DE202006021072U1

DE202006021072U1 - Circuit arrangement for detecting the capacitance or a capacitance change of a capacitive circuit or component

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Publication number: DE202006021072U1
Application number: DE200620021072
Authority: DE
Original assignee: IFM Electronic GmbH
Current assignee: IFM Electronic GmbH
Priority date: 2006-06-22
Filing date: 2006-06-22
Publication date: 2012-06-26
Anticipated expiration: 2016-06-23

Abstract

Schaltungsanordnung zur Erfassung der Kapazität bzw. einer Kapazitätsänderung eines kapazitiven Schaltungs- oder Bauelements mit einer Steuerungseinheit, mit einer von der Steuerungseinheit angesteuerten monostabilen Kippschaltung und mit einer Auswerteeinheit, wobei die monostabile Kippschaltung einen an die Steuerungseinheit angeschlossenen ersten Eingang, einen mit dem kapazitiven Schaltungs- oder Bauelement verbundenen zweiten Eingang und einen Ausgang aufweist, wobei beim Ansteuern der monostabilen Kippschaltung durch die Steuerungseinheit am Ausgang der monostabilen Kippschaltung ein Ausgangssignal entsteht oder Ausgangssignale entstehen, dessen bzw. deren Zeitdauer zur Kapazität der kapazitiven Schaltungs- oder Baueinheit proportional ist, wobei das Ausgangssignal bzw. die Ausgangssignale der monostabilen Kippschaltung in eine zu seiner bzw. ihrer Zeitdauer proportionale Signalspannung umgewandelt wird bzw. werden und wobei in der Auswerteeinheit aus der Signalspannung ein der Kapazität bzw. einer Kapazitätsänderung des kapazitiven Schaltungs- oder Bauelements entsprechender Erfassungswert gewonnen wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ausgang (7) der monostabilen Kippschaltung (3) ein von ihrem Ausgangssignal bzw. von ihren Ausgangssignalen steuerbarer...Circuit arrangement for detecting the capacitance or a change in capacitance of a capacitive circuit or component with a control unit, with a monostable multivibrator controlled by the control unit and with an evaluation unit, the monostable multivibrator having a first input connected to the control unit, one with the capacitive circuit or component connected second input and an output, wherein when driving the monostable multivibrator by the control unit at the output of the monostable multivibrator an output signal or output signals are generated, the duration of which is proportional to the capacitance of the capacitive circuit or component, the output signal or the output signals of the monostable multivibrator is or are converted into a signal voltage proportional to its or its duration, and in the evaluation unit one of the K from the signal voltage apacity or a change in capacitance of the capacitive circuit or component is obtained, characterized in that the output (7) of the monostable multivibrator (3) is controlled by its output signal or by its output signals ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erfassung der Kapazität bzw. einer Kapazitätsänderung eines kapazitiven Schaltungs- oder Bauelements, mit einer Steuerungseinheit, mit einer von der Steuerungseinheit angesteuerten monostabilen Kippschaltung und mit einer Auswerteeinheit, wobei die monostabile Kippschaltung einen an die Steuerungseinheit angeschlossenen ersten Eingang, einen mit dem kapazitiven Schaltungs- oder Bauelement verbundenen zweiten Eingang und einen Ausgang aufweist, wobei beim Ansteuern der monostabilen Kippschaltung durch die Steuerungseinheit am Ausgang der monostabilen Kippschaltung ein Ausgangssignal entsteht oder Ausgangssignale entstehen, dessen bzw. deren Zeitdauer zur Kapazität der kapazitiven Schaltungs- oder Baueinheit proportional ist, wobei das Ausgangssignal bzw. die Ausgangssignale der monostabilen Kippschaltung in eine zu seiner bzw. ihrer Zeitdauer proportionale Signalspannung umgewandelt wird bzw. werden und wobei in der Auswerteeinheit aus der Signalspannung ein der Kapazität bzw. einer Kapazitätsänderung des kapazitiven Schaltungs- oder Bauelements entsprechender Erfassungswert gewonnen wird.The invention relates to a circuit arrangement for detecting the capacitance or a capacitance change of a capacitive circuit or component, comprising a control unit, with a controlled by the control unit monostable multivibrator and with an evaluation, wherein the monostable multivibrator connected to the control unit first input, a connected to the capacitive circuit or component second input and an output, wherein when driving the monostable multivibrator by the control unit at the output of the monostable multivibrator, an output signal is produced or output signals arise whose or their duration proportional to the capacitance of the capacitive circuit or assembly is, wherein the output signal or the output signals of the monostable multivibrator is converted into a proportional to his or her time signal voltage or be and wherein in the evaluation unit from the signal voltage of a capacitance or a capacitance change of the capacitive circuit or device corresponding detection value is obtained.

Im Rahmen der Erfindung ist mit ”Kapazität” der Kapazitätswert eines kapazitiven Schaltungs- oder Bauelements gemeint; eine ”Kapazitätsänderung” meint folglich eine Änderung des Kapazitätswertes eines kapazitiven Schaltungs- oder Bauelements. Mit ”Erfassung” der Kapazität bzw. einer Kapazitätsänderung ist im Rahmen der Erfindung sowohl eine nur qualitative Erfassung als auch eine quantitative Erfassung, also eine echte Messung, gemeint. ”Kapazitives Schaltungs- oder Bauelement” meint im Rahmen der Erfindung jedes Schaltungselement und jedes Bauelement, das kapazitive Eigenschaften hat, häufig auch als Kapazität bezeichnet wird, wobei dann nicht der Kapazitätswert gemeint ist. Ein ”kapazitives Schaltungs- oder Bauelement” ist insbesondere ein Kondensator. Als ”kapazitives Schaltungs- oder Bauelement” wird im Rahmen der Erfindung aber auch die Elektrode eines kapazitiven Näherungsschalter, im Zusammenwirken mit einem Beeinflussungskörper, bezeichnet. ”Kapazitives Schaltungs- oder Bauelement” meint im Rahmen der Erfindung z. B. aber auch die Kapazität, die miteinander kapazitiv wirkende Leitungen darstellen. Nachfolgend wird statt von einem ”kapazitiven Schaltungs- oder Bauelement” auch von einem Sensorkondensator gesprochen, ohne daß damit eine Einschränkung auf einen Kondensator im engeren Sinne verbunden ist.In the context of the invention, "capacitance" means the capacitance value of a capacitive circuit or component; a "capacity change" thus means a change in the capacitance value of a capacitive circuit or device. By "detection" of the capacity or a change in capacity is meant within the scope of the invention both only qualitative detection and a quantitative detection, ie a true measurement. "Capacitive circuit or component" in the context of the invention means any circuit element and any component that has capacitive properties, often referred to as capacitance, in which case the capacitance value is not meant. A "capacitive circuit or component" is in particular a capacitor. In the context of the invention, however, the term "capacitive circuit or component" also refers to the electrode of a capacitive proximity switch in cooperation with an influencing element. "Capacitive circuit or component" means within the scope of the invention z. B. but also the capacity, which constitute capacitive acting lines with each other. Hereinafter, instead of a "capacitive circuit or component" also spoken by a sensor capacitor, without this being a restriction to a capacitor in the strict sense is connected.

Kippschaltungen sind mitgekoppelte Digitalschaltungen (vergleiche Tietze/Schenk ”Halbleiter-Schaltungstechnik”, 12. Auflage, Seite 600 ). Sie unterscheiden sich von den mitgekoppelten Linearschaltungen (Oszillatoren) dadurch, daß ihre Ausgangsspannung sich nicht kontinuierlich ändert, sondern nur zwischen zwei festen Werten hin und her springt. Der Umkippvorgang kann auf verschiedene Weise ausgelöst werden. Eine monostabile Kippschaltung, die zu der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung gehört, besitzt nur einen stabilen Zustand. Der zweite Zustand ist nur für eine bestimmte, durch die Dimensionierung festgelegte Zeitdauer stabil. Nach Ablauf dieser Zeitdauer kippt die Schaltung wieder von alleine in den stabilen Zustand zurück. Sie wird deshalb: auch als Zeitschalter, Monoflop, Univibrator oder Oneshot bezeichnet. Monostabile Kippschaltungen können ganz unterschiedlich realisiert werden (siehe zum Beispiel Tietze/Schenk, aaO, Seiten 603 und 604, 608 und 609 sowie 618 bis 620 ). Zu ihrer Realisierung können insbesondere logische Bauelemente miteinander verknüpft werden, zum Beispiel XOR, Äquivalenz, AND, NAND, NOR, OR oder/und ein Flip-Flop.Flip-flops are digitally coupled circuits (cf. Tietze / Schenk "Semiconductor Circuit Technology", 12th edition, page 600 ). They differ from the coupled linear circuits (oscillators) in that their output voltage does not change continuously, but only jumps between two fixed values. The tipping process can be triggered in various ways. A monostable multivibrator belonging to the circuit arrangement according to the invention has only one stable state. The second state is stable only for a certain period of time determined by the sizing. After this period has elapsed, the circuit automatically returns to the stable state by itself. It is therefore also known as a timer, monoflop, univibrator or oneshot. Monostable multivibrators can be realized in very different ways (see for example Tietze / Schenk, supra, pages 603 and 604, 608 and 609 and 618 to 620 ). In particular, logical components can be linked to one another for their realization, for example XOR, equivalence, AND, NAND, NOR, OR or / and a flip-flop.

Bei der bekannten Schaltungsanordnung, von der die Erfindung ausgeht (vergleiche die DE 102 58 417 B3 ), erzeugt die Steuerungseinheit, ein Taktgenerator, eine niederfrequente Taktfolge, zum Beispiel mit einer Taktfrequenz von 1 kHz, und ist dem Ausgang der monostabilen Kippschaltung ein Tiefpaßfilter nachgeschaltet, an dessen Ausgang die Signalspannung abgegriffen werden kann.In the known circuit arrangement from which the invention proceeds (see the DE 102 58 417 B3 ), the control unit generates, a clock generator, a low-frequency clock sequence, for example, with a clock frequency of 1 kHz, and the output of the monostable multivibrator is followed by a low-pass filter, at the output of the signal voltage can be tapped.

Ausgehend von der eingangs beschriebenen und zuvor ergänzend erläuterten Schaltungsanordnung liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine demgegenüber verbesserte Schaltungsanordnung anzugeben.Starting from the initially described and previously explained in detail circuit arrangement, the invention has the object to provide a contrast improved circuit arrangement.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist zunächst und im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß dem Ausgang der monostabilen Kippschaltung ein von ihrem Ausgangssignal bzw. ihren Ausgangssignalen steuerbarer Konstantstromgenerator nachgeschaltet ist und daß an den Konstantstromgenerator ein den vom Konstantstromgenerator gelieferten Strom in die Signalspannung umwandelnder Integrator angeschlossen ist.The circuit arrangement according to the invention is initially and essentially characterized in that the output of the monostable multivibrator is connected downstream of their output signal or their output signals controllable constant current generator and that is connected to the constant current generator supplied by the constant current generator current in the signal voltage converting integrator.

Für die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung gilt, wie für die Schaltungsanordnung, von der die Erfindung ausgeht, daß am Ausgang der monostabilen Kippschaltung ein Ausgangssignal entsteht oder Ausgangssignale entstehen, dessen bzw. deren Zeitdauer zur Kapazität der kapazitiven Schaltungs- oder Baueinheit proportional ist. Folglich wird der erfindungsgemäß dem Ausgang der monostabilen Kippschaltung nachgeschaltete Konstantstromgenerator in Abhängigkeit von der Zeitdauer des Ausgangssignals bzw. der Ausgangssignale gesteuert. Im einfachsten Fall kann der Konstantstromgenerator durch das Ausgangssignal bzw. die Ausgangssignale der monostabilen Kippschaltung für dessen bzw. deren Zeitdauer eingeschaltet werden. Während der Zeitdauer, in der der Konstantstromgenerator – durch das Ausgangssignal bzw. die Ausgangssignale der monostabilen Kippschaltung – eingeschaltet ist, liefert der Konstantstromgenerator Strom in den Integrator, wodurch eine zur Zeitdauer des Ausgangssignals bzw. der Ausgangssignale der monostabilen Kippschaltung proportionale Signalspannung entsteht. Da die Zeitdauer des Ausgangssignals bzw. der Ausgangssignale der monostabilen Kippschaltung proportional zur Kapazität der kapazitiven Schaltungs- oder Baueinheit ist, ist die am Integrator abgreifbare Signalspannung proportional der Kapazität bzw. der Kapazitätsänderung, die erfaßt werden soll.For the circuit arrangement according to the invention, as for the circuit arrangement, from which the invention proceeds, that at the output of the monostable multivibrator, an output signal is produced or output signals arise whose or the time is proportional to the capacitance of the capacitive circuit or assembly. Consequently, according to the invention, the constant current generator connected downstream of the output of the monostable multivibrator is controlled as a function of the duration of the output signal or of the output signals. In the simplest case, the constant current generator by the output signal or the output signals of the monostable multivibrator for its or whose duration is turned on. During the period in which the constant current generator - by the output signal or the output signals of the monostable multivibrator - is turned on, the constant current generator supplies current in the integrator, whereby a proportional to the duration of the output signal or the output signals of the monostable multivibrator signal voltage arises. Since the duration of the output signal or the output signals of the monostable multivibrator is proportional to the capacitance of the capacitive circuit or assembly, the signal voltage which can be tapped off at the integrator is proportional to the capacitance or the capacitance change which is to be detected.

Zuvor ist immer zum Ausdruck gebracht worden, daß beim Ansteuern der monostabilen Kippschaltung durch die Steuerungseinheit am Ausgang der monostabilen Kippschaltung ein Ausgangssignal entsteht oder Ausgangssignale entstehen. Da es um ein Ausgangssignal oder um Ausgangssignale am Ausgang einer monostabilen Kippschaltung geht, hängt die Frage, ob ein Ausgangssignal oder Ausgangssignale entstehen, natürlich davon ab, wie die monostabile Kippstufe – von der Steuerungseinheit – angesteuert wird; ein Ansteuersignal führt zu einem Ausgangssignal, mehrere Ansteuersignale führen zu mehreren Ausgangssignalen. Erfindungsgemäß kann sowohl mit einem Ausgangssignal – und folglich mit einem Ansteuersignal der Steuerungseinheit – als auch mit mehreren Ausgangssignalen – und folglich mit mehreren Ansteuersignalen der Steuerungseinheit – gearbeitet werden. Die Steuerungseinheit ist natürlich entsprechend auszulegen.Previously, it has always been stated that when the monostable multivibrator is driven by the control unit, an output signal is produced at the output of the monostable multivibrator or output signals are generated. Since it is an output signal or outputs at the output of a monostable multivibrator, the question of whether an output signal or output signals, of course, depends on how the monostable multivibrator - is controlled by the control unit -; a drive signal leads to an output signal, several drive signals lead to several output signals. According to the invention, it is possible to work both with an output signal-and consequently with a drive signal of the control unit-as well as with a plurality of output signals-and consequently with a plurality of drive signals of the control unit. Of course, the control unit has to be designed accordingly.

Wenn zuvor und im folgenden immer von einem Ausgangssignal oder von mehreren Ausgangssignalen und von einem Ansteuersignal oder von mehreren Ansteuersignalen gesprochen wird, so ist das immer bezogen auf einen Erfassungszeitraum. Soll die Erfassung der Kapazität bzw. einer Kapazitätsänderung eines kapazitiven Schaltung- oder Bauelements kontinuierlich erfolgen, so folgt auf jeden Erfassungszeitraum ein neuer Erfassungszeitraum, jedem Ansteuersignal und jedem dadurch generierten Ausgangssignal im nächsten Erfassungszeitraum ein neues Ansteuersignal und ein neues davon generiertes Ausgangssignal; entsprechendes gilt, wenn in einem Erfassungszeitraum mit mehreren Ansteuersignalen und mehreren davon generierten Ausgangssignalen gearbeitet wird.If one speaks before and in the following always of one output signal or of several output signals and of one drive signal or of several drive signals, this is always based on a detection period. If the detection of the capacitance or a capacitance change of a capacitive circuit or component is to take place continuously, then follows for each detection period a new detection period, each drive signal and each output signal generated thereby in the next detection period, a new drive signal and a new output signal generated therefrom; the same applies when working in a detection period with multiple drive signals and several output signals generated therefrom.

Unverzichtbare Funktion der Steuerungseinheit ist das Generieren von mindestens einem Ansteuersignal zum Ansteuern der monostabilen Kippschaltung. Vorzugsweise ist die Steuerungseinheit so ausgeführt, daß sie ein rechteckförmiges Ansteuersignal oder rechteckförmige Ansteuersignale zur Verfügung stellt. Dazu kann die Steuerungseinheit einen Oszillator aufweisen und kann dann von der Oszillatorspannung – in vielfach bekannter Weise – das rechteckförmige Ansteuersignal bzw. die rechteckförmigen Ansteuersignale abgeleitet werden.An indispensable function of the control unit is the generation of at least one drive signal for driving the monostable multivibrator. Preferably, the control unit is designed to provide a rectangular drive signal or rectangular drive signals. For this purpose, the control unit may have an oscillator and then the rectangular drive signal or the rectangular drive signals can be derived from the oscillator voltage - in many known ways.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung kann die monostabile Kippschaltung so ausgeführt sein, daß nur die ansteigende Flanke oder nur die abfallende Flanke des rechteckförmigen Ansteuersignals bzw. der rechteckförmigen Ansteuersignale der Steuerungseinheit bei der monostabilen Kippschaltung den Kippvorgang auslöst bzw. auslösen. Insbesondere dann, wenn nur mit einem Ansteuersignal der Steuerungseinheit und folglich einem Ausgangssignal der monostabilen Kippschaltung gearbeitet wird, kann nur mit der ansteigenden Flanke oder nur mit der abfallenden Flanke des rechteckförmigen Ansteuersignals gearbeitet werden, weil nämlich dann tatsächlich am Ausgang der monostabilen Kippschaltung nur ein Ausgangssignal entsteht. Insbesondere dann, wenn jedoch mit mehreren Ansteuersignalen der Steuerungseinheit und folglich mehreren Ausgangssignalen am Ausgang der monostabilen Kippschaltung gearbeitet wird, kann es sich empfehlen, die monostabile Kippschaltung so auszuführen, daß sowohl die ansteigende Flanke als auch die abfallende Flanke der rechteckförmigen Ansteuersignale der Steuerungseinheit bei der monostabilen Kippschaltung den Kippvorgang auslösen. Läßt man sowohl die ansteigende Flanke als auch die abfallende Flanke des Ansteuersignals der Steuerungseinheit bei der monostabilen Kippschaltung den Kippvorgang auslösen, so erhält man auf einfache Weise bei einer bestimmten Anzahl von Ansteuersignalen der Steuerungseinheit die doppelte Anzahl von Ausgangssignalen der monostabilen Kippschaltung. Soll bei der monostabilen Kippschaltung also mit der Taktfrequenz f_T gearbeitet werden, so genügt eine Ansteuersignalfrequenz f_A der Steuerungseinheit von f_T/2.In the circuit arrangement according to the invention, the monostable flip-flop can be designed so that only the rising edge or only the falling edge of the rectangular drive signal or the rectangular drive signals of the control unit in the monostable multivibrator triggers or trigger the tilting. In particular, when working only with a drive signal of the control unit and consequently an output signal of the monostable multivibrator, it is only possible to work with the rising edge or only with the falling edge of the rectangular drive signal, because then only one output signal is actually present at the output of the monostable multivibrator arises. In particular, however, when operating with a plurality of drive signals of the control unit and thus a plurality of output signals at the output of the monostable multivibrator, it may be advisable to perform the monostable multivibrator so that both the rising edge and the falling edge of the rectangular drive signals of the control unit in the monostable flip-flop trigger the tilting. Letting both the rising edge and the falling edge of the control signal of the control unit in the monostable multivibrator trigger the tilting, so you get easily for a certain number of control signals of the control unit twice the number of output signals of the monostable multivibrator. If the clock frequency f _T is to be used in the monostable multivibrator, then a control signal frequency f _{A of} the control unit of f _T / 2 is sufficient.

Weiter oben ist ausgeführt, daß vorzugsweise die Steuerungseinheit einen Oszillator aufweist und von der Oszillatorspannung das Ansteuersignal bzw. die Ansteuersignale abgeleitet werden. Ohne weiteres, das heißt ohne ergänzende Maßnahmen, liegt dann eine Folge von Ansteuersignalen vor, wobei die Ansteuersignalfrequenz f_A der Oszillatorfrequenz f_O entspricht. Wird das nicht gewünscht, so kann schon in der Steuerungseinheit dafür gesorgt werden, daß Ansteuersignale entstehen, deren zeitliche Folge nicht der zeitlichen Folge der Oszillatorspannung entsprechen. Es kann aber auch dafür gesorgt werden, daß in der monostabilen Kippschaltung nur jedes n-te – n gleichbleibend oder variabel – Ansteuersignal der Steuerungseinheit bei der monostabilen Kippschaltung den Kippvorgang auslöst.It is further stated above that preferably the control unit has an oscillator and the drive signal or the drive signals are derived from the oscillator voltage. Without further measures, that is to say without supplementary measures, there is then a sequence of activation signals, the activation signal frequency f _A corresponding to the oscillator frequency f _O. If this is not desired, it can already be ensured in the control unit that triggering signals occur whose chronological order does not correspond to the time sequence of the oscillator voltage. But it can also be ensured that in the monostable multivibrator only every nth - n constant or variable - control signal of the control unit in the monostable multivibrator triggers the tilting.

Im übrigen kann es auch zweckmäßig sein, daß die Steuerungseinheit als Ansteuersignal ein binäres Zufallssignal oder ein Pseudo-Random-Noise-Signal zur Verfügung stellt. Dadurch kann eine relativ niedrige EMV-Emission erreicht werden. Zu der Problematik der EMV-Emission wird im übrigen ergänzend auf den Offenbarungsgehalt der deutschen Patentschrift 198 13 013 verwiesen.Moreover, it may also be expedient for the control unit to use a binary random signal or a pseudo-random noise signal as the drive signal. Signal provides. As a result, a relatively low EMC emission can be achieved. In addition, the issue of EMC emissions is supplemented by the disclosure content of German Patent 198 13 013 directed.

Weiter oben ist ausgeführt, daß unverzichtbare Funktion der Steuerungseinheit das Generieren von mindestens einem Ansteuersignal zum Ansteuern der monostabilen Kippschaltung ist. Das deutet bereits an, daß die Steuerungseinheit auch weitergehend eingesetzt werden kann.It is stated above that the indispensable function of the control unit is the generation of at least one drive signal for driving the monostable multivibrator. This already indicates that the control unit can also be used further.

In bezug auf die zu der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung gehörende Steuerungseinheit ist eine weitere Lehre der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungseinheit – zusätzlich zu dem Ansteuersignal bzw. den Ansteuersignalen – ein Konstantstromgeneratorbeeinflussungssignal zur Verfügung stellt, wobei mit dem Konstantstrombeeinflussungssignal die Stromstärke des Konstantstromgenerators beeinflußt werden kann, insbesondere gesteuert oder geregelt werden kann. Diese Beeinflussung der Stromstärke des Konstantstromgenerators kann zunächst außerhalb eines Erfassungszeitraums erfolgen; dann kann also mit Hilfe des Konstantstromgeneratorbeeinflussungssignals die Stromstärke des Konstantstromgenerators eingestellt werden, die während des Erfassungszeitraums wirksam sein soll. Möglich ist auch, durch das Konstantstromgeneratorbeeinflussungssignal die Stromstärke des Konstantstromgenerators während des Erfassungszeitraums, aber außerhalb des Zeitraums, in dem am Ausgang der monostabilen Kippschaltung ein Ausgangssignal ansteht, zu beeinflussen, also einzustellen. Schließlich ist es aber auch möglich, das Konstantstromgeneratorbeeinflussungssignal die Stromstärke des Konstantstromgenerators während seines Betriebes beeinflussen zu lassen, also während der Zeit, in der der Konstantstromgenerator von einem Ausgangssignal der monostabilen Kippschaltung angesteuert ist; bei dieser Variante liefert also der Konstantstromgenerator – nur – einen quasi-konstanten Strom.With respect to the control unit associated with the circuit arrangement according to the invention, a further teaching of the invention is characterized in that the control unit provides a constant current generator influencing signal in addition to the drive signal or drive signals, the constant current influencing signal influencing the current intensity of the constant current generator, in particular can be controlled or regulated. This influencing of the current intensity of the constant current generator can initially take place outside a detection period; then, with the aid of the constant current generator influencing signal, it is thus possible to set the current intensity of the constant current generator which is to be effective during the detection period. It is also possible, by the Konstantstromgeneratorbeeinflussungssignal the current strength of the constant current generator during the detection period, but outside the period in which the output of the monostable multivibrator is present an output signal to influence, so adjust. Finally, however, it is also possible for the constant current generator influencing signal to influence the current intensity of the constant current generator during its operation, ie during the time in which the constant current generator is driven by an output signal of the monostable multivibrator; In this variant, therefore, the constant current generator - only - provides a quasi-constant current.

Weiter unten wird noch erläutert, welchen Sinn es machen kann, durch die Steuerungseinheit ein Konstantstromgeneratorbeeinflussungssignal zur Verengung stellen zu lassen und damit den Konstantstromgenerator zu beeinflussen, insbesondere hinsichtlich der Stromstärke zu steuern oder zu regeln.It will be explained below which sense can be made by the control unit to make a Konstantstromgeneratorbeeinflussungssignal constriction and thus to influence the constant current generator, in particular to control or regulate the current strength.

Wie weiter oben ausgeführt, kann die zu der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung gehörende monostabile Kippschaltung ganz unterschiedlich realisiert werden. Nach einer weiteren Lehre der Erfindung ist sie jedoch vorzugsweise an ihrem mit dem kapazitiven Schaltungs- oder Bauelement verbundenen zweiten Eingang relativ niederohmig ausgeführt. ”Relativ niederohmig” ist dabei zu reflektieren an dem relativ hochohmigen Anteil der Impedanz des kapazitiven Schaltungs- oder Bauelements, dessen Kapazität bzw. Kapazitätsänderung erfaßt werden soll. Die zuvor beschriebene Ausführung der monostabilen Kippschaltung führt dazu, daß die resistiven Anteile des kapazitiven Schaltungs- oder Bauelements das Ergebnis der Erfassung nur wenig beeinflussen. Das ist z. B. von Bedeutung bei Schaltungsanordnungen für Sensorkondensatoren mit einer Ansprechelektrode und einer Bezugselektrode, wenn die Ansprechelektrode der Türgriff eines Kraftfahrzeugs ist und als resistiver Anteil Feuchtigkeit, insbesondere Regen, von Bedeutung sein kann.As stated above, the monostable multivibrator belonging to the circuit arrangement according to the invention can be realized quite differently. According to another teaching of the invention, however, it is preferably designed to be relatively low-impedance at its second input connected to the capacitive circuit or component. "Relatively low-impedance" is to be reflected at the relatively high-impedance component of the impedance of the capacitive circuit or component whose capacitance or capacitance change is to be detected. The previously described embodiment of the monostable flip-flop means that the resistive components of the capacitive circuit or component have little effect on the result of the detection. This is z. B. important in circuit arrangements for sensor capacitors with a response electrode and a reference electrode, when the response electrode is the door handle of a motor vehicle and as a resistive moistening, especially rain, may be of importance.

Wie ausgeführt, gehört zu der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ein an den Konstantstromgenerator angeschlossener Integrator, der den vom Konstantstromgenerator gelieferten Strom in die Signalspannung umwandelt. Als Integrator ist vorzugsweise ein Kondensator vorgesehen. Das bietet sich deshalb an, weil bekanntlich die Spannung an einem Kondensator dem Integral des in den Kondensator fließenden Stromes über der Zeit entspricht, bei einem in den Kondensator fließenden konstanten Strom also die Spannung linear mit der Zeit ansteigt.As stated, the circuit arrangement according to the invention includes an integrator connected to the constant current generator, which converts the current supplied by the constant current generator into the signal voltage. As integrator, a capacitor is preferably provided. This is useful because, as is known, the voltage across a capacitor corresponds to the integral of the current flowing into the capacitor over time, ie when the current flowing into the capacitor is constant, the voltage increases linearly with time.

Unverzichtbare Funktion der Auswerteeinheit ist das Generieren eines – hier und nachfolgend – Erfassungswert genannten Ansprechwertes bei einer nur qualitativen Erfassung bzw. Meßwertes bei einer quantitativen Erfassung der Kapazität bzw. einer Kapazitätsänderung eines kapazitiven Schaltungs- oder Bauelements. Unter der Voraussetzung, daß diese Funktion sichergestellt ist, kann die Auswerteeinheit ganz unterschiedlich, nahezu beliebig ausgeführt sein. Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist jedoch dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit einen Komparator aufweist, der die Signalspannung mit einem Schwellwert vergleicht und dann, wenn die Signalspannung den Schwellwert erreicht hat, ein Erfassungssignal ausgelöst wird. Dabei – aber auch unabhängig davon – empfiehlt es sich, die Auswerteeinheit eingangsseitig mit einem Analog/Digital-Wandler zu versehen und mit dem Analog/Digital-Wandler an den Ausgang des Integrators anzuschließen.An indispensable function of the evaluation unit is the generation of a - here and below - detection value mentioned response value in a qualitative only detection or measured value in a quantitative detection of the capacitance or a capacitance change of a capacitive circuit or device. Assuming that this function is ensured, the evaluation unit can be designed quite differently, almost arbitrarily. However, a preferred embodiment of the circuit arrangement according to the invention is characterized in that the evaluation unit has a comparator which compares the signal voltage with a threshold value and then, when the signal voltage has reached the threshold value, a detection signal is triggered. In doing so - but also independently of this - it is recommended to provide the evaluation unit on the input side with an analog / digital converter and to connect it to the output of the integrator with the analog / digital converter.

Innerhalb der Auswerteeinheit kann die Erfassung der Kapazität oder Kapazitätsänderung in unterschiedlicher Weise erfolgen. Eine Möglichkeit besteht darin, die zu erfassende Kapazität oder Kapazitätsänderung aus der Erfassungszeit zu bestimmen; mit Erfassungszeit ist die Zeitdauer vom Beginn eines Erfassungszeitraums bis zum Auslösen des Erfassungssignals gemeint. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die zu erfassende Kapazität oder Kapazitätsänderung aus der Erfassungsanzahl der Ansteuersignale zu bestimmen; mit Erfassungsanzahl ist die Anzahl der Ansteuersignale vom Beginn eines Erfassungszeitraums bis zum Auslösen des Erfassungssignals gemeint.Within the evaluation unit, the detection of the capacity or capacity change can take place in different ways. One possibility is to determine the capacity or capacity change to be detected from the acquisition time; with acquisition time is the period of time Beginning of a detection period until the triggering of the detection signal meant. Another possibility is to determine the capacitance or capacitance change to be detected from the detection number of the drive signals; By detection number is meant the number of drive signals from the beginning of a detection period to the triggering of the detection signal.

Unverzichtbare Funktion der Steuerungseinheit ist das Generieren mindestens eines Ansteuersignals für die monostabile Kippschaltung. Die Steuerungseinheit kann jedoch auch für weitere Funktionen ausgelegt sein. Das ist weiter oben schon einmal für eine erste bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung erläutert worden, bei der nämlich die Steuerungseinheit – zusätzlich zu dem Ansteuersignal bzw. den Ansteuersignalen – ein Konstantstromgeneratorbeeinflussungssignal zur Verfügung stellt.An indispensable function of the control unit is the generation of at least one drive signal for the monostable multivibrator. However, the control unit can also be designed for other functions. This has already been explained above for a first preferred embodiment of the circuit arrangement according to the invention, in which the control unit - in addition to the drive signal or the drive signals - provides a constant current generator influencing signal.

Bei einer in bezug auf die Ausgestaltung der Steuerungseinheit zweiten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung stellt die Steuerungseinheit – zusätzlich zu dem Ansteuersignal bzw. den Ansteuersignalen – ein Zuschaltsignal zur Verfügung, mit dem ein zweiter Konstantstromgenerator zuschaltbar ist, die im zugeschalteten Zustand gleichsinnig oder gegensinnig zum ersten Konstantstromgenerator auf den Integrator einwirkt.In a second preferred embodiment of the circuit arrangement according to the invention with regard to the design of the control unit, the control unit provides - in addition to the control signal or the control signals - a connection signal with which a second constant current generator can be connected, which in the switched-on state is in the same direction or in opposite directions to the first one Constant current generator acts on the integrator.

Bei einer in bezug auf die Ausgestaltung der Steuerungseinheit dritten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung stellt die Steuerungseinheit – zusätzlich zu dem Ansteuersignal bzw. den Ansteuersignalen – ein weiteres Zuschaltsignal zur Verfügung, ist ein zweiter Konstantstromgenerator oder ein Entladewiderstand vorgesehen, ist mit dem zweiten Zuschaltsignal der zweite Konstantstromgenerator gegensinnig zum ersten Konstantstromgenerator oder der Entladewiderstand zuschaltbar und wird die zu erfassende Kapazität oder Kapazitätsänderung aus der Entladezeit bestimmt; mit Entladezeit ist die Zeitdauer vom Beginn der Entladung durch den zweiten Konstantstromgenerator oder durch den Entladewiderstand bis zum Unterschreiten eines Schwellwerts gemeint.In a third preferred embodiment of the circuit arrangement according to the invention with regard to the configuration of the control unit, the control unit provides a further connection signal in addition to the activation signal or the activation signals. If a second constant current generator or a discharge resistor is provided, the second connection signal is the second one Constant current generator in opposite directions to the first constant current generator or the discharge resistor can be switched on and determines the capacity to be detected capacity or capacity change from the discharge time; Discharge time is the time duration from the start of the discharge by the second constant current generator or by the discharge resistance to below a threshold value.

Bei einer in bezug auf die Ausgestaltung der Steuerungseinheit vierten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung stellt die Steuerungseinheit – zusätzlich zu dem Ansteuersignal bzw. den Ansteuersignalen und ggf. zusätzlich zu dem einen und/oder dem anderen zuvor erläuterten Zuschaltsignal – ein drittes Zuschaltsignal zur Verfügung, mit dem ein zweiter Integrator zuschaltbar ist, der im zugeschalteten Zustand gleichsinnig oder gegensinnig zum ersten Integrator wirkt. Dabei kann als zweiter Integrator wiederum ein Kondensator vorgesehen sein. Der Kapazitätswert des zweiten Kondensators kann in etwa dem Kapazitätswert des ersten Kondensators entsprechen, der Kapazitätswert des zweiten Kondensators kann aber auch klein sein gegenüber dem Kapazitätswert des ersten Kondensators.In a fourth preferred embodiment of the circuit arrangement according to the invention with regard to the embodiment of the control unit, the control unit provides a third connection signal, in addition to the control signal or the control signals and optionally in addition to the one and / or the other previously explained switch-on signal to which a second integrator can be added, which in the switched-on state acts in the same direction or in opposite directions to the first integrator. In this case, a capacitor can again be provided as the second integrator. The capacitance value of the second capacitor may correspond approximately to the capacitance value of the first capacitor, but the capacitance value of the second capacitor may also be small compared to the capacitance value of the first capacitor.

Weiter oben ist ausgeführt worden, daß die Steuerungseinheit – zusätzlich zu dem Ansteuersignal bzw. den Ansteuersignalen – ein Konstantstromgeneratorbeeinflussungssignal zur Verfügung stellen kann, mit dem der Konstantstromgenerator hinsichtlich der Stromstärke des von ihm gelieferten Stroms beeinflußt werden kann, insbesondere gesteuert oder geregelt werden kann. Diese zusätzliche Lehre der Erfindung und die zuvor aufgezeigten zusätzlichen Lehren der Erfindung, nämlich die Steuerungseinheit auch ein erstes Zuschaltsignal und ggf. ein zweites Zuschaltsignal zur Verfügung stellen zu lassen sowie ein zweiter Konstantstromgenerator vorzusehen und ggf. einen zweiten Integrator vorzusehen, sind insbesondere von Bedeutung für die bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, bei der die Auswerteeinheit einen Analog/Digital-Wandler aufweist. Bei Analog/Digital-Wandlern kommt es ja bekanntlich auf die Auflösung an. Diese Auflösung kann durch die zuvor angesprochenen Maßnahmen erhöht werden. Jede dieser Maßnahmen für sich, mehrere dieser Maßnahmen zusammen und vor allem alle aufgezeigten Maßnahmen zusammen können so eingesetzt werden, daß eine maximale Auflösung erreicht wird, daß also das, was der jeweils eingesetzte A/D-Wandler – durch die Anzahl seiner Bits – kann, auch ausgenutzt wird.It has been stated above that the control unit - in addition to the drive signal or the drive signals - can provide a constant current generator influencing signal with which the constant current generator can be influenced, in particular controlled or regulated, with respect to the current intensity of the current supplied by it. This additional teaching of the invention and the above-mentioned additional teachings of the invention, namely to make the control unit also a first Zuschaltsignal and possibly a second Zuschaltsignal available and provide a second constant current generator and possibly provide a second integrator, are of particular importance the preferred embodiment of the circuit arrangement according to the invention, in which the evaluation unit has an analog / digital converter. With analog / digital converters, it is well known that the resolution. This resolution can be increased by the previously mentioned measures. Each of these measures in itself, several of these measures together and above all all the measures shown together can be used so that a maximum resolution is achieved, that is, what the used each A / D converter - by the number of its bits - can , is also exploited.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung weist gegenüber der Schaltungsanordnung, von der die Erfindung ausgeht, erhebliche Vorteile auf, die teilweise bereits durch die grundsätzliche Lehre der Erfindung, teilweise bei den bevorzugten Ausführungsformen erreicht sind. So erlaubt die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zunächst eine besonders schnelle Erfassung der Kapazität bzw. einer Kapazitätsänderung eines kapazitiven Schaltungs- oder Bauelements; Erfassungszeiten von weniger als 100 μs sind erreichbar. erreichbar ist auch eine relativ niedrige EMV-Emission, – ein Vorteil, dem in der letzten Zeit zunehmend Bedeutung zugekommen ist und noch weiter erhebliche Bedeutung zukommen wird. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist nicht nur vorteilhaft in bezug auf die Problematik der EMV-Emission in aktiver Hinsicht, das heißt in bezug auf die Reduzierung oder Vermeidung von Störabstrahlungen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, sie ist auch vorteilhaft in bezug auf die Problematik der EMV-Emission in passiver Hinsicht, das heißt in bezug auf Störeinstrahlungen. Von erheblichem Vorteil ist auch die Tatsache, daß die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung in besonders einfacher Weise so realisiert werden kann, daß resistive Anteile des kapazitiven Schaltungs- oder Bauelements das Ergebnis der Erfassung nur wenig oder gar nicht beeinflussen.The circuit arrangement according to the invention has over the circuit arrangement, from which the invention proceeds, considerable advantages, which are already partially achieved by the basic teaching of the invention, in part in the preferred embodiments. Thus, the circuit arrangement according to the invention initially allows a particularly rapid detection of the capacity or a capacitance change of a capacitive circuit or device; Acquisition times of less than 100 μs are achievable. Also achievable is a relatively low EMC emission, an advantage that has recently become increasingly important and will continue to be of considerable importance. The circuit arrangement according to the invention is not only advantageous in terms of the problem of EMC emission in an active manner, that is with respect to the reduction or avoidance of noise emissions of the circuit arrangement according to the invention, it is also advantageous in terms of the problem of EMC emission in passive Respect, that is with regard to interference. Of considerable advantage is also the fact that the circuit arrangement according to the invention can be realized in a particularly simple manner so that resistive components of the capacitive circuit or device affect the result of detection only slightly or not at all.

Erfindungsgemäß geht es um eine Schaltungsanordnung zur Erfassung der Kapazität bzw. einer Kapazitätsänderung eines kapazitiven Schaltungs- oder Bauelement. Das, was zuvor erläutert worden ist, macht die Lehre der Erfindung bei der Erfassung der Kapazität eines kapazitiven Schaltungs- oder Bauelements ohne weiteres nachvollziehbar. Dies wird aber auch ohne weiters nachvollziehbar, wenn man sich für die Erfassung einer Kapazitätsänderung eines kapazitiven Schaltungs- oder Bauelements vorstellt, daß der Kapazitätswert des entsprechenden kapazitiven Schaltungs- oder Bauelements zunächst als Referenzwert gespeichert wird. Dann kann eine Kapazitätsänderung, reflektiert an dem gespeicherten Referenzwert, ohne weiteres erfaßt werden.The invention relates to a circuit arrangement for detecting the capacitance or a capacitance change of a capacitive circuit or component. What has been previously explained makes the teachings of the invention readily apparent in detecting the capacitance of a capacitive circuit or device. However, this is also readily comprehensible if it is imagined for the detection of a capacitance change of a capacitive circuit or component that the capacitance value of the corresponding capacitive circuit or component is initially stored as a reference value. Then, a change in capacitance reflected on the stored reference value can be readily detected.

Bei bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird, wie ausgeführt, die Stromstärke des Konstantstromgenerators beeinfluß, insbesondere gesteuert oder geregelt, wird ein zweiter Konstantstromgenerator vorgesehen und/oder wird ein zweiter Integrator vorgesehen. Die Auswirkungen dieser Maßnahmen, die auf den ersten Blick die Erfassung der Kapazität bzw. einer Kapazitätsänderung eines kapazitiven Schaltungs- oder Bauelements kompliziert erscheinen lassen, sind jedoch mit moderner Technologie beherrschbar, zum Beispiel dann, wenn diese Auswirkungen in der Auswerteeinheit berücksichtigt werden, insbesondere durch Mikroprozessoren.In preferred embodiments of the circuit arrangement according to the invention, as stated, the current intensity of the constant current generator influences, in particular controlled or regulated, a second constant current generator is provided and / or a second integrator is provided. However, the effects of these measures, which at first glance make it difficult to detect the capacitance or a capacitance change of a capacitive circuit or component, can be controlled with modern technology, for example, if these effects are taken into account in the evaluation unit, in particular by microprocessors.

Im Stand der Technik sind Meß-, Steuer- und Regelgeräte bekannt, bei denen eine Fensterfunktion realisiert ist. Es kann auch vorteilhaft sein, die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit einer Fensterfunktion zu realisieren, also dafür zu sorgen, daß Ansteuersignale der Steuerungseinheit oder/und Ausgangssignale der monostabilen Kippschaltung nur während eines – vorzugsweise einstellbaren – Zeitfensters wirksam sind. Das kann in ganz unterschiedlicher Weise realisiert werden, beispielsweise dadurch, daß mit einem ersten Ansteuersignal als Startsignal und einem zweiten Ansteuersignal als Fenstersignal gearbeitet wird und das von dem ersten Ansteuersignal generierte Ausgangssignal der monostabilen Kippschaltung und das Fenstersignal auf eine Torschaltung gegeben werden.In the prior art measuring, control and regulating devices are known in which a window function is realized. It may also be advantageous to implement the circuit arrangement according to the invention with a window function, ie to ensure that control signals of the control unit and / or output signals of the monostable flip-flop are effective only during a preferably adjustable time window. This can be realized in quite different ways, for example, by working with a first drive signal as a start signal and a second drive signal as a window signal and the generated by the first drive signal output of the monostable multivibrator and the window signal are given to a gate.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung kann auch dann besonders vorteilhaft eingesetzt werden, wenn die Kapazität bzw. eine Kapazitätsänderung von mehreren kapazitiven Schaltungs- oder Bauelementen erfaßt werden soll. Dann kann nämlich mit nur einer Steuerungseinheit, nur einer monostabilen Kippschaltung, nur einem Konstantstromgenerator, nur einem Integrator und/oder nur einer Auswerteeinheit gearbeitet werden, wenn für die einzelnen Bauelemente nach dem Prinzip des Zeitmultiplexbetriebes gearbeitet wird.The circuit arrangement according to the invention can also be used particularly advantageously if the capacitance or a capacitance change of a plurality of capacitive circuit or components is to be detected. Then, namely with only one control unit, only a monostable multivibrator, only one constant current generator, only one integrator and / or only one evaluation unit can be used when working for the individual components according to the principle of time-division multiplexing.

Zur Verfeinerung der Ausmessung kann durch Mehrfachmessung nach der Integration ein Oversampling durchgeführt werden, wozu die Signalspannung langsam verändert wird, zum Beispiel durch eine Entladung des Integrators.To refine the measurement, an oversampling can be carried out by multiple measurement after the integration, for which the signal voltage is slowly changed, for example by a discharge of the integrator.

Des weiteren sei noch darauf hingewiesen, daß die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung gleichsam auch invers betrieben werden kann. Mit einem inversen Betrieb ist hier gemeint, daß alle Ladevorgänge, das heißt das Aufintegrieren des von dem Konstantstromgenerator gelieferten Stroms, auch als Entladevorgänge betrieben werden können.Furthermore, it should be noted that the circuit arrangement according to the invention can be operated as it were inversely. By inverse operation is meant here that all charging operations, that is, the integration of the current supplied by the constant current generator, can also be operated as discharging operations.

Schließlich befaßt sich eine weitere Lehre der Erfindung mit einer Schaltungsanordnung zur Erfassung der Kapazitäten bzw. Kapazitätsänderungen von zwei – oder mehreren – kapazitiven Schaltungs- oder/und Bauelementen; nachfolgend wird immer von nur zwei Schaltungs- oder/und Bauelementen ausgegangen. Diese Schaltungsanordnung ist nach einer weiteren Lehre der Erfindung, der besondere Bedeutung zukommt, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite von der Steuerungseinheit angesteuerte monostabile Kippschaltung vorgesehen ist, die zweite monostabile Kippschaltung einen mit dem zweiten kapazitiven Schaltungs- oder Bauelement verbundenen zweiten Eingang aufweist, beim Ansteuern der zweiten monostabilen Kippschaltung durch die Steuerungseinheit am Ausgang der zweiten monostabilen Kippschaltung ein Ausgangssignal entsteht oder Ausgangssignale entstehen, dessen bzw. deren Zeitdauer zur Kapazität der zweiten kapazitiven Schaltungs- oder Baueinheit proportional ist, daß der Ausgang der ersten monostabilen Kippschaltung und der Ausgang der zweiten monostabilen Kippschaltung an ein Verknüpfungsglied angeschlossen sind und daß der Konstantstromgenerator an den Ausgang des Verknüpfungsglieds angeschlossen ist. Bei dieser erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung kann also die einfache Summe, die einfache Differenz oder ein anderweitiges Verknüpfen der Kapazität bzw. der Kapizitätsänderung von zwei oder mehreren kapazitiven Schaltungs- oder/und Bauelementen erfaßt werden.Finally, another teaching of the invention is concerned with a circuit arrangement for detecting the capacitances of two or more capacitive circuit and / or components; below, it is assumed that only two circuit and / or components. This circuit arrangement is according to another teaching of the invention, which is of particular importance, characterized in that a second controlled by the control unit monostable multivibrator is provided, the second monostable multivibrator having a second capacitive circuit or component connected to the second input when driving the second monostable multivibrator by the control unit at the output of the second monostable multivibrator, an output signal arises or output signals whose or the time is proportional to the capacitance of the second capacitive circuit or unit that the output of the first monostable multivibrator and the output of the second monostable Switching circuit are connected to a gate and that the constant current generator is connected to the output of the gate. In this circuit arrangement according to the invention, therefore, the simple sum, the simple difference or otherwise linking the capacitance or the Kapizitätsänderung of two or more capacitive circuit and / or components can be detected.

Im einzelnen gibt es nun verschiedene Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird ergänzend verwiesen auf die dem Schutzanspruch 1 nachgeordneten Schutzansprüche und auf die nachfolgende Erläuterung in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen die 1 bis 5 jeweils in Form von Blockschaltbildern unterschiedliche Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.In particular, there are various possibilities for designing and developing the circuit arrangement according to the invention. For this purpose, reference is additionally made to the protection claim 1 subordinate claims and the following explanation in conjunction with the drawings. In the drawing show the 1 to 5 each in the form of block diagrams different embodiments of the circuit arrangement according to the invention.

Die erfindungsgemäßen Schaltungsanordnungen dienen der Erfassung der Kapazität bzw. einer Kapazitätsänderung eines kapazitiven Schaltungs- oder Bauelements. In den dargestellten Ausführungsbeispielen geht es jeweils um die – qualitative oder quantitative – Erfassung der Kapazität eines Sensorkondensators 1. Dieser – in den Figuren als normaler veränderlicher Kondensator dargestellte – Sensorkondensator 1 kann aus einer Ansprechelektrode und einer Bezugselektrode bestehen, wobei die Bezugselektrode Masse sein kann. Die Ansprechelektrode kann zum Beispiel der Türgriff eines Kraftfahrzeugs sein. Dann dient die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur qualitativen Erfassung der Kapazität des beschriebenen Sensorkondensators 1; beim Über- und Unterschreiten eines vorgegebenen Kapazitätswerts des Sensorkondensators 1 kann die Schaltungsanordnung ”ansprechen”, zum Beispiel ein Öffnen oder Schließen der Tür eines Kraftfahrzeugs einleiten oder ermöglichen.The circuit arrangements according to the invention are used to detect the capacitance or a capacitance change of a capacitive Circuit or component. In the illustrated embodiments, it is about the - qualitative or quantitative - detection of the capacitance of a sensor capacitor 1 , This - shown in the figures as a normal variable capacitor - sensor capacitor 1 may consist of a Ansprechelektrode and a reference electrode, wherein the reference electrode may be ground. The response electrode may be, for example, the door handle of a motor vehicle. Then, the circuit arrangement according to the invention is used for the qualitative detection of the capacitance of the described sensor capacitor 1 ; when exceeding and falling below a predetermined capacitance value of the sensor capacitor 1 may "address" the circuitry, for example, initiate or facilitate opening or closing the door of a motor vehicle.

Zu der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung gehört jeweils eine Steuerungseinheit 2, eine von der Steuerungseinheit 2 angesteuerte monostabile Kippschaltung 3 und eine Auswerteeinheit 4. Die monostabile Kippschaltung 3 weist auf einen an die Steuerungseinheit 2 angeschlossenen ersten Eingang 5, einen mit dem Sensorkondensator 1 verbundenen zweiten Eingang 6 und einen Ausgang 7. Beim Ansteuern der monostabilen Kippstufe 3 durch die Steuerungseinheit 2 entsteht bzw. entstehen am Ausgang 7 der monostabilen Kippschaltung 3 ein Ausgangssignal bzw. Ausgangssignale, dessen bzw. deren Zeitdauer zur Kapazität des Sensorkondensators 1 proportional ist. Das Ausgangssignal bzw. die Ausgangssignale der Kippschaltung 3 wird bzw. werden in eine zu seiner bzw. ihrer Zeitdauer proportionale Signalspannung umgewandet. In der Auswerteeinheit 4 wird aus der Signalspannung ein der Kapazität des Sensorkondensators 1 entsprechender Erfassungswert gewonnen.In each case one control unit belongs to the circuit arrangement according to the invention 2 , one from the control unit 2 controlled monostable multivibrator 3 and an evaluation unit 4 , The monostable multivibrator 3 indicates a to the control unit 2 connected first input 5 , one with the sensor capacitor 1 connected second input 6 and an exit 7 , When driving the monostable multivibrator 3 through the control unit 2 arises or arises at the exit 7 the monostable multivibrator 3 an output signal or output signals whose or their duration to the capacitance of the sensor capacitor 1 is proportional. The output signal or the output signals of the flip-flop 3 is or are converted into a proportional to his or her time signal voltage. In the evaluation unit 4 the signal voltage becomes one of the capacitance of the sensor capacitor 1 obtained corresponding detection value.

Bei allen in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen erfindungsgemäßer Schaltungsanordnungen ist dem Ausgang 7 der monostabilen Kippschaltung 3 ein von ihrem Ausgangssignal bzw. ihren Ausgangssignalen steuerbarer Konstantstromgenerator 8 nachgeschaltet und ist an den Konstantstromgenerator 8 ein den vom Konstantstromgenerator 8 gelieferten Strom in die Signalspannung umwandelnder Integrator 9 angeschlossen.In all embodiments shown in the figures inventive circuit arrangements is the output 7 the monostable multivibrator 3 a constant current generator controllable by its output signal or its output signals 8th connected downstream and is connected to the constant current generator 8th one from the constant current generator 8th supplied current to the signal voltage converting integrator 9 connected.

Dazu, welche Form das bzw. die von der Steuerungseinheit 2 generierte Ansteuersignal bzw. generierten Ansteuersignale haben, wie das Ansteuersignal bzw. die Ansteuersignale gewonnen werden und wie das Ansteuersignal bzw. die Ansteuersignale die monostabile Kippschaltung 3 ansteuern, wird auf die weiter oben gemachten Ausführungen verwiesen.In addition, which form or the of the control unit 2 generated control signal or generated control signals have how the control signal or the control signals are obtained and how the control signal or the control signals, the monostable multivibrator 3 Please refer to the comments made above.

Vorzugsweise ist bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung als Integrator 9 ein Kondensator vorgesehen. Entsprechendes zeigen folglich auch die 2 bis 5.Preferably, in the circuit arrangement according to the invention as an integrator 9 a capacitor is provided. The corresponding show consequently also the 2 to 5 ,

Für das in 3 dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung gilt ergänzend, daß die Steuerungseinheit 2 – zusätzlich zu dem Ansteuersignal bzw. den Ansteuersignalen – ein Konstantstromgeneratorbeeinflussungssignal zur Verfügung stellt, mit dem die Stromstärke des Konstantstromgenerators 8 beeinflußt werden kann, insbesondere gesteuert oder geregelt werden kann. Das Konstantstromgeneratorbeeinflussungssignal gelangt von der Steuerungseinheit 2 über die dargestellte Verbindung 10 zum Konstantstromgenerator 8.For the in 3 illustrated embodiment of a circuit arrangement according to the invention additionally applies that the control unit 2 - In addition to the drive signal or the drive signals - provides a Konstantstromgeneratorbeeinflussungssignal provides, with which the current strength of the constant current generator 8th can be influenced, in particular controlled or regulated. The constant current generator control signal passes from the control unit 2 over the illustrated connection 10 to the constant current generator 8th ,

Für das in 4 dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung gilt, daß die Steuerungseinheit 2 – zusätzlich zu dem Ansteuersignal bzw. den Ansteuersignalen – ein Zuschaltsignal und daß ein zweiter Konstantstromgenerator 11 vorgesehen ist, mit dem Zuschaltsignal der zweite Konstantstromgenerator 11 zuschaltbar ist und der zweite Konstantstromgenerator 11 im zugeschalteten Zustand gleichsinnig oder – wie dargestellt – gegensinnig zum ersten Konstantstromgenerator 8 auf den Integrator 9 einwirkt. Das ist in der 4 durch einen von der Steuerungseinheit 2 betätigbaren, den zweiten Konstantstromgenerator 11 ein- bzw. ausschaltbaren Schalter 12 dargestellt.For the in 4 illustrated embodiment of the circuit arrangement according to the invention is that the control unit 2 - In addition to the drive signal or the drive signals - a Zuschaltsignal and that a second constant current generator 11 is provided, with the Zuschaltsignal the second constant current generator 11 is switchable and the second constant current generator 11 in the connected state in the same direction or - as shown - in opposite directions to the first constant current generator 8th on the integrator 9 acts. That is in the 4 by one of the control unit 2 operable, the second constant current generator 11 switch on or off 12 shown.

Für das in 5 dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung gilt, daß die Steuerungseinheit 2 – zusätzlich zu dem Ansteuersignal bzw. den Ansteuersignalen – ein weiteres Zuschaltsignal zur Verfügung stellt, daß ein zweiter Integrator 13 vorgesehen ist, ausgeführt – wie der erste Integrator 9 – als Kondensator, daß mit dem weiteren Zuschaltsignal der zweite Integrator 13 zuschaltbar ist und daß der zweite Integrator 13 im zugeschalteten Zustand gleichsinnig oder gegensinnig zum ersten Integrator 9 wirkt. Das ist in der 5 durch einen von der Steuerungseinheit 2 betätigbaren, den zweiten Integrator 13 zu- bzw. abschaltbaren Schalter 14 dargestellt.For the in 5 illustrated embodiment of the circuit arrangement according to the invention is that the control unit 2 - In addition to the drive signal or the drive signals - another Zuschaltsignal provides that a second integrator 13 is designed, executed - as the first integrator 9 - As a capacitor, that with the further Zuschaltsignal the second integrator 13 is switchable and that the second integrator 13 in the connected state in the same direction or in opposite directions to the first integrator 9 acts. That is in the 5 by one of the control unit 2 operable, the second integrator 13 switchable on or off switch 14 shown.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10258417 B3 [0004]
DE 19813013 [0013]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

Tietze / Schenk "Semiconductor Circuit Technology", 12th edition, page 600 [0003]
Tietze / Schenk, supra, pages 603 and 604, 608 and 609 and 618 to 620 [0003]

Claims

Circuit arrangement for detecting the capacitance or a capacitance change of a capacitive circuit or component with a control unit, with a monostable multivibrator controlled by the control unit and with an evaluation unit, wherein the monostable multivibrator has a first input connected to the control unit, one connected to the capacitive circuit or component having a second input and an output, wherein when driving the monostable multivibrator by the control unit at the output of the monostable multivibrator, an output signal is produced or output signals arise whose or the time is proportional to the capacitance of the capacitive circuit or assembly, wherein the output signal or the output signals of the monostable multivibrator is converted into a signal voltage which is proportional to its or their duration, and wherein in the evaluation unit a d he capacitance or a capacitance change of the capacitive circuit or device corresponding detection value is obtained, characterized in that the output ( 7 ) of the monostable multivibrator ( 3 ) a constant current generator controllable by its output signal (s) ( 8th ) and that to the constant current generator ( 8th ) from the constant current generator ( 8th ) supplied current to the signal voltage converting integrator ( 9 ) connected.

Circuit arrangement according to Claim 1, characterized in that the control unit ( 2 ) provides a rectangular drive signal or rectangular drive signals.

Circuit arrangement according to Claim 1 or 2, characterized in that the control unit ( 2 ) has an oscillator and the drive signal or the drive signals is derived from the oscillator voltage or are.

Circuit arrangement according to Claim 2 or according to Claims 2 and 3, characterized in that only the rising edge or only the falling edge of the rectangular drive signal or the rectangular drive signals of the control unit ( 2 ) in the monostable multivibrator ( 3 ) triggers or triggers the tipping process.

Circuit arrangement according to Claim 2 or according to Claims 2 and 3, characterized in that both the rising Franke and the falling edge of the rectangular drive signal or the rectangular drive signals of the control unit ( 2 ) in the monostable multivibrator ( 3 ) triggers or triggers the tipping process.

Circuit arrangement according to one of Claims 1 to 5, characterized in that only every nth - n constant or variable - control signal of the control unit ( 2 ) in the monostable multivibrator ( 3 ) triggers the tipping process.

Circuit arrangement according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the control unit ( 2 ) provides a binary random signal or a pseudo random noise signal as the drive signal.

Circuit arrangement according to one of Claims 1 to 7, characterized in that the control unit ( 2 ) Provides, in addition to the drive signal (s), a constant current generator influencing signal and, with the constant current generator influencing signal, the current value of the constant current generator ( 8th ) can be influenced, in particular controlled or regulated.

Circuit arrangement according to one of Claims 1 to 8, characterized in that the monostable multivibrator ( 3 ) at its associated with the capacitive circuit or device second input ( 6 ) is executed relatively low impedance.

Circuit arrangement according to one of Claims 1 to 9, characterized in that as integrator ( 9 ) A capacitor is provided.

Circuit arrangement according to one of Claims 1 to 10, characterized in that the evaluation unit ( 4 ) has a comparator, the comparator compares the signal voltage with a threshold and then, when the signal voltage has reached the threshold, a detection signal is triggered.

Circuit arrangement according to one of Claims 1 to 11, characterized in that the evaluation unit ( 4 ) has an analog / digital converter on the input side and with the analog / digital converter to the output of the integrator ( 9 ) connected.

Circuit arrangement according to one of Claims 1 to 12, characterized in that the capacitance or capacitance change to be detected is determined from the detection time (detection time = the time duration from the beginning of a detection period to the triggering of the detection signal).

Circuit arrangement according to one of claims 1 to 13, characterized in that the capacitance or capacitance change to be detected is determined from the detection number of the drive signals (detection number = the number of drive signals from the beginning of a detection period to the triggering of the detection signal).

Circuit arrangement according to one of Claims 1 to 14, characterized in that the control unit ( 2 ) - in addition to the drive signal or the drive signals - a Zuschaltsignal provides that a second constant current generator ( 11 ) is provided that with the Zuschaltsignal the second constant current generator ( 11 ) is switchable and that the second constant current generator ( 11 ) in the connected state in the same direction or in opposite directions to the first constant current generator ( 8th ) on the integrator ( 9 ) acts.

Circuit arrangement according to one of Claims 1 to 14, characterized in that the control unit ( 2 ) - in addition to the drive signal or the drive signals - a second switch signal provides that a second constant current generator ( 11 ) or a discharge resistor is provided that with the Zuschaltsignal the second constant current generator ( 11 ) in the opposite direction to the first constant current generator ( 8th ) or that the discharge resistance is switchable and that the capacitance or capacity change to be detected is determined from the discharge time (discharge time = the time from the start of the discharge by the second constant current generator or the discharge resistance to below a threshold value).

Circuit arrangement according to one of Claims 1 to 16, characterized in that the control unit ( 2 ) - in addition to the drive signal or the drive signals - another Zuschaltsignal provides that a second integrator ( 13 ) is provided that with the further Zuschaltsignal the second integrator ( 13 ) is switchable and that the second integrator ( 13 ) in the connected state in the same direction or in opposite directions to the first integrator ( 9 ) acts.

Circuit arrangement according to Claim 17, characterized in that the second integrator ( 13 ) A capacitor is provided.

Circuit arrangement according to one of Claims 1 to 18, characterized in that a window function is implemented, that is to say activation signals of the control unit ( 2 ) and / or output signals of the monostable multivibrator ( 3 ) are effective only during a - preferably adjustable - time window.

Circuit arrangement for detecting the capacitance or capacitance changes of two capacitive components, otherwise according to one of claims 1 to 19, characterized in that a second, controlled by the control unit monostable multivibrator is provided, whose. second input is connected to the second capacitive circuit or component, that when driving the second monostable multivibrator by the control unit at the output of the second monostable multivibrator, an output signal is produced or output signals arise whose or their duration to the capacitance of the second capacitive circuit or assembly is proportional, that the output of the first monostable multivibrator and the output of the second monostable multivibrator are connected to a gate and that the constant current generator is connected to the output of the gate.