung. Dieser Controller kann durch die Taktung - falls gewünscht - die Gleichzeitigkeit von Schritten gewährleisten. In alternativen Ausführungsformen kann die Vorrichtung auch mehrere Controller aufweisen.
Bevorzugt sind die erste und die zweite Entladedauer gleich groß, sowie die dritte und die vierte Entladedauer gleich groß. Bevorzugt sind die erste und die zweite Aufladedauer gleich groß und die dritte und die vierte Aufladedauer gleich groß. Die erste und die zweite Entladedauer, sowie die erste und die zweite Aufladedauer finden in demselben Zyklus statt. Die dritte und die vierte Entladedauer, sowie die dritte und die vierte Aufladedauer finden im selben Zyklus statt. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung haben alle Entladedauern und alle Aufladedauern die gleiche Länge.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die erste und die vierte Spannung gleich groß. Dies sind die Spannungen auf, die die beiden Referenzkondensator aufgeladen werden. Außerdem sind bevorzugt die dritte und die zweite Spannung gleich groß. Dies sind die Spannungen auf, die die beiden Anschlüsse des Erkennungskondensators aufgeladen werden. Beispielsweise sind aller vier Spannungen gleich groß.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der Teil des Erkennungskondensators, der mit dem zweiten Anschluss verbunden ist, weiter weg von der Berührfläche liegen. In diesem Fall könnten über diese Schaltung weiterhin Störungen detektiert und eliminiert werden. Dies ist besonders dann von Vorteil, wenn die Berührfläche mehrere Schalter gleicher Geometrie aufweist.
Bei einem Verfahren zur kapazitiven Berührungserkennung einer Berührfläche mit einem Erkennungskondensator werden die folgenden Schritte ausgeführt:

Schritt a1): Während einer ersten Aufladedauer wird der erste Referenzkondensator auf die erste Spannung aufgeladen und während einer ersten Entladedauer wird der erste Anschluss des Erkennungskondensators entladen;
Schritt a2): Während einer zweiten Entladedauer wird der zweite Referenzkondensator entladen und während einer zweiten Ladedauer wird der zweite Anschluss des Erkennungskondensators auf eine zweite Spannung geladen.
Die Schritte a1) und a2) finden bevorzugt im selben Zyklus des Verfahrens und zeitgleich statt. In einer Ausführungsform der Erfindung finden die Schritte a1) und a2) direkt hintereinander statt.
Schritt ma1): Die Lade- und Entladeverbindung von Schritt a1) wird getrennt und die am ersten Referenzkondensator anliegende Spannung wird gemessen;
Schritt ma2): Die Lade- und Entladeverbindung von Schritt a2) wird getrennt und die am zweiten Referenzkondensator anliegende Spannung wird gemessen.
Bevorzugt finden die Schritte ma1) und ma2) im selben Zyklus des Verfahrens und zeitgleich statt. In einer Ausführungsform der Erfindung finden die Schritte ma1) und ma2) direkt hintereinander statt.
Schritt b1): Während einer dritten Entladedauer wird der erste Referenzkondensator entladen und während einer dritten Ladedauer wird der erste Anschluss des Erkennungskondensators auf die dritte Spannung aufgeladen;
Schritt b2): Während einer vierten Ladedauer wird der zweite Referenzkondensator auf eine vierte Spannung geladen und während einer vierten Entladedauer wird der zweite Anschluss des Erkennungskondensators entladen;
Bevorzugt finden die Schritte b1) und b2) im selben Zyklus des Verfahrens und zeitgleich statt. In einer Ausführungsform der Erfindung finden die Schritte b1) und b2) direkt hintereinander statt.
Schritt mb1): Die Lade- und Entladeverbindung von Schritt b1) wird getrennt und die am ersten Referenzkondensator anliegende Spannung wird gemessen;
Schritt mb2): Die Lade- und Entladeverbindung von Schritt b2) wird getrennt und die am zweiten Referenzkondensator anliegende Spannung wird gemessen.
Bevorzugt finden die Schritte mb1) und mb2) im selben Zyklus des Verfahrens und zeitgleich statt. In einer Ausführungsform der Erfindung finden die Schritte mb1) und mb2) direkt hintereinander statt.

Durch die in mindestens einem der Schritte ma1), ma2), mb1) und/oder mb2) gemessene Spannung kann dann vom Controller ermittelt werden, ob eine Berührung der Berührfläche erfolgt ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispielen der Erfindung, die im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert wird. In der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder gleich wirkende Elemente. In dieser Zeichnung zeigen schematisch:

1 Ein schematisches Schaltbild einer Vorrichtung zur Berührungserkennung;
2 ein Beispiel eines Erkennungskondensators;
3 ein weiteres Beispiel eines Erkennungskondensators;
4 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Berührungserkennung.

In 1 ist ein schematisches Schaltbild einer Vorrichtung zu Berührungserkennung TP dargestellt. Ein Erkennungskondensator CT weist einen ersten Anschluss CT1 und einen zweiten Anschluss CT2 auf. Der erste Anschluss CT1 des Erkennungskondensators CT ist über einen ersten Widerstand RC1 mit einem ersten Referenzkondensator CR1 verbunden. Der eine Anschluss des ersten Referenzkondensator CR1 ist mit dem Pin AN0_0 eines Controllers CTR verbunden. Der andere Anschluss des ersten Referenzkondensator CR1 ist mit Masse GNDverbunden. Der zweite Anschluss CT2 des Erkennungskondensators CT ist über einen zweiten Widerstand RC2 mit einem zweiten Referenzkondensator CR2 verbunden. Der eine Anschluss des zweiten Referenzkondensator CR2 ist über den Pin AN1_0 mit dem Controller CTR verbunden. Der andere Anschluss des zweiten Referenzkondensators CR2 ist mit Masse GND verbunden. Der erste Anschluss CT1 des Erkennungskondensators CT ist einerseits mit dem ersten Widerstand RC1 verbunden und andererseits über den Pin P0_1 mit dem Controller CTR verbunden. Der zweite Anschluss CT2 des Erkennungskondensators CT ist einerseits mit dem zweiten Widerstand RC2 verbunden zugleich über den Pin P0_2 mit dem Controller CTR verbunden. Der Controller CTR ist mit dem Pin P0_0 mit dem ersten Widerstand RC1 und dem ersten Referenzkondensator CR1 verbunden. Der Controller CTR ist mit dem Pin0_3 mit dem zweiten Widerstand RC2 verbunden und zugleich mit dem zweiten Referenzkondensator CR2 verbunden.
Statt eines Controllers CTR können auch mehrere Controller in der Vorrichtung vorgesehen sein. Zum Beispiel könnte ein erster Controller die Ansteuerung über die Pins P0_0, AN0_0 und P0_1 vornehmen und ein zweiter Controller die Ansteuerung über die Pins P0_2, AN1_0 und P0_3.
Wird in einem Zyklus, Schritt a1), d. h. während der ersten Ladedauer und der ersten Entladedauer, der erste Referenzkondensator CR1 auf eine erste Spannung V1 aufgeladen und zugleich der erste Anschluss CT1 des Erkennungskondensators CT entladen und danach die Pins P0_0 und P0_1 hochohmig geschaltet, d. h. die Ladeschaltung und Entladeschaltung wird getrennt, Schritt ma1), dann ergibt sich über den ersten Widerstand RC1 ein Spannungsausgleich zwischen dem ersten Referenzkondensator CR1 und dem Erkennungskondensator CT. Dieser Spannungs- bzw. Ladungsausgleich ist in 1 schematisch durch den linken Pfeil dargestellt. Durch Messung der Spannung VA1 am ersten Referenzkondensator CR1, Schritt ma1), lässt sich nun die Größe des Erkennungskondensators CT ermitteln. Diese Größe ändert sich je nachdem, ob eine Berührung der Berührfläche, zu der der Erkennungskondensator CT gehört, vorliegt oder nicht vorliegt.
In einem Zyklus, Schritt a2), d. h. der zweiten Ladedauer und der zweiten Entladedauer, wird der zweite Anschluss CT2 des Erkennungskondensators CT auf eine zweite Spannung V2 aufgeladen und der zweite Referenzkondensator CR2 wird entladen. Werden die Pins P0_2 und P0_3 hochohmig geschaltet, d. h. die Ladeschaltung und Entladeschaltung getrennt, Schritt ma2), dann ergibt sich über den zweiten Widerstand RC2 ein Spannungsausgleich zwischen dem zweiten Referenzkondensator CR2 und dem Erkennungskondensator CT. Durch Messung der Spannung VA2 am zweiten Referenzkondensator CR2, Schritt ma2) lässt sich die Größe des Erkennungskondensators CT ermitteln.
In einem Zyklus, Schritt b1), d. h. während der dritten Ladedauer und der dritten Entladedauer, wird die Ladung und Entladung des ersten Referenzkondensator CR1 des Erkennungskondensators CT aus Schritt a1) umgekehrt, d. h. der erste Anschluss CT1 des Erkennungskondensators CT wird auf eine dritte Spannung V3 aufgeladen und der erste Referenzkondensator CR1 wird entladen. Werden die Pins P0_0 und P0_1 hochohmig geschaltet, d. h. die Ladeschaltung und Entladeschaltung wird getrennt, Schritt mb1), dann ergibt sich über den ersten Widerstand RC1 ein Spannungsausgleich zwischen dem ersten Referenzkondensator CR1 und dem Erkennungskondensator CT. Durch Messung der Spannung VB1 am ersten Referenzkondensator CR1, Schritt mb1), lässt sich die Größe des Erkennungskondensators CT ermitteln.
In einem Zyklus, Schritt b2), d. h. während der vierten Ladedauer und der vierten Entladedauer, wird die Ladung und Entladung des zweiten Referenzkondensators CR2 und des Erkennungskondensators aus Schritt a2) umgekehrt, d. h. der zweite Referenzkondensator CR2 wird auf eine vierte Spannung V4 aufgeladen und zugleich der zweite Anschluss CT2 des Erkennungskondensators CT entladen. Werden danach die Pins P0_2 und P0_3 hochohmig geschaltet, d. h. die Ladeschaltung und Entladeschaltung wird getrennt, Schritt mb2), dann ergibt sich über den zweiten Widerstand RC2 ein Spannungsausgleich zwischen dem zweiten Referenzkondensator CR2 und dem Erkennungskondensator CT. Durch Messung der Spannung VB2 am zweiten Referenzkondensator CR2, Schritt mb2) lässt sich nun die Größe des Erkennungskondensators CT ermitteln.
In einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung können zwischen die Pins des Controllers CTR und der Schaltung zur Berührungserkennung noch Widerstände geschaltet sein. Zwischen Pin AN0_0 und Widerstand RC1 kann ein Widerstand R_A1 geschaltet sein. Zwischen Pin P0_1 und Widerstand RC1 kann ein Widerstand R_D2 geschaltet sein. Zwischen Pin P0_2 und Widerstand RC2 kann ein Widerstand R_D3 geschaltet sein. Zwischen Pin AN1_0 und Widerstand RC2 kann ein Widerstand R_A2 geschaltet sein. Zwischen Pin P0_3 und Widerstand RC2 kann ein Widerstand R_D4 geschaltet sein.
In 2 ist ein Beispiel eines Erkennungskondensators CT dargestellt, bei dem die beiden Elektroden verschachtelt angeordnet sind. Ein Anschluss CT1 ist mit einer solchen verschachtelten Elektrode verbunden und der zweite Anschluss CT2 mit der zweiten der verschachtelten Elektroden verbunden.
In 3 ist ein weiteres Beispiel eines Erkennungskondensators CT dargestellt, bei dem die beiden Elektroden verschachtelt angeordnet sind. Ein Anschluss CT1 ist mit einer solchen verschachtelten Elektrode verbunden und der zweite Anschluss CT2 mit der zweiten der verschachtelten Elektroden verbunden.
In 4 ist schematisch ein Verfahren zur kapazitiven Berührungserkennung einer Berührfläche mit einem Erkennungskondensator dargestellt. In Schritt a1) wird während einer ersten Aufladedauer der erste Referenzkondensator CR1 auf die erste Spannung V1 aufgeladen und während einer ersten Entladedauer wird der erste Anschluss CT1 des Erkennungskondensators CT entladen. Bevorzugt zeitgleich wird in Schritt a2) während einer zweiten Entladedauer der zweite Referenzkondensator CR2 entladen und während einer zweiten Ladedauer wird der zweite Anschluss CT2 des Erkennungskondensators CT auf eine zweite Spannung V2 aufgeladen. Dann wird in Schritt ma1) die Lade- und Entladeverbindung von Schritt a1) getrennt, indem beispielsweise der Lade- und Entladeport P0_0, P0_1 des Controllers CTR auf eine hohe Impedanz geschaltet werden. Es wird ggf. eine gewisse Zeitdauer gewartet und die am ersten Referenzkondensator anliegende Spannung VA1 über den Pin AN0_0 des Controllers CTR gemessen, wobei ein Analog-zu-Digitalwandler des Controllers CTR die analog gemessenen Spannungswerte in digitale Daten wandelt. VA1 ergibt sich hier als $V A 1 = V 1 \cdot (\frac{CR 1}{(C R 1 + C T)})$
In Schritt ma2), der gleichzeitig mit ma1) stattfindet, wird die Lade- und Entladeverbindung getrennt, indem beispielsweise der Lade- und Entladeport P0_2, P0_3 des Controllers CTR auf eine hohe Impedanz geschaltet werden. Es wird ggf. eine gewisse Zeitdauer gewartet und die am zweiten Referenzkondensator CR2 anliegende Spannung VA2 wird über den Pin AN1_0 des Controllers CTR gemessen. VA2 ergibt sich analog zur anderen Seite von CT als $V A 2 = V 3 \cdot (\frac{CR2}{(C R 2 + C T)})$
In Schritt b1) wird während einer dritten Entladedauer der erste Referenzkondensator CR1 entladen und während einer dritten Ladedauer wird der erste Anschluss CT1 des Erkennungskondensators CT auf die dritte Spannung V3 aufgeladen. In Schritt b2) wird während einer vierten Ladedauer der zweite Referenzkondensator CR2 auf eine vierte Spannung V4 aufgeladen und während einer vierten Entladedauer wird der zweite Anschluss CT2 des Erkennungskondensators CT entladen.
In einem Schritt mb1) wird die Lade- und Entladeverbindung aus Schritt b1) getrennt und die am ersten Referenzkondensator CR1 anliegende Spannung VB1 wird - bevorzugt in gleicher Weise wie im Schritt ma1) - gemessen. VB1 ergibt sich als $V B 1 = V 2 \cdot (\frac{CT}{(C R 1 + C T)})$
In Schritt mb2), der bevorzugt zeitgleich mit mb1) stattfindet, wird die Lade- und Entladeverbindung aus Schritt b2) getrennt, und die am zweiten Referenzkondensator CR2 anliegende Spannung VB2 wird - bevorzugt in gleicher Weise wie im vorherigen Schritt ma2) - gemessen. VB2 ergibt sich als $V B 2 = V 4 \cdot (\frac{CT}{(C R 2 + C T)})$
Durch die in den Schritten ma1), ma2), mb1) und mb2) gemessenen Spannungen VA1, VA2, VB1, VB2 kann dann vom Controller CTR ermittelt werden, ob eine Berührung der Berührfläche erfolgt ist. Dabei ergibt sich folgendes Gleichungssystem: $\begin{array}{l} V T = (V B 1 - V A 1) - (V B 2 - V A 2) \\ V T = (V B 1 - V B 2) - (V A 2 - V A 1) \end{array}$
Aufgelöst für V=V1=V2=V3=V4 und CR=CR1=CR2 ergibt sich: $V T = \frac{2 \cdot (C T - C R)}{(C T + C R)}$
Je nach Größe von VT kann auf eine Berührung der Berührfläche oder eine Nicht-Berührung der Berührfläche geschlossen werden.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung können die Schritte a1), a2) und/oder die Schritte ma1), ma2) und/oder die Schritte b1), b2) und/oder die Schritte mb1), mb2) jeweils direkt hintereinander ausgeführt werden.

Claims

Vorrichtung zur Berührungserkennung (TP), aufweisend eine Berührfläche mit einem Erkennungskondensator (CT) mit einem ersten Anschluss (CT1) und einem zweiten Anschluss (CT2), wobei der erste Anschluss (CT1) über einen ersten Widerstand (RC1) mit einem ersten Referenzkondensator (CR1) verbunden ist und der zweite Anschluss (CT2) über einen zweiten Widerstand (RC2) mit einem zweiten Referenzkondensator (CR2) verbunden ist, weiter aufweisend einen Controller (CTR), der eingerichtet ist, den ersten Referenzkondensator (CR1), den zweiten Referenzkondensator (CR2) und den Erkennungskondensator (CT) auf eine jeweilige vorgebbare Spannung während einer jeweiligen vorgebbaren Aufladedauer aufzuladen und den ersten Referenzkondensator (CR1), den zweiten Referenzkondensator (CR2) und den Erkennungskondensator (CT) während einer jeweiligen vorgebbaren Entladedauer zu entladen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller (CTR) eingerichtet ist, die am ersten Referenzkondensator (CR1) anliegende Spannung (VA1, VB1) zu messen und die am zweiten Referenzkondensator (CR2) anliegende Spannung (VA2, VB2) zu messen.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller (CTR) eingerichtet ist, in Abhängigkeit von der Messung der Spannung (VA1, VA2, VB1, VB2) am ersten Referenzkondensator (CR1) und am zweiten Referenzkondensator (CR2) eine Berührung der Berührfläche zu ermitteln.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller (CTR) eingerichtet ist, in einem Schritt a1) während einer ersten Aufladedauer den ersten Referenzkondensator (CR1) auf eine erste Spannung aufzuladen und während einer ersten Entladedauer den ersten Anschluss des Erkennungskondensators (CT1) zu entladen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller (CTR) eingerichtet ist, in einem Schritt a2) während einer zweiten Entladedauer den zweiten Referenzkondensator (CR2) zu entladen und während einer zweiten Aufladedauer den zweiten Anschluss des Erkennungskondensators (CT2) auf eine zweite Spannung aufzuladen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller (CTR) eingerichtet ist, in einem Schritt b1) während einer dritten Entladedauer den ersten Referenzkondensator (CR1) zu entladen und während einer dritten Aufladedauer den ersten Anschluss des Erkennungskondensators (CT1) auf eine dritte Spannung aufzuladen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller (CTR) eingerichtet ist, in einem Schritt b2) während einer vierten Aufladedauer den zweiten Referenzkondensator (CR2) auf eine vierte Spannung aufzuladen und während einer vierten Endladedauer den zweiten Anschluss des Erkennungskondensators (CT2) zu entladen.
Vorrichtung nach einem Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller (CTR) eingerichtet ist, nach mindestens einem der Schritte a1) und/oder b1) die Lade- und Entladeverbindung zu trennen und in einem Schritt ma1) und/oder mb1) die am ersten Referenzkondensator (CR1) anliegende Spannung (VA1, VB1) zu messen, sowie nach mindestens einem der Schritte b2) und/oder a2) die Lade- und Entladeverbindung zu trennen und in einem Schritt ma2) und/oder mb2) die am zweiten Referenzkondensator (CR2) anliegende Spannung (VA2, VB2) zu messen.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller (CTR) eingerichtet ist, die Schritte a1), a2), ma1), ma2), b1), b2), mb1), mb2) in dieser Reihenfolge zyklisch wiederholt auszuführen.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte a1) und a2) zeitgleich ausgeführt werden und/oder die Schritte ma1) und ma2) zeitgleich ausgeführt werden und/oder die Schritte b1) und b2) zeitgleich ausgeführt werden und/oder die Schritte mb1) und mb2) zeitgleich ausgeführt werden .
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Entladedauer und die erste Aufladedauer gleich groß sind und/oder die zweite Entladedauer und die zweite Aufladedauer gleich groß sind und/oder die dritte Entladedauer und die dritte Aufladedauer gleich groß sind und/oder die vierte Entladedauer und die vierte Aufladedauer gleich groß sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste, die zweite, die dritte und die vierte Entladedauer gleich groß sind und/oder die erste, die zweite, die dritte und die vierte Aufladedauer gleich groß sind.
Verfahren zur kapazitiven Berührungserkennung einer Berührfläche mit einem Erkennungskondensator (CT), wobei ein erster Anschluss des Erkennungskondensators (CT1) über einen ersten Widerstand (RC1) mit einem ersten Referenzkondensator (CR1) verbunden ist und ein zweiter Anschluss des Erkennungskondensators (CT2) über einen zweiten Widerstand (RC2) mit einem zweiten Referenzkondensator (CR2) verbunden ist, umfassend die Schritte: a1) Während einer ersten Aufladedauer Laden des ersten Referenzkondensators auf eine erste Spannung und während einer ersten Entladedauer Entladen des ersten Anschlusses des Erkennungskondensators (CT1); a2) Während einer zweiten Entladedauer Entladen des zweiten Referenzkondensators und während einer zweiten Ladedauer Laden des zweiten Anschlusses des Erkennungskondensators (CT2) auf eine zweite Spannung; ma1) Trennen der Lade- und Entladeverbindung von Schritt a1) und Messen der am ersten Referenzkondensator (CR1) anliegenden Spannung (VA1); ma2) Trennen der Lade- und Entladeverbindung von Schritt a2) und Messen der am zweiten Referenzkondensator (CR2) anliegenden Spannung (VA2); b1) Während einer dritten Entladedauer Entladen des ersten Referenzkondensators und während einer dritten Ladedauer Laden des ersten Anschlusses des Erkennungskondensators (CT1) auf eine dritte Spannung; b2) Während einer vierten Ladedauer Laden des zweiten Referenzkondensators auf eine vierte Spannung und während einer vierten Entladedauer Entladen des zweiten Anschlusses des Erkennungskondensators (CT2); mb1) Trennen der Lade- und Entladeverbindung von Schritt b1) und Messen der am ersten Referenzkondensator (CR1) anliegenden Spannung (VB1); mb2) Trennen der Lade- und Entladeverbindung von Schritt b2) und Messen der am zweiten Referenzkondensator (CR2) anliegenden Spannung (VB2).
Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch den Schritt Ermitteln einer Berührung der Berührfläche in Abhängigkeit der in mindestens einem der Schritte ma1), ma2), mb1) und/oder mb2) gemessenen Spannung (VA1, VA2, VB1, VB2).
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte a1) und a2) zeitgleich oder direkt hintereinander ausgeführt werden; die Schritte ma1) und ma2) zeitgleich oder direkt hintereinander ausgeführt werden; die Schritte b1) und b2) zeitgleich oder direkt hintereinander ausgeführt werden sowie die Schritte mb1) und mb2) zeitgleich oder direkt hintereinander ausgeführt werden.