DE112021000779T5

DE112021000779T5 - Sensoranordnung zur kapazitiven Positionserkennung eines Objekts

Info

Publication number: DE112021000779T5
Application number: DE112021000779.3T
Authority: DE
Inventors: Laurent Lamesch; Tobias Pampel; Michael Pütz; Bertrand Rue; Laurent Vanstraelen
Original assignee: IEE International Electronics and Engineering SA
Current assignee: IEE International Electronics and Engineering SA
Priority date: 2020-01-30
Filing date: 2021-01-25
Publication date: 2022-12-01
Also published as: CN115053457A; US20230046256A1; WO2021151835A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung (1) zur kapazitiven Erkennung eines Objekts (100), umfassend: - eine Elektrodenanordnung (20), umfassend ein Heizelement (4) als Elektrode (21, 22); - eine Erkennungsvorrichtung (10), die dazu geeignet ist, ein Erkennungssignal an eine Sensorelektrode (21) der Elektrodenanordnung (20) anzulegen und kapazitiv das Vorliegen eines Objekts (100) in der Nähe der Sensorelektrode (21) zu erkennen; - einen Schalter (30) auf der Hochspannungsseite, der zwischen einer Heizenergiequelle (2) mit einem ersten Potential (V1) und dem Heizelement (4) angeschlossen ist; - einen Schalter (40) auf der Niederspannungsseite, der zwischen dem Heizelement (4) und einem zweiten Potential (GND) angeschlossen ist; und - eine Tor-Steuereinheit (50), die dazu geeignet ist, den Schalter (30) auf der Hochspannungsseite und den Schalter (40) auf der Niederspannungsseite in einem Heizmodus zu schließen und den Schalter (30) auf der Hochspannungsseite und den Schalter (40) auf der Niederspannungsseite in einem Erkennungsmodus zu öffnen. Um die Genauigkeit einer kapazitiven Erkennung, die ein Heizungselement als Elektrode nutzt, zu erhöhen, sieht die Erfindung vor, dass die Sensoranordnung ferner eine Entkopplungsschaltung (60) umfasst, umfassend ein Entkopplungs-MOSFET (70), der zwischen dem Schalter (30) auf der Hochspannungsseite und dem Heizelement (4) angeschlossen ist, wobei die Tor-Steuereinheit (50) dazu geeignet ist, den Entkopplungs-MOSFET (70) in dem Heizmodus zu schließen und den Entkopplungs-MOSFET (70) in dem Erkennungsmodus zu öffnen, und die Entkopplungsschaltung (60) dazu geeignet ist, während des Erkennungsmodus aktiv ein drittes Potential (V2) an einem ersten Knoten (61) bereitzustellen, wobei der erste Knoten (61) zwischen dem Schalter (30) auf der Hochspannungsseite und dem Entkopplungs-MOSFET (70) angeschlossen ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zur kapazitiven Positionserkennung eines Objekts.
Hintergrund der Erfindung
Die kapazitive Erkennung wird heutzutage für verschiedene Anwendungen weit verbreitet verwendet. Im Allgemeinen basiert die kapazitive Erkennung auf dem Erzeugen eines elektrischen Feldes mit einer Sensorelektrode und dem Erkennen des Vorliegens eines Objekts oder einer Person durch dessen/deren Einfluss auf das elektrische Feld. In den meisten Fällen entspricht dieser Einfluss auf das elektrische Feld einer Änderung der komplexen Impedanz zwischen der Sensorelektrode und Masse oder zwischen zwei Sensorelektroden. In manchen Fällen wird eine Schutzelektrode verwendet, um die Sensorelektrode auf einer Seite abzuschirmen. Während des Betriebs hat die Schutzelektrode idealerweise das gleiche Potential wie die Sensorelektrode, so dass der Raum zwischen diesen beiden Elektroden frei von einem elektrischen Feld ist. Beispiele für eine solche kapazitive Erkennung schließen die Handerkennung auf einem Lenkrad und die Belegungserkennung eines Fahrzeugsitzes ein. In heutigen Fahrzeugen können das Lenkrad sowie der Fahrzeugsitz mit einem elektrischen Heizelement versehen sein, um den Komfort des Benutzers zu erhöhen. Um effektiv zu arbeiten, müssen das Heizelement und die Sensorelektrode häufig an einer ähnlichen Stelle eingebaut sein, zum Beispiel relativ nahe unter der Oberfläche des Lenkrads, des Fahrzeugsitzes oder dergleichen.
Ein solcher Einbau mindestens einer Sensorelektrode und gegebenenfalls einer Schutzelektrode in der Nähe eines Heizelements unter engen Bedingungen kann schwierig sein und somit zu erhöhten Montagezeiten und -kosten führen. Eine Möglichkeit, die Komplexität der Ausführung zu verringern, besteht darin, das Heizelement als Sensorelektrode oder als Schutzelektrode zu verwenden. Dies entspricht einer Kombination aus einem Heizkreislauf und einer kapazitiven Messschaltung auf der gleichen Ebene, was sehr kostengünstig ist. Um den Komfort, die Integration und die Sensorkosten zu verbessern, wird die Dicke zwischen dem Abtasten und dem Schutz verringert, was zu einer beträchtlichen Kapazität zwischen den beiden Elektroden führen kann, in der Größenordnung von 1 nF - 20 nF. In diesem Fall führt jegliche Spannungsdifferenz zwischen dem an die Sensorelektrode angelegten Signal und dem an die Schutzelektrode angelegten Signal zu einer ungenauen kapazitiven Messung.
Wenn das Heizelement Teil des kapazitiven Abtastsystems ist, wird es zeitweilig von der Energiequelle entkoppelt, um den Betrieb der Messschaltung nicht zu stören. Dies kann dadurch erfolgen, dass ein Schalter und eine Steuereinheit für diesen Schalter verwendet werden, um die Stromquelle und das Heizelement zu verbinden und zu trennen. Aus Kosten- und Effizienzgründen wird dies häufig unter Verwendung eines Schalter-MOSFET auf der Hochspannungsseite und auf der Niederspannungsseite umgesetzt, um das Heizelement von der Stromquelle bzw. Masse zu trennen.
Sofern die Spannung über den Schalter (auf der Hochspannungsseite oder der Niederspannungsseite) nicht stabil ist, könnte die relativ große Ausgangskapazität der MOSFETs im AUS-Zustand zu ungewünschten und variierenden Impedanzen zwischen dem Heizelement und Erdpotential führen. Diese variierenden Impedanzen beeinträchtigen unmittelbar die Leistung der kapazitiven Messung, wenn das Heizelement als Sensorelektrode verwendet wird, aber auch falls das Heizelement als Schutzelektrode verwendet wird, z. B. falls die Isolierungskapazität zwischen der Sensorelektrode und dem Heizelement groß ist und/oder falls die Schutztreiberschaltung, und somit die Schutzspannung, gegenüber einer Lastschwankung empfindlich ist.
Ein weiteres Problem besteht darin, dass, obwohl die MOSFETs auf der Hochspannungsseite und auf der Niederspannungsseite während des kapazitiven Abtastens offen sind, das Heizelement immer noch über Gleichstrom durch die eigenen Körperdioden der MOSFETs mit geringer Impedanz an die Energiequelle gekoppelt sein können, falls die Energieversorgungsspannung unter die Spannung fällt, die von der Messschaltung an das Heizelement angelegt wird, wodurch die jeweilige MOSFET-Körperdiode vorwärts gespannt wird.
In manchen Umgebungen, wie bei Kraftfahrzeuganwendungen, können kurze negative Spannungsimpulse oder Energieunterbrechungen im Mikrobereich auftreten. Dies kann bei jedem System ein Problem sein, welches während dieser elektrischen Ereignisse vollkommen funktional bleiben sollte, da die Energieversorgungstransienten das kapazitive Messsystem durch Stören des Abtast- bzw. Schutzsignals, welches dem Heizelement zugeführt wird, und/oder durch Überlasten der kapazitiven Erkennungsvorrichtung beeinträchtigen können. Außerdem könnte auch ein Verpolungszustand der Batterie die Schalter-MOSFETs beschädigen, sofern diese ihre maximale Grenzschichttemperatur übersteigen.
Aufgabe der Erfindung
Somit besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, die Genauigkeit einer kapazitiven Erkennung zu erhöhen, die ein Heizungselement als Elektrode nutzt.
Diese Aufgabe wird durch eine Sensoranordnung nach Anspruch 1 gelöst.
Allgemeine Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung stellt eine Sensoranordnung zur kapazitiven Erkennung eines Objekts zur Verfügung. Die Sensoranordnung ist dafür ausgelegt, das Vorliegen eines Objekts, z. B. einer Person oder eines Körperteils einer Person, zu erkennen und möglicherweise auch eine Position des Objekts zu erkennen und/oder das Objekt zu klassifizieren. Die Sensoranordnung ist zur kapazitiven Erkennung ausgelegt, was bedeutet, dass die Erkennung des Objekts auf dem Messen einer Kapazität bzw. einer Größe basiert, die von einer Kapazität abhängt.
Die Sensoranordnung umfasst eine Elektrodenanordnung, die ein Heizelement als Elektrode umfasst. Die elektrische Anordnung kann eine einzelne Elektrode oder eine Vielzahl von Elektroden umfassen. Es versteht sich, dass mindestens eine Elektrode eine Sensorelektrode ist, wie nachstehend erläutert wird. Eine (und möglicherweise die einzige) Elektrode der Sensoranordnung ist ein Heizelement. Dieses Heizelement kann zum elektrischen Heizen verwendet werden, d. h. wenn ein Heizstrom durch das Heizelement fließt, wird auf Grund des elektrischen Widerstands des Heizelementes Wärme erzeugt. Die Form und Größe des Heizelements und anderer Elektroden, falls diese vorhanden sind, sind im Rahmen der Erfindung nicht begrenzt. Die Elektroden können aus jeder Art von leitfähigem Material gefertigt sein, z. B. Metallblech, Metalldraht, leitfähige Folie oder dergleichen. Bei manchen Ausführungsformen können die Sensorelektroden aus einem flexiblen Material gefertigt sein.
Die Sensoranordnung umfasst ferner eine Erkennungsvorrichtung, die dafür geeignet ist, ein Erkennungssignal an eine Sensorelektrode der Elektrodenanordnung anzulegen und kapazitiv das Vorliegen eines Objekts in der Nähe der Sensorelektrode zu erkennen. Der Begriff „Erkennungsvorrichtung“ soll in Bezug auf die physische Konfiguration in keiner begrenzenden Weise ausgelegt werden. Zum Beispiel kann die Erkennungsvorrichtung mehrere physisch voneinander beabstandete Komponenten umfassen, die drahtlos oder durch einen Draht getrennt oder miteinander verbunden sein könnten. Zumindest einige Aspekte der Erkennungsvorrichtung können softwareimplementiert sein. Die Erkennungsvorrichtung ist dafür geeignet, ein Erkennungssignal an eine Sensorelektrode der Elektrodenanordnung anzulegen, das impliziert, dass die Erkennungsvorrichtung mit der Sensorelektrode verbunden, d. h. elektrisch verbunden, ist. Hier und im Folgenden schließt „elektrisch verbunden“ die Möglichkeit ein, dass zwei Elemente nicht leitfähig, sondern nur kapazitiv, z. B. über einen Kondensator, oder induktiv verbunden sind. Das Erkennungssignal ist normalerweise ein Wechselstromsignal, aber es könnte gegebenenfalls eine Gleichstromkomponente umfassen. Die Form des Erkennungssignals ist nicht begrenzt und könnte z. B. ein sinusförmiges, rechteckiges oder dreieckiges Signal sein. Normalerweise ist das Erkennungssignal ein Spannungssignal, das an die Sensorelektrode angelegt wird, was zu einem elektrischen Feld zwischen der Sensorelektrode und Masse (oder möglicherweise zwischen zwei Sensorelektroden) führt. Dieses elektrische Feld kann durch ein Objekt in der Nähe der Sensorelektrode beeinflusst werden. Mit anderen Worten ändert sich die Kapazität, die der Sensorelektrode zugeordnet ist. Dies beeinträchtigt wiederum die Impedanz der Sensorelektrode und somit eine Beziehung zwischen der an die Sensorelektrode angelegten Spannung und dem durch diesen hindurchfließenden Strom. Es gibt verschiedene, auf dem Fachgebiet bekannte Verfahren, wie ein Objekt basierend auf der Amplitudenbeziehung und/oder der Phasendifferenz zwischen der Spannung und dem Strom identifiziert und möglicherweise klassifiziert werden kann. Die Erkennungsvorrichtung ist dafür geeignet, das Objekt kapazitiv zu erkennen, was die Möglichkeit einschließt, dass das Objekt zusätzlich klassifiziert werden kann. Insbesondere kann die Erkennungsvorrichtung eine Messschaltung umfassen, die dafür geeignet ist, das Erkennungssignal anzulegen und das Vorliegen des Objekts zu erkennen.
Ein Schalter der Sensoranordnung auf der Hochspannungsseite ist zwischen einer Heizenergiequelle mit einem ersten Potential und dem Heizelement angeschlossen. Die Heizenergiequelle ist normalerweise eine Spannungsquelle, die idealerweise ein angemessen stabiles Gleichstrompotential bereitstellt. In vielen Anwendungen, wie in Kraftfahrzeugsystemen, unterliegt das jeweilige Potential jedoch Schwankungen, d. h. Wechselstromkomponenten, und kann sogar vorübergehende Polaritätsumkehrungen erfahren. Vorzugsweise ist das erste Potential zumindest die meiste Zeit positiv. Der Schalter auf der Hochspannungsseite ist zwischen der Heizenergiequelle und dem Heizelement angeschlossen, d. h. er ist (direkt oder indirekt) mit der Heizenergiequelle bzw. dem Heizelement verbunden. Der Schalter auf der Hochspannungsseite hat zwei Schaltzustände, die als geschlossener Zustand und offener Zustand oder EIN-Zustand und AUS-Zustand bezeichnet werden kann.
Ferner ist ein Schalter auf der Niederspannungsseite der Sensoranordnung zwischen dem Heizelement und einem zweiten Potential angeschlossen. Wie durch die Begriffe „Schalter auf der Hochspannungsseite“ und „Schalter auf der Niederspannungsseite“ angedeutet wird, ist das erste Potential normalerweise höher als das zweite Potential. Insbesondere kann das zweite Potential Masse, d. h. Erdpotential sein. Vorzugsweise ist der Schalter auf der Niederspannungsseite dauerhaft mit dem Heizelement und dem zweiten Potential verbunden, d. h. es gibt keinen zusätzlichen zwischengeschalteten Schalter, durch den die elektrischen Verbindungen unterbrochen werden können. Die Verbindung ist normalerweise eine Gleichstromverbindung und kann eine direkte Verbindung sein, obwohl es denkbar wäre, dass ein passives Element, wie ein Widerstand, zwischen dem Schalter auf der Niederspannungsseite einerseits und dem Heizelement und/oder dem zweiten Potential andererseits zwischengeschaltet ist. Der Schalter auf der Hochspannungsseite hat auch zwei Schaltzustände, die als geschlossener Zustand und offener Zustand oder EIN-Zustand und AUS-Zustand bezeichnet werden können.
Die Sensoranordnung umfasst auch eine Tor-Steuereinheit, die dazu geeignet ist, in einem Heizmodus den Schalter auf der Hochspannungsseite und den Schalter auf der Niederspannungsseite zu schließen und in einem Erkennungsmodus den Schalter auf der Hochspannungsseite und den Schalter auf der Niederspannungsseite zu öffnen. Im Heizmodus sind die oben erwähnten Schalter geschlossen und das Heizelement ist zwischen dem ersten Potential und dem zweiten Potential angeschlossen, so dass ein Heizstrom durch das Heizelement fließt. Im Erkennungsmodus, der auch als Messmodus bezeichnet werden könnte, werden die Schalter geöffnet, um den Heizstrom zu unterbrechen. Während des Erkennungsmodus dient das Heizelement als Elektrode, die zur kapazitiven Erkennung des oben erwähnten Objektes verwendet wird oder zumindest diese erleichtert. Normalerweise werden der Heizmodus und der Erkennungsmodus abwechselnd ausgeführt. In vielen Anwendungen reicht es aus, wenn die Erkennung nur in bestimmten (konstanten oder variierenden) Intervallen ausgeführt wird, z. B. jede Sekunde oder alle paar Sekunden während wenigen Millisekunden, während das Heizen mehr oder weniger kontinuierlich mit kurzen Unterbrechungen durch den Erkennungsmodus ausgeführt werden kann. Die Zeitsteuerung des Erkennungsmodus und des Heizmodus kann durch die Erkennungsvorrichtung, die Tor-Steuereinheit oder durch eine andere Vorrichtung gesteuert werden. Normalerweise wird der Betrieb der Erkennungsvorrichtung während des Heizmodus unterbrochen. Wie bei der Erkennung kann die Tor-Steuereinheitsvorrichtung mehrere physisch voneinander beabstandete Komponenten umfassen, die drahtlos oder durch einen Draht getrennt oder miteinander verbunden sein könnten. Zumindest einige Aspekte der Tor-Steuereinheit können softwareimplementiert sein.
Die Erkennungsanordnung umfasst ferner eine Entkopplungsschaltung. Die Entkopplungsschaltung kann auch mehrere physisch voneinander beabstandete Komponenten umfassen, die drahtlos oder durch einen Draht getrennt oder miteinander verbunden sein könnten. Obwohl dies normalerweise unnötig ist, könnten einige Aspekte der Entkopplungsschaltung softwareimplementiert sein. Die Entkopplungsschaltung umfasst einen Entkopplungs-MOSFET, der zwischen dem Schalter auf der Hochspannungsseite und dem Heizelement angeschlossen ist, wobei die Tor-Steuereinheit dazu geeignet ist, den Entkopplungs-MOSFET im Heizmodus zu schließen und den Entkopplungs-MOSFET im Erkennungsmodus zu öffnen. Der Begriff „Entkopplungs-MOSFET“ drückt einfach die Funktion des jeweiligen MOSFET aus und soll nicht in irgendeiner begrenzten Weise ausgelegt werden. Dieser MOSFET ist (direkt oder indirekt) mit dem Schalter auf der Hochspannungsseite und dem Heizelement verbunden. Einer von dem Source- und Drain-Anschluss des Entkopplungs-MOSFET ist mit dem Schalter auf der Hochspannungsseite verbunden und der andere ist mit dem Heizelement verbunden, und zwar entweder direkt oder indirekt über mindestens ein Zwischenelement. Normalerweise sind die jeweiligen Verbindungen direkte Verbindungen. Die Tor-Steuereinheit ist auch (zumindest indirekt) mit dem Entkopplungs-MOSFET, genauer mit dem Tor des Entkopplungs-MOSFET, verbunden. Die Tor-Steuereinheit schließt den MOSFET im Heizmodus und öffnet den MOSFET im Erkennungsmodus, normalerweise gleichzeitig mit dem Schalter auf der Hochspannungsseite und dem Schalter auf der Niederspannungsseite.
Ferner ist die Entkopplungsschaltung dafür geeignet, während des Erkennungsmodus aktiv ein drittes Potential an einem ersten Knoten bereitzustellen, wobei der erste Knoten zwischen dem Schalter auf der Hochspannungsseite und dem Entkopplungs-MOSFET angeschlossen ist. Das dritte Potential ist ein Gleichstrompotential und wird vorzugsweise während des Erkennungsmodus stabilisiert, z. B. dahingehend, dass es von einem Mittelwert um weniger als 0,5 V, weniger als 0,1 V, weniger als 0,05 V oder weniger als 0,01 V abweicht. Die bevorzugte Stabilität kann auch von der Anwendung abhängen. Sofern das Heizelement als Schutzelektrode verwendet wird, wie nachstehend beschrieben, kann die Abweichung von dem Mittelwert im Bereich von mehreren 100 mV liegen, während, sofern das Heizelement als Sensorelektrode verwendet wird, die Abweichung geringer sein sollte, z. B. unterhalb von 10 mV. Auch ist dieses dritte Potential vorzugsweise von dem ersten Potential (und dem zweiten Potential, falls dieses von Masse verschieden ist) unabhängig, so dass mögliche Schwankungen des ersten (oder zweiten) Potentials das dritte Potential nicht beeinträchtigen. Folglich ist während des Erkennungsmodus die Spannung über den Entkopplungs-MOSFET von dem von der Heizenergiequelle bereitgestellten ersten Potential weitgehend unabhängig. Dies ist äußerst vorteilhaft, wenn das erste Potential von Schwankungen irgendeiner Art beeinträchtigt ist. Es sei angemerkt, dass im Erkennungsmodus, wenn der Schalter auf der Hochspannungsseite und der Entkopplungs-MOSFET offen sind, der erste Knoten normalerweise von der Heizenergiequelle und dem Heizelement vom Gleichstrom entkoppelt sind. Demgemäß kann die Spannung über den Entkopplungs-MOSFET als mehr oder weniger konstant angesehen werden. Dies wird auch durch ein zumindest annähernd konstantes Potential unterstützt, das von der Tor-Steuereinheit an das Tor des Entkopplungs-MOSFET angelegt wird. Folglich werden die Kapazitäten, die dem Entkopplungs-MOSFET zugeordnet sind, insbesondere seine Eingangskapazität (auch als Gate-Source-Kapazität C_GS bezeichnet) zwischen Tor und Source und seine Ausgangskapazität (auch als Drain-Source-Kapazität C_DS bezeichnet) zwischen Drain und Source, stabilisiert und haben eine verringerte (variierende) Ladungsauswirkung auf die Heizungselektrode und somit auf die gesamte, von der Erkennungsvorrichtung erkannte Kapazität.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Heizelement eine Schutzelektrode der Elektrodenanordnung. In diesem Fall umfasst die elektrische Anordnung mindestens eine Sensorelektrode und die Schutzelektrode, die durch das Heizelement bereitgestellt wird. Die Schutzelektrode kann an einen Schutztreiber angeschlossen werden, der wie die vorstehend erwähnte Messschaltung Teil der Erkennungsvorrichtung sein kann. In jedem Fall muss das Potential der Schutzelektrode zum Potential an der Sensorelektrode jederzeit identisch sein, oder jegliche Unterschiede zwischen diesen Potentialen sollten möglichst gering sein. Es versteht sich, dass die Funktion der Schutzelektrode darin besteht, die Erzeugung eines elektrischen Felds zwischen der Sensorelektrode und der Schutzelektrode zu verhindern, so dass die Sensorelektrode in Richtung der Schutzelektrode nicht empfindlich ist. Die Schutzelektrode kann auch als Abschirmelektrode bezeichnet werden.
Es ist auch möglich, dass das Heizelement eine Sensorelektrode der Elektrodenanordnung ist. In dieser Ausführungsform kann die elektrische Anordnung auch eine Schutzelektrode umfassen. Dies ist normalerweise eine dedizierte Elektrode, die nur mit der Erkennungsvorrichtung verbunden ist. Die Schutzelektrode könnte jedoch auch ein (zweites) Heizelement sein, das zwischen dem gleichen Schalter auf der Hochspannungsseite und dem Schalter auf der Niederspannungsseite oder zwischen zwei separaten Schaltern angeschlossen sein könnte. Beide Heizelemente könnten während des Heizmodus mit der gleichen Heizenergiequelle verbunden sein, z. B. parallel zwischen dem ersten Potential und dem zweiten Potential verbunden sein, während sie von dem ersten und zweiten Potential getrennt sind und während des Abtastmodus separat als Sensorelektrode bzw. Schutzelektrode betrieben werden. Es sei angemerkt, dass der effektive Betrieb der Schutzelektrode und der Sensorelektrode normalerweise eine gestapelte Anordnung erfordert, was bei zwei Heizelementen schwer umzusetzen sein kann.
Es gibt verschiedene denkbare Anwendungen für die erfindungsgemäße Sensoranordnung. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Sensoranordnung zur Handerkennung auf einem Lenkrad eines Fahrzeugs, normalerweise eines Landfahrzeugs, wie eines Autos, geeignet. Eine Anwendung auf andere Fahrzeuge, wie See- oder Luftfahrzeuge, ist jedoch auch denkbar. Bei einer solchen Ausführungsform ist die mindestens eine Elektrode der Elektrodenanordnung unter einer Oberfläche des Lenkrads angeordnet, wobei eine Hand eines Benutzers und gegebenenfalls eine Position der Hand erkannt werden kann. Normalerweise ist die mindestens eine Elektrode unterhalb einer Isolierungsverkleidung angeordnet, die die physische Oberfläche des Lenkrads bildet, die dafür ausgelegt ist, von einem Benutzer berührt zu werden. Das Heizelement, das eine Elektrode der Elektrodenanordnung ist, ist natürlich unter der Oberfläche des Lenkrads angeordnet. Sofern die Sensoranordnung eine Sensorelektrode und eine Schutzelektrode umfasst, ist die Sensorelektrode normalerweise näher an der Oberfläche angeordnet, d. h. über der Schutzelektrode. Andere Komponenten der Sensoranordnung (die Erkennungsvorrichtung, die Tor-Steuereinheit usw.) können in dem Lenkrad oder außerhalb von diesem angeordnet sein. Es ist anzumerken, dass das Lenkrad mit mehr als einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung versehen werden könnte, falls dies als vorteilhaft erachtet wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Sensoranordnung zur Belegungserkennung eines Fahrzeugsitzes geeignet. Die mindestens eine Elektrode kann in einem Sitzabschnitt oder in einer Rückenlehne des Fahrzeugsitzes angeordnet sein. Die jeweilige Elektrode kann unterhalb oder innerhalb eines Sitzpolsters angeordnet sein. Wiederum könnten einige Komponenten der Sensoranordnung außerhalb des Fahrzeugsitzes oder innerhalb von diesem, z. B. in der Nähe mindestens einer Elektrode, angeordnet sein. Bei dieser Ausführungsform ist die Sensoranordnung dafür geeignet, einen Insassen auf dem Fahrzeugsitz zu erkennen, was gegebenenfalls die Möglichkeit beinhaltet, einen Insassen von einem unbelebten Objekt zu unterscheiden und/oder einen Erwachsenen von einem Kind zu unterscheiden. Der Fahrzeugsitz könnte wiederum mit mehr als einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung versehen sein.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst mindestens einer von dem Schalter auf der Hochspannungsseite und dem Schalter auf der Niederspannungsseite einen Schalter-MOSFET. Insbesondere kann der jeweilige Schalter ein Schalter-MOSFET sein. In diesem Zusammenhang dient der Begriff „Schalter-MOSFET“ einfach dazu, sich von dem vorstehend erwähnten Entkopplungs-MOSFET zu unterscheiden, und in manchen Ausführungsformen können diese MOSFETs sogar von der gleichen Art sein. In einer typischen Ausführungsform ist der Schalter auf der Hochspannungsseite ein erster Schalter-MOSFET und der Schalter auf der Niederspannungsseite ein zweiter Schalter-MOSFET. Normalerweise ist der Drain-Anschluss des jeweiligen Schalter-MOSFET (direkt oder indirekt) mit dem ersten Potential verbunden, während der Source-Anschluss mit dem zweiten Potential verbunden ist. Das Tor des jeweiligen Schalter-MOSFET ist mit der Tor-Steuereinheit verbunden, die dadurch die Impedanz zwischen Source und Drain steuert. Beide Schalter-MOSFETs können N-Kanal-MOSFETs sein, aber mindestens ein Schalter-MOSFET kann auch ein P-Kanal-MOSFET sein.
Es wird bevorzugt, dass eine Körperdiode des Entkopplungs-MOSFET eine Durchlassrichtung entgegengesetzt zur Durchlassrichtung von Körperdioden des Schalters auf der Hochspannungsseite und des Schalters auf der Niederspannungsseite aufweist. Wie auf dem Fachgebiet bekannt ist, kann jeder MOSFET durch eine Körperdiode oder Eigendiode charakterisiert sein, die zwischen Source und Drain gebildet ist. In dieser Ausführungsform sind die Schalter normalerweise Schalter-MOSFETs, die eine solche Körperdiode einschließen. Der jeweilige Schalter-MOSFET ist so angeschlossen, dass eine Durchlassrichtung seiner Körperdiode von dem zweiten Potential zum ersten Potential hin ausgerichtet ist. Mit anderen Worten wird, wenn das erste Potential höher als das zweite Potential ist, die jeweilige Körperdiode in Sperrrichtung betrieben. Die Durchlassrichtung der Körperdiode des Entkopplungs-MOSFET ist jedoch entgegengesetzt zu den Richtungen der Körperdioden der Schalter-MOSFETs. Demgemäß werden, sofern negative Spannungstransienten der ersten Spannungsquelle auftreten, d. h. sofern das erste Potential vorübergehend unter dem zweiten Potential liegt, die Körperdioden der Schalter-MOSFETs in Durchlassrichtung betrieben, während die Körperdiode des Entkopplungs-MOSFET in Sperrrichtung betrieben wird, wodurch wirksam jegliche Auswirkung von negativen Spannungstransienten auf das Heizelement unterdrückt wird. Je nach Anwendung können negative Spannungstransienten unwahrscheinlich oder unmöglich sein. In einem solchen Fall ist es auch möglich, dass die Durchlassrichtungen aller drei Körperdioden gleich sind.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Entkopplungs-MOSFET ein N-Kanal-MOSFET. Normalerweise ist der Drain-Anschluss (direkt oder indirekt) mit dem Heizelement verbunden, während der Source-Anschluss mit dem ersten Knoten verbunden ist, um die oben erwähnte entgegengesetzte Ausrichtung der Körperdiode zu erreichen. Alternativ kann der Entkopplungs-MOSFET ein P-Kanal-MOSFET sein. In diesem Fall ist der Drain-Anschluss normalerweise (direkt oder indirekt) mit dem ersten Knoten verbunden, während der Source-Anschluss mit dem Heizelement verbunden ist. Wird ein N-Kanal-MOSFET verwendet, erfordert dies normalerweise eine komplexere Tor-Steuereinheit, während andererseits ein N-Kanal-MOSFET normalerweise zu einer geringeren Ausgangskapazität zwischen dem Heizelement und dem ersten Knoten führt. Dies liegt daran, dass bei ähnlichen Stromkennzeichen ein N-Kanal-MOSFET im Allgemeinen kleiner als ein P-Kanal-MOSFET ist.
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, wie das dritte Potential am ersten Knoten bereitgestellt werden kann. Gemäß einer Ausführungsform ist der erste Knoten mit einer ersten Gleichspannungsquelle über ein erstes Widerstandselement verbunden. Das erste Widerstandselement hat einen elektrischen Widerstand und ist normalerweise ein Widerstand oder eine Kombination von Widerständen. Die erste Gleichspannungsquelle ist dafür geeignet, zumindest während des Erkennungsmodus eine Gleichstromspannung zu liefern, die dann zu einem stabilisierten dritten Potential am ersten Knoten führt. Es sei angemerkt, dass das dritte Potential auf Grund eines Spannungsabfalls am ersten Widerstandselement möglicherweise nicht mit der von der ersten Spannungsquelle gelieferten Spannung identisch ist. In den meisten Fällen ist jedoch ein solcher Spannungsabfall irrelevant und kann vernachlässigt werden.
Vorzugsweise ist der erste Knoten mit Wechselstrom geerdet. Insbesondere kann der erste Knoten über ein kapazitives Element mit Masse verbunden sein. Das kapazitive Element hat eine Kapazität, normalerweise begleitet von keinem oder nur einem vernachlässigbaren Widerstand und/oder einer Induktivität. Das kapazitive Element kann ein Kondensator sein. Diese Ausführungsform trägt sehr dazu bei, das dritte Potential zu stabilisieren. Insbesondere können jegliche transienten Änderungen des ersten Potentials, entsprechend Wechselstromkomponenten der Spannung zwischen dem ersten Potential und dem zweiten Potential, weitgehend von dieser Wechselstromerdung aufgenommen werden.
Ferner kann die Entkopplungsschaltung dazu geeignet sein, während des Erkennungsmodus aktiv ein viertes Potential an einem zweiten Knoten zwischen dem Heizelement und dem Schalter auf der Niederspannungsseite bereitzustellen. Dieses vierte Potential ist vorzugsweise stabilisiert, z. B. dahingehend, dass es von einem Mittelwert um weniger als 0,5 V, weniger als 0,1 V, weniger als 0,05 V oder weniger als 0,01 V abweicht. Die bevorzugte Stabilität kann auch von der Anwendung abhängen. Sofern das Heizelement als Schutzelektrode verwendet wird, kann die Abweichung von dem Mittelwert im Bereich von mehreren 100 mV liegen, während, sofern das Heizelement als Sensorelektrode verwendet wird, die Abweichung geringer sein sollte, z. B. unterhalb von 10 mV. Der zweite Knoten befindet sich zwischen dem Heizelement und dem Schalter auf der Niederspannungsseite, d. h. er ist zwischen diesen beiden Elementen in Reihe geschaltet. Normalerweise ist der zweite Knoten direkt mit dem Schalter auf der Niederspannungsseite verbunden, so dass er auch das Potential an einem Anschluss des Schalters auf der Niederspannungsseite definiert, normalerweise das Potential an dem Drain-Anschluss eines Schalter-MOSFET. Daher ist der Schalter auf der Niederspannungsseite (MOSFET) zwischen dem vierten Potential (normalerweise an dem Drain-Anschluss), dem zweiten Potential (normalerweise an dem Source-Anschluss) und einem Potential, das von der Tor-Steuereinheit (an dem Tor) bereitgestellt wird, angeschlossen. Wenn das vierte Potential und das Potential an dem Tor angemessen stabil sind, ist eine Ausgangskapazität des Schalters auf der Niederspannungsseite (MOSFET) auch stabilisiert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das vierte Potential vorgesehen, indem der zweite Knoten über ein zweites Widerstandselement an eine zweite Gleichspannungsquelle angeschlossen wird. Wie beim ersten Widerstandselement hat das zweite Widerstandselement einen elektrischen Widerstand und ist normalerweise ein Widerstand oder eine Kombination von Widerständen. Die zweite Gleichspannungsquelle ist dafür geeignet, zumindest während des Erkennungsmodus eine Gleichspannung zu liefern, die dann zu einem stabilisierten vierten Potential am zweiten Knoten führt. Es sei angemerkt, dass das vierte Potential auf Grund eines Spannungsabfalls am zweiten Widerstandselement möglicherweise nicht mit der von der zweiten Spannungsquelle gelieferten Spannung identisch ist.
Die Tor-Steuereinheit kann mit dem Entkopplungs-MOSFET über ein drittes Widerstandselement verbunden sein. Wie beim ersten und zweiten Widerstandselement hat das dritte Widerstandselement einen elektrischen Widerstand und ist normalerweise ein Widerstand oder eine Kombination von Widerständen. Insbesondere ist das dritte Widerstandselement zwischen der Tor-Steuereinheit und dem Tor des Entkopplungs-MOSFET angeschlossen. Die Funktion des dritten Widerstandselements besteht darin, die Auswirkung der Belastung der Eingangskapazität des Entkopplungs-MOSFET zu begrenzen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Entkopplungsschaltung dazu geeignet, das dritte Potential und das vierte Potential bereitzustellen, so dass mindestens eine Körperdiode des Entkopplungs-MOSFET und der Schalter auf der Niederspannungsseite im Erkennungsmodus im Sperrbetrieb betrieben sind. Falls zum Beispiel der Entkopplungs-MOSFET ein P-Kanal-MOSFET ist, dessen Source mit dem Heizelement verbunden ist, muss das dritte Potential während des Erkennungsmodus geringer sein als das vierte Potential, um die jeweilige Körperdiode im Sperrbetrieb zu betreiben. Entsprechend muss, falls der Schalter auf der Niederspannungsseite ein N-Kanal-MOSFET ist, dessen Drain mit dem Heizelement verbunden ist, das dritte Potential während des Erkennungsmodus geringer sein als das vierte Potential, um die jeweilige Körperdiode im Sperrbetrieb zu betreiben.
Figurenliste
Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von nicht einschränkenden Ausführungsformen anhand der beigefügten Zeichnung, wobei:

1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung ist;
2 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung ist; und
3 eine schematische Ansicht einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung ist.

Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen
1 zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung 1, die zur Handerkennung auf einem Lenkrad oder Belegungserkennung auf dem Fahrzeugsitz verwendet werden könnte. Eine Erkennungsvorrichtung 10 ist mit einer Elektrodenanordnung 20 verbunden, die eine Sensorelektrode 21 und eine Schutzelektrode 22 umfasst. Die Schutzelektrode 22 ist ein Heizelement 4, das über eine Entkopplungsschaltung 60 und zwei Schalter-MOSFETs mit einer Heizenergiequelle 2 (z. B. einer Batterie des Fahrzeugs) durchgehend verbunden ist, die ein erstes Potential V₁ und ein zweites Potential, in diesem Fall Masse, liefert. Eine Sensorschaltung 11 der Erkennungsvorrichtung 10 ist über einen ersten Kondensator 13 mit der Sensorelektrode 21 verbunden. In einem Erkennungsmodus der Sensoranordnung 1 legt die Sensorschaltung 11 ein periodisches Erkennungssignal an die Sensorelektrode 21 an, die ein elektrisches Feld zwischen der Sensorelektrode 21 und Masse entstehen lässt. Eine komplexe Impedanz 3 zwischen der Sensorelektrode 21 und Masse wird von dem Vorliegen eines Objekts 100 beeinflusst, welches daher kapazitiv von der Sensorschaltung 11 erfasst werden kann. Ein Schutztreiber 12 ist durch einen zweiten Kondensator 14 mit der Schutzelektrode 22 verbunden. Während des Erkennungsmodus soll der Schutztreiber 12 ein periodisches Schutzsignal anlegen, das zu dem Erkennungssignal identisch ist, so dass die Sensorelektrode 21 und die Schutzelektrode 22 stets das gleiche Potential haben. Falls jedoch die Elektroden 21, 22 unterschiedliche Potentiale haben, so kann die Isolationskapazität 23 zwischen diesen die kapazitive Messung erheblich beeinträchtigen. Jegliche Störung des periodischen Signals auf der Schutzelektrode 22 wird zu einem (periodischen) elektrischen Potential zwischen der Sensorelektrode 21 und der Schutzelektrode 22 und somit zu einem parasitären periodischen Strom durch die Isolierungskapazität 23 führen. Dies würde zu einem Fehler in der Bestimmung der unbekannten Impedanz 3 führen.
Das Heizelement 4 ist durch einen Schalter-MOSFET auf der Hochspannungsseite 30 und einen Schalter-MOSFET auf der Niederspannungsseite 40 mit der Heizenergiequelle 2 bzw. Masse verbunden. Eine Tor-Steuereinheit 50 steuert die Schalter-MOSFETs 30, 40, um das Heizelement 4 während des Heizmodus mit der Energieversorgung 2 und Masse zu verbinden und das Heizelement 4 während des Erkennungsmodus von der Energieversorgung 2 und Masse zu trennen.
Die Entkopplungsschaltung 60 umfasst ein Entkopplungs-MOSFET 70, das auch von der Tor-Steuereinheit 50 gesteuert wird und in der passenden Richtung zwischen dem Schalter auf der Hochspannungsseite 30 und dem Heizelement 4 platziert ist. Die passende Richtung bedeutet, dass eine Körperdiode 72 des Entkopplungs-MOSFET 70 eine entgegengesetzte Durchlassrichtung in Bezug auf die Körperdioden 32, 42 des Schalters auf der Hochspannungsseite 30 und des Schalters auf der Niederspannungsseite 40 aufweist. Während des Erkennungsmodus sind der Schalter auf der Hochspannungsseite 30 und der MOSFET 70 ausgeschaltet. Ein erster Knoten 61 zwischen dem Schalter-MOSFET auf der Hochspannungsseite 30 und dem Entkopplungs-MOSFET 70 wird dann von der Energieversorgung 2 und dem Heizelement 4 vom Gleichstrom entkoppelt, wenn die Gleichstromimpedanzen der MOSFETs 30, 70 sehr hoch sind. Der erste Knoten 61 ist durch einen dritten Kondensator 64 mit Wechselstrom geerdet, was verhindert, dass transiente Energieversorgungsspannungen durch die Ausgangskapazitäten 31, 71 des Schalter-MOSFET auf der Hochspannungsseite 30 und des Entkopplungs-MOSFET 70 an das Heizelement 4 gekoppelt werden. Ein drittes Potential V₂ des ersten Knotens 61 wird von einer ersten Gleichspannungsquelle 62 und einem ersten Widerstand 63 fixiert.
Auf ähnliche Weise wird ein viertes Potential V₃ eines zweiten Knotens 65 zwischen dem Heizungselement 4 und dem Schalter-MOSFET auf der Niederspannungsseite 40 von einer zweiten Gleichspannungsquelle 66 und einem zweiten Widerstand 67 vorgesehen. Die Spannung über den Entkopplungs-MOSFET 70 ist somit konstant und weniger empfindlich gegenüber den Schwankungen der Energieversorgung 2. Dies schützt das Heizungselement 4, d. h. die Schutzelektrode 22, vor einem Effekt einer dynamischen kapazitiven Laständerung auf Grund der Empfindlichkeit der Ausgangskapazität 71 (d. h. C_SD) gegenüber Spannungsänderungen über den Entkopplung-MOSFET 70. Die Gleichspannung über eine Eingangskapazität 73 (d. h. C_GS) des Entkopplungs-MOSFET 70 ist auch durch die Tor-Steuereinheit 50 fixiert, und die Auswirkung der Belastung der Eingangskapazität 73 ist durch einen dritten Widerstand 68, der zwischen der Tor-Steuereinheit 50 und dem Tor des Entkopplungs-MOSFET 70 angeordnet ist, begrenzt. Typischerweise stellen Ausgangs- und Eingangskapazitäten der Schalter-MOSFET 30, 40 Werte dar, die zwischen mehreren 100 pF und mehreren nF liegen. Das Gleichstromvorspannen des zweiten Knotens 65 begrenzt auch die Änderungen einer Ausgangskapazität 41 des Schalter-MOSFET auf der Niederspannungsseite 40.
Infolge der Platzierung des Entkopplungs-MOSFET 70 verhindert dessen Körperdiode 72, dass negative Spannungstransienten der Energieversorgung 2 das Heizelement 4 durch eigene Körperdioden 32, 42 der Schalter-MOSFETs auf der Hochspannungsseite und der Niederspannungsseite 30, 40 erreichen. Dies verhindert eine Überlastung des Schutztreibers 12 oder eine Störung des periodischen Schutzsignals, das an das Heizelement 4 angelegt wird. Die Widerstände 63, 67 und die Gleichspannungsquellen 62, 66 stellen dem Knoten 61, 65 Gleichstrompotentiale V₂, V₃ bereit, um die Körperdioden 42, 72 des Schalter-MOSFET auf der Niederspannungsseite 40 und des Entkopplungs-MOSFET 70 im Sperrbetrieb zu betreiben, so dass sie während des Erkennungsmodus nicht leitfähig sein können.
Während des Heizens wird der Entkopplungs-MOSFET 70 von der Tor-Steuereinheit 50 auf EIN geschaltet und der Heizenergieverlust wird auf Grund der kleinen Impedanz (d. h. R_DSON) des Entkopplungs-MOSFET 70 begrenzt.
In 1 ist der Entkopplungs-MOSFET 70 als ein P-Kanal-MOSFET dargestellt. Ein N-Kanal-MOSFET, dessen Source mit dem Knoten 61 verbunden ist und dessen Drain mit dem Heizelement 4 verbunden ist, könnte jedoch auch verwendet werden. In diesem Fall müsste die Tor-Steuereinheit 50 etwas komplexer sein, um den MOSFET 70 während eines Ereignisses einer negativen Energieversorgung auf AUS zu schalten, d. h. eine vorübergehende Umkehrung der Polarität des ersten Potenzials V₁, die z. B. als Teil eines charakteristischen Rauschens in einem Fahrzeugenergienetzwerk auftreten könnte. Andererseits führt die Verwendung eines N-Kanal-MOSFET zu einer geringeren Ausgangskapazität 71 zwischen dem Heizelement 4 und dem ersten Knoten 61, da für ähnliche Stromkennzeichen N-Kanal-MOSFETs eine kleinere Größe haben als P-Kanal-MOSFETs.
2 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung 1, die weitgehend identisch zu der ersten Ausführungsform ist und insofern nicht erneut erläutert wird. Hier wird das Heizelement 4 während des Erkennungsmodus als Sensorelektrode 21 verwendet. Obwohl dies in 2 nicht gezeigt ist, könnte die Sensoranordnung 1 auch eine Schutzelektrode 22 umfassen, die mit einem Schutztreiber 12 verbunden ist. In dieser Konfiguration führen die parasitären Ausgangskapazitäten 31, 41, 71 der MOSFETs 30, 40, 70 einen relativ großen parasitären Kapazitätsversatz in die Messung der unbekannten Impedanz 3 ein.
Vorzugsweise kann diese Konfiguration z. B. für eine Sitzbelegungserkennung bestimmt sein, wenn die Klassifizierung des Objekts 100 durch die Erkennung einer relativ schnellen Schwankung der unbekannten Impedanz 3, zum Beispiel mit einem angemessenen adaptiven Baselining der Messung der Impedanz 3, ausgeführt wird (d. h. es könnte ein adaptiver Algorithmus mit einem Baselining-Merkmal verwendet werden, der die kapazitiven Messwerte auswertet und verschiedene Klassen bestimmt, die von der kapazitiven Messung unterschieden werden sollen). In diesem Fall sollte die Erkennung nicht gegenüber relativ langsamen parasitären Impedanzschwankungen empfindlich sein, die sich auf den Temperatureffekt beziehen. Der Entkopplungs-MOSFET 70 könnte entweder ein P-Kanal- oder ein N-Kanal-MOSFET sein, wie bereits erläutert wurde.
3 zeigt eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung 1, wobei der Entkopplungs-MOSFET 70 ein N-Kanal-MOSFET ist, dessen Körperdiode 72 die gleiche Durchlassrichtung aufweist wie die Körperdioden 32, 42 der Schalter-MOSFETs 30, 40. Da sie keinen Umkehrspannungsschutz bietet, wird diese Konfiguration vorzugsweise in einem System verwendet, welches gegenüber negativen Energieversorgungstransienten nicht empfindlich ist, oder in einem System, bei dem ein Umkehrspannungsschutz bereits vor der Heizenergieversorgung 2 verfügbar ist. Diese Konfiguration bietet eine ähnliche Entkopplung des Teils auf der Hochspannungsseite der Heizelementschaltung von der Energieversorgung 2 an. Der Entkopplungs-MOSFET 70 könnte entweder ein P-Kanal- oder ein N-Kanal-MOSFET sein.
Bezugszeichenliste

1: Sensoranordnung
2: Heizenergiequelle
3: Impedanz
10: Erkennungsvorrichtung
11: Sensorschaltung
12: Schutztreiber
13,14, 64: Kondensator
20: Elektrodenanordnung
21: Sensorelektrode
22: Schutzelektrode
23: isolierende Kapazität
30, 40: Schalter-MOSFET
31, 41, 71: Ausgangskapazität
32, 42, 72: Körperdiode
33, 73: Eingangskapazität
50: Schutzsteuereinheit
60: Entkopplungsschaltung
61, 65: Knoten
62, 66: Gleichspannungsquelle
63, 67, 68: Widerstand
70: Entkopplungs-MOSFET
100: Objekt
V1, V2, V3: Potential

Claims

Sensoranordnung (1) zur kapazitiven Erkennung eines Objekts (100), umfassend: - eine Elektrodenanordnung (20), die ein Heizelement (4) als Elektrode (21, 22) umfasst; - eine Erkennungsvorrichtung (10), die dazu geeignet ist, ein Erkennungssignal an eine Sensorelektrode (21) der Elektrodenanordnung (20) anzulegen und kapazitiv das Vorliegen eines Objekts (100) in der Nähe der Sensorelektrode (21) zu erkennen; - einen Schalter (30) auf der Hochspannungsseite, der zwischen einer Heizenergiequelle (2) mit einem ersten Potential (V₁) und dem Heizelement (4) angeschlossen ist; - einen Schalter (40) auf der Niederspannungsseite, der zwischen dem Heizelement (4) und einem zweiten Potential (GND) angeschlossen ist; - eine Tor-Steuereinheit (50), die dazu geeignet ist, den Schalter (30) auf der Hochspannungsseite und den Schalter (40) auf der Niederspannungsseite in einem Heizmodus zu schließen und den Schalter (30) auf der Hochspannungsseite und den Schalter (40) auf der Niederspannungsseite in einem Erkennungsmodus zu öffnen; - eine Entkopplungsschaltung (60), die einen Entkopplungs-MOSFET (70) umfasst, der zwischen dem Schalter (30) auf der Hochspannungsseite und dem Heizelement (4) angeschlossen ist, wobei die Tor-Steuereinheit (50) dazu geeignet ist, den Entkopplungs-MOSFET (70) im Heizmodus zu schließen und den Entkopplungs-MOSFET (70) im Erkennungsmodus zu öffnen, und die Entkopplungsschaltung (60) dazu geeignet ist, während des Erkennungsmodus aktiv ein drittes Potential (V₂) an einem ersten Knoten (61) bereitzustellen, wobei der erste Knoten (61) zwischen dem Schalter (30) auf der Hochspannungsseite und dem Entkopplungs-MOSFET (70) angeschlossen ist.
Sensoranordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Heizelement (4) um eine Schutzelektrode (22) der Elektrodenanordnung (20) handelt.
Sensoranordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Heizelement (4) um eine Sensorelektrode (21) der Elektrodenanordnung (20) handelt.
Sensoranordnung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Handerkennung auf einem Lenkrad eines Fahrzeugs geeignet ist.
Sensoranordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Belegungserkennung eines Fahrzeugsitzes geeignet ist.
Sensoranordnung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer von dem Schalter (30) auf der Hochspannungsseite und dem Schalter (40) auf der Niederspannungsseite einen Schalter-MOSFET (30, 40) umfasst.
Sensoranordnung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Körperdiode (71) des Entkopplungs-MOSFET (70) eine Durchlassrichtung entgegengesetzt zur Durchlassrichtung von Körperdioden (31, 41) des Schalters (30) auf der Hochspannungsseite und des Schalters (40) auf der Niederspannungsseite aufweist.
Sensoranordnung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Entkopplungs-MOSFET (70) ein N-Kanal-MOSFET ist.
Sensoranordnung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Entkopplungs-MOSFET (70) ein P-Kanal-MOSFET ist.
Sensoranordnung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Knoten (61) über ein erstes Widerstandselement (63) an eine erste Gleichspannungsquelle (62) angeschlossen ist.
Sensoranordnung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Knoten (61) über ein kapazitives Element (64) an Masse (GND) angeschlossen ist.
Sensoranordnung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entkopplungsschaltung (60) dazu geeignet ist, während des Erkennungsmodus aktiv ein viertes Potential (V₃) an einem zweiten Knoten (65) zwischen dem Heizelement (4) und dem Schalter (40) auf der Niederspannungsseite bereitzustellen.
Sensoranordnung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Knoten (65) über ein zweites Widerstandselement (67) an eine zweite Gleichspannungsquelle (66) angeschlossen ist.
Sensoranordnung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tor-Steuereinheit (50) über ein drittes Widerstandselement (68) an den Entkopplungs-MOSFET (70) angeschlossen ist.
Sensoranordnung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entkopplungsschaltung (60) dazu geeignet ist, das dritte Potential (V₂) und das vierte Potential (V₃) bereitzustellen, so dass mindestens eine Körperdiode (41, 71) des Entkopplungs-MOSFET (70) und des Schalters (40) auf der Niederspannungsseite im Erkennungsmodus im Sperrbetrieb betrieben ist.