DE202014100536U1 - Circuit arrangement for detecting a capacitance and / or a capacitance change of a capacitive component - Google Patents
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Abstract
Schaltungsanordnung zur Erfassung einer Kapazität eines kapazitiven Bauelements und/oder einer Änderung der Kapazität eines kapazitiven Bauelements, mit – einer durch ein Steuerungssignal steuerbaren monostabilen Kippschaltung (2) mit wenigstens zwei Eingängen (2.1, 2.3) und einem Ausgang (2.4), wobei ein erster Eingang (2.1) der Kippschaltung (2) für das Steuerungssignal vorgesehen ist, – einem kapazitiven Bauelement (3), das mit einem zweiten Eingang (2.3) der monostabilen Kippschaltung (2) verbunden ist, – einer Umwandlungseinrichtung, die mit dem Ausgang (2.4) der monostabilen Kippschaltung (2) verbunden und dazu ausgebildet und vorgesehen ist, ein an dem Ausgang (2.4) erzeugtes Ausgangssignal (AS) in eine Signalspannung (Ss) umzuwandeln, und – einer Auswerteeinheit (5), die mit der Umwandlungseinrichtung verbunden ist, um die Signalspannung (Ss) auszuwerten und hieraus wenigstens einen Erfassungswert zu erzeugen, der die Kapazität und/oder eine Änderung der Kapazität des kapazitiven Bauelements (3) anzeigt, wobei die monostabile Kippschaltung (2) dazu ausgebildet ist, bei einer Ansteuerung mit einem Steuerungssignal wenigstens ein Ausgangssignal (AS) an ihrem Ausgang (2.4) zu erzeugen, dessen Zeitdauer von der Kapazität des kapazitiven Bauelements (3) abhängig ist, und die Umwandlungseinrichtung das wenigstens eine Ausgangssignal (AS) in eine Signalspannung (Ss) umwandelt, deren Verlauf zu der Zeitdauer des Ausgangssignals (AS) proportional ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Umwandlungseinrichtung einen Integrierer (6) mit einem Operationsverstärker (60) umfasst und der Integrierer (6) so ausgebildet und zwischen den Ausgang (2.4) der monostabilen Kippschaltung (2) und die Auswerteeinheit (5) geschaltet ist, dass ein Ausgangssignal (AS) der monostabilen Kippschaltung (2) an einem Verstärkereingang (602) des Operationsverstärkers (60) anliegt und zu einer sich linear mit der Zeit verändernden Signalspannung (Ss) führt, wobei die Werte, die die Signalspannung (Ss) annehmen kann, durch das Ausgangssignal (AS) vorgegeben sind.Circuit arrangement for detecting a capacitance of a capacitive component and / or a change in the capacitance of a capacitive component, comprising a monostable multivibrator (2) controllable by a control signal having at least two inputs (2.1, 2.3) and one output (2.4), a first one Input (2.1) of the flip-flop (2) is provided for the control signal, - a capacitive device (3) which is connected to a second input (2.3) of the monostable multivibrator (2), - a conversion device connected to the output (2.4 ) of the monostable multivibrator (2) and designed and provided to convert an output signal (AS) generated at the output (2.4) into a signal voltage (Ss), and - an evaluation unit (5) connected to the conversion device, to evaluate the signal voltage (Ss) and to generate therefrom at least one detection value indicating the capacitance and / or a change in capacitance t of the capacitive component (3), wherein the monostable multivibrator (2) is designed to generate at least one output signal (AS) at its output (2.4) when driven by a control signal whose duration depends on the capacitance of the capacitive component ( 3), and the converting means converts the at least one output signal (AS) into a signal voltage (Ss) whose profile is proportional to the duration of the output signal (AS), characterized in that the conversion means comprises an integrator (6) having an operational amplifier (60) and the integrator (6) is designed and connected between the output (2.4) of the monostable multivibrator (2) and the evaluation unit (5), that an output signal (AS) of the monostable multivibrator (2) at an amplifier input ( 602) of the operational amplifier (60) and results in a linearly time-varying signal voltage (Ss), the values, which can assume the signal voltage (Ss), are predetermined by the output signal (AS).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erfassung einer Kapazität eines kapazitiven Bauelements und/oder einer Änderung der Kapazität eines kapazitiven Bauelements gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The present invention relates to a circuit arrangement for detecting a capacitance of a capacitive component and / or a change in the capacitance of a capacitive component according to the preamble of
Eine gattungsgemäße Schaltungsanordnung ist aus der
Eine derartige Schaltungsanordnung ist beispielsweise für eine Verstellvorrichtung für ein fremdkraftbetätigt verstellbares Schließelement eines Fahrzeugs einsetzbar, beispielsweise für eine elektromotorisch verstellbare Heckklappe oder Seitentür oder einen elektromotorisch verstellbaren Kofferraumdeckel eines Kraftfahrzeugs. Das kapazitive Bauelement wird hier beispielsweise durch eine Sensorelektrode gebildet, um hierüber berührungslos ein Bedienereignis detektieren zu können. So ändert sich durch ein Körperteil eines Nutzers im Bereich der Sensorelektrode die messbare Kapazität, so dass ein Nutzer durch das jeweilige Körperteil gezielt ein Bedienereignis auslösen kann, das über die Sensorelektrode detektiert wird und zu einer automatischen Verstellung des jeweiligen Schließelements führen soll. Eine beispielhafte Anwendung ist hierbei die Anwendung einer Sensorelektrode im Bereich eines hinteren Stoßfängers eines Kraftfahrzeugs, um über die Sensorelektrode eine Bewegung eines Fußes eines Nutzers im Bereich des Stoßfängers nach Art eines „Kicks“ als ein Bedienereignis zu erkennen und in Reaktion hierauf die Heckklappe oder den Kofferraumdeckel des Kraftfahrzeugs zu öffnen. Die Verstellung des Schließelements in Form der Heckklappe oder des Kofferraumdeckels kann somit berührungslos, d. h., ohne Berühren des jeweiligen Schließelements durch den Nutzer gesteuert werden. Such a circuit arrangement can be used, for example, for an adjusting device for a power-operated adjustable closing element of a vehicle, for example for an electric motor-adjustable tailgate or side door or an electromotively adjustable boot lid of a motor vehicle. The capacitive component is formed here, for example, by a sensor electrode in order to be able to detect a control event by contactlessly. Thus, the measurable capacitance changes through a body part of a user in the area of the sensor electrode, so that a user can trigger a control event specifically by the respective body part, which is detected via the sensor electrode and should lead to an automatic adjustment of the respective closing element. An exemplary application here is the use of a sensor electrode in the region of a rear bumper of a motor vehicle to detect a movement of a user's foot in the area of the bumper in the manner of a "kick" as an operating event via the sensor electrode and in response to this, the tailgate or the To open the boot lid of the vehicle. The adjustment of the closing element in the form of the tailgate or the boot lid can thus contact, d. h., Are controlled without touching the respective closing element by the user.
In der
Das Vorgesehen einer Konstantstromquelle und deren gezielte Schaltung auf Basis des von der monostabilen Kippschaltung bereitgestellten Ausgangssignals beispielsweise über einen in der Schaltungsanordnung vorzusehenden Schalter kann aber unter Umständen schaltungstechnisch nur vergleichsweise aufwendig zu realisieren sein. However, the provision of a constant current source and its targeted switching on the basis of the output signal provided by the monostable multivibrator, for example via a switch to be provided in the circuit arrangement, can possibly only be comparatively complicated to implement in circuit technology.
Aus der
Bei der Schaltungsanordnung der
Der vorliegenden Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Schaltungsanordnung weiter zu verbessern und ein verbessertes Verfahren zur Erfassung einer Kapazität und/oder einer Kapazitätsänderung eines kapazitiven Bauelements bereitzustellen. The object of the present invention is therefore to further improve a generic circuit arrangement and to provide an improved method for detecting a capacitance and / or a capacitance change of a capacitive component.
Diese Aufgabe wird mit der Schaltungsanordnung des Anspruchs 1 gelöst. This object is achieved with the circuit arrangement of
Bei einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist dementsprechend vorgesehen:
- – eine durch ein Steuerungssignal steuerbare monostabile Kippschaltung mit wenigstens zwei Eingängen und einem Ausgang, wobei ein erster Eingang der monostabilen Kippschaltung für das Steuerungssignal vorgesehen ist, ein zweiter Eingang mit einem kapazitiven Bauelement verbunden ist und bei einer Ansteuerung ein Ausgangssignal an dem Ausgang der monostabilen Kippschaltung erzeugt wird, dessen Zeitdauer von der Kapazität des kapazitiven Bauelements abhängig ist,
- – eine Umwandlungseinrichtung, die mit dem Ausgang der monostabilen Kippschaltung verbunden ist und mit einem einen Operationsverstärker aufweisenden Integrierer dazu ausgebildet und vorgesehen ist, ein an dem Ausgang der monostabilen Kippschaltung erzeugtes Ausgangssignal in eine Signalspannung umzuwandeln, deren Verlauf zu der Zeitdauer des Ausgangssignals proportional ist und die sich linear mit der Zeit verändert, und
- – eine Auswerteeinheit, die mit dem Integrierer der Umwandlungseinrichtung verbunden ist, um die Signalspannung auszuwerten und hieraus wenigstens einen Erfassungswert zu erzeugen, der die Kapazität und/oder eine Änderung der Kapazität des kapazitiven Bauelements anzeigt.
- - A controllable by a control signal monostable multivibrator with at least two inputs and an output, wherein a first input of the monostable multivibrator is provided for the control signal, a second input is connected to a capacitive device and at a control an output signal at the output of the monostable multivibrator whose duration depends on the capacitance of the capacitive component,
- - A conversion device which is connected to the output of the monostable multivibrator and formed with an operational amplifier having an integrator and is provided to convert an output signal generated at the output of the monostable multivibrator in a signal voltage whose waveform is proportional to the duration of the output signal and which changes linearly with time, and
- - An evaluation unit which is connected to the integrator of the conversion means to evaluate the signal voltage and to generate therefrom at least one detection value indicating the capacitance and / or a change in the capacitance of the capacitive device.
Durch die Verwendung eines Integrierers mit einem Operationsverstärker und mit wenigstens einem hierzu parallel geschalteten Kondensator wird an dem Ausgang des Integrierers, mit dem die Auswerteeinheit verbunden ist, eine linear verlaufende Signalspannung erzeugt, die direkt von dem Ausgangssignal der monostabilen Kippschaltung und damit von der Kapazität des kapazitiven Bauelements abhängt. Der Integrierer ist folglich erfindungsgemäß so ausgebildet und zwischen den Ausgang der monostabilen Kippschaltung und die Auswerteeinheit geschaltet, dass ein Ausgangssignal der monostabilen Kippschaltung an einem Verstärkereingang des Operationsverstärkers anliegt und zu einer sich linear mit der Zeit verändernden Signalspannung führt, wobei die Werte, die die Signalspannung annehmen kann, unmittelbar von dem Ausgangssignal abhängig und durch das Ausgangssignal vorgegeben sind Through the use of an integrator with an operational amplifier and with at least one capacitor connected in parallel thereto, a linear signal voltage is generated at the output of the integrator to which the evaluation unit is connected, directly from the output signal of the monostable multivibrator and thus from the capacitance of the capacitive component depends. The integrator is thus inventively designed and connected between the output of the monostable multivibrator and the evaluation that an output of the monostable multivibrator is applied to an amplifier input of the operational amplifier and results in a linearly varying with time signal voltage, the values representing the signal voltage can assume, directly dependent on the output signal and are predetermined by the output signal
Im Unterschied zu der Schaltungsanordnung der
Dementsprechend wird in einer bevorzugten Ausführungsvariante vorgesehen, dass die monostabile Kippschaltung derart ausgebildet ist, dass ihr Ausgangssignal zwei diskrete Spannungswerte annehmen kann. Beispielsweise variiert der Spannungswert des Ausgangssignals zwischen 0V und einem positiven Spannungswert, beispielsweise in Höhe von 5V, 10V oder 15V. Accordingly, it is provided in a preferred embodiment that the monostable flip-flop circuit is designed such that its output signal can assume two discrete voltage values. For example, the voltage value of the output signal varies between 0V and a positive voltage value, for example in the amount of 5V, 10V or 15V.
Weiterhin wird es bevorzugt, wenn das Ausgangssignal der monostabilen Kippschaltung an einem Verstärkereingang des Operationsverstärkers anliegt und das – vorzugsweise zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert variierende – Ausgangssignal
- – einen Minimalwert aufweist, der kleiner ist als ein Spannungswert einer Bezugsspannung, die an dem anderen Verstärkereingang des Operationsverstärkers anliegt, und
- – einen Maximalwert aufweist, der größer ist als der Spannungswert der Bezugsspannung an dem anderen Verstärkereingang.
- - Has a minimum value which is smaller than a voltage value of a reference voltage, which is applied to the other amplifier input of the operational amplifier, and
- - Has a maximum value which is greater than the voltage value of the reference voltage at the other amplifier input.
Ein Ausgangssignal kann hier folglich zwei unterschiedliche Zustände abbilden und dementsprechend zwei unterschiedliche Spannungen an einem Verstärkereingang des Operationsverstärkers vorgeben, von denen eine Spannung unterhalb und die andere Spannung oberhalb der an dem anderen Verstärkereingang anliegenden Bezugsspannung liegt. In dieser Konfiguration wird mit einem zu dem Operationsverstärker parallel geschalteten Kondensator, der einerseits mit dem Verstärkereingang verbunden ist, an dem das Ausgangssignal anliegt, und andererseits mit dem Ausgang des Operationsverstärkers verbunden ist, am Ausgang des Operationsverstärkers ein linear ansteigendes oder linear abfallendes Spannungssignal erzeugt, je nachdem, ob die Spannung des Ausgangssignals über oder unterhalb der Bezugsspannung liegt. Hierdurch ist besonders einfach und effektiv ein Rückschluss auf die Kapazität des kapazitiven Bauelements möglich. Da die Dauer des Ausgangssignals mit einem bestimmten Spannungswert unmittelbar von der Kapazität des kapazitiven Bauelements abhängt, ist auch die Dauer des linearen Anstiegs oder Abfalls der Signalspannung stets unmittelbar von der Kapazität des kapazitiven Bauelements abhängig. An output signal can thus map two different states and accordingly specify two different voltages at an amplifier input of the operational amplifier, of which one voltage is below and the other voltage is above the reference voltage applied to the other amplifier input. In this configuration, with a parallel to the operational amplifier capacitor connected on the one hand to the amplifier input to which the output signal is applied, and on the other hand connected to the output of the operational amplifier, at the output of the operational amplifier generates a linearly rising or linearly decreasing voltage signal, depending on whether the voltage of the output signal is above or below the reference voltage. This makes it particularly simple and effective to draw conclusions about the capacitance of the capacitive component. Since the duration of the output signal with a specific voltage value depends directly on the capacitance of the capacitive component, the duration of the linear rise or fall of the signal voltage is always directly dependent on the capacitance of the capacitive component.
Im Hinblick auf eine möglichst ökonomische Schaltungsanordnung wird es bevorzugt, dass zum Betrieb des Operationsverstärkers eine Versorgungsspannung vorgesehen ist und die Schaltungsanordnung einen Spannungsteiler aufweist, um eine Bezugsspannung, die an einem Verstärkereingang des Operationsverstärkers anliegt, als eine Teilspannung dieser Versorgungsspannung bereitzustellen. Damit kann an einer Stelle der Schaltungsanordnung die Versorgungsspannung angelegt werden und hieran nicht nur ein Versorgungsanschluss des Operationsverstärkers angeschlossen werden, sondern auch über einen Spannungsteiler einer der Verstärkereingänge des Operationsverstärkers. Wie allgemein bekannt wird ein solcher Spannungsteiler bevorzugt durch zwei Widerstände gebildet. With regard to a most economical circuit arrangement, it is preferred that a supply voltage is provided for operating the operational amplifier and the circuit arrangement comprises a voltage divider to provide a reference voltage which is applied to an amplifier input of the operational amplifier, as a partial voltage of this supply voltage. Thus, the supply voltage can be applied to a point of the circuit arrangement and not only a supply connection of the operational amplifier can be connected thereto, but also via a voltage divider of one of the amplifier inputs of the operational amplifier. As is well known, such a voltage divider is preferably formed by two resistors.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist der mit dem Operationsverstärker definierte Integrierer einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung invertierend ausgestaltet. Dementsprechend liegt hier das Ausgangssignal an dem invertierendem (negativen) Verstärkereingang des Operationsverstärkers an und die Bezugsspannung an dem nicht-invertierendem (positiven) Verstärkereingang. Es ist aber selbstverständlich möglich, auch einen nicht-invertierendem Integrierer zu verwenden, wodurch sich beispielsweise bei gleichbleibenden, zwischen zwei Spannungswerten variierenden Ausgangssignalen lediglich lineare Verläufe für die Signalspannung ergeben, die zu den Verläufen der Signalspannung bei einem invertierendem Integrierer umgekehrt sind. In a preferred embodiment variant, the integrator of a circuit arrangement according to the invention defined with the operational amplifier is designed to be inverting. Accordingly, here the output is applied to the inverting (negative) amplifier input of the operational amplifier and the reference voltage to the non-inverting (positive) amplifier input. However, it is of course possible to use a non-inverting integrator as well, whereby, for example, with constant output signals varying between two voltage values, only linear waveforms for the signal voltage result, which are reversed to the signal voltage waveforms in an inverting integrator.
Im Hinblick auf die Auswertung der erzeugten Signalspannung wird es in einem Ausführungsbeispiel bevorzugt, dass dem Integrierer ein Spitzenwerthaltglied nachgeschaltet ist, um einen maximalen Spannungswert für die Signalspannung (für das soeben an die monostabile Kippschaltung gegebene Steuerungssignal) zu speichern. Der gehaltene bzw. gespeicherte maximale Spannungswert kann dann beispielsweise mit einem in der Auswerteeinheit hinterlegten Schwellwert für die Signalspannung verglichen werden, um zu bewerten, ob dieser Schwellwert unter- oder überschritten wurde. With regard to the evaluation of the signal voltage generated, it is preferred in one embodiment for the integrator to be followed by a peak value limiter in order to store a maximum voltage value for the signal voltage (for the control signal just given to the monostable multivibrator). The held or stored maximum voltage value can then be compared, for example, with a stored in the evaluation unit threshold for the signal voltage to assess whether this threshold was exceeded or exceeded.
Wird ein Über- oder Unterschreiten des Schwellwerts festgestellt, kann die Auswerteeinheit beispielsweise ein Auslösesignal erzeugen, um zu signalisieren, dass die Kapazität des kapazitiven Bauelements einen als relevant eingestuften Kapazitätswert unterschritten oder überschritten hat bzw. eine entsprechenden Kapazitätsänderung aufgetreten ist. Ein solches Auslösesignal kann beispielsweise das Vorliegen eines Bedienereignisses zur Verstellung eines Schließelements an einem Fahrzeug anzeigen. If an overshoot or undershoot of the threshold value is detected, the evaluation unit can, for example, generate a trigger signal in order to signal that the capacitance of the capacitive component has undershot or exceeded a capacitance value classified as relevant or a corresponding capacitance change has occurred. Such a triggering signal may indicate, for example, the presence of an operating event for adjusting a closing element on a vehicle.
Bei dem an dem Spitzenwerthaltglied gespeicherten maximalen Spannungswert kann es sich somit um einen Erfassungswert handeln, der die Kapazität und/oder eine Änderung der Kapazität des kapazitiven Bauelements anzeigt, so dass das Spitzenwerthalteglied hier Teil einer (elektronischen) Auswerteeinheit darstellt. Alternativ oder ergänzend kann selbstverständlich auch die Signalspannung direkt an eine elektronische Auswerteeinheit übertragen werden. Die Auswerteeinheit ist hierbei beispielsweise dazu in der Lage, anhand des Signalverlaufs, insbesondere zum Beispiel anhand der Dauer eines linearen Anstiegs oder Abfalls der Signalspannung bis zum Über- und/oder Unterschreiten eines Schwellwerts oder sogar mehrerer Schwellwerte einen Erfassungswert oder mehrere Erfassungswerte zu gewinnen. Ein Erfassungswert kann beispielsweise einer nachgeschalteten Steuerungseinrichtung eine Kapazität des kapazitiven Bauelements und/oder eine Kapazitätsänderung anzeigen. So kann es sich bei dem Erfassungswert auch um einen Wert handeln, der von der Auswerteeinheit generiert wird, um einen bestimmten Kapazitätswert und/oder eine Kapazitätswertänderung bei dem kapazitiven Bauelement qualitativ oder quantitativ anzuzeigen. The maximum voltage value stored on the peak value holding member can thus be a detection value which indicates the capacitance and / or a change in the capacitance of the capacitive component, so that the peak value holding member forms part of an (electronic) evaluation unit. Alternatively or additionally, of course, the signal voltage can be transmitted directly to an electronic evaluation unit. For this purpose, the evaluation unit is able, for example, to obtain a detection value or a plurality of detection values on the basis of the signal profile, in particular, for example, based on the duration of a linear increase or decrease in the signal voltage up to and / or below a threshold value or even several threshold values. A detection value can, for example, indicate to a downstream control device a capacitance of the capacitive component and / or a change in capacitance. Thus, the detection value may also be a value that is generated by the evaluation unit in order to qualitatively or quantitatively display a specific capacitance value and / or a change in the capacitance value in the capacitive component.
In einer beispielhaften Schaltungsanordnung umfasst das Spitzenwerthalteglied, das mit dem Ausgang des Integrierers verbunden ist, wenigstens eine Diode und einen Speicherkondensator. Es ist selbstverständlich möglich, dass der an dem Spitzenwerthalteglied gehaltene maximale Spannungswert nicht identisch zu einem Maximalwert der an dem Ausgang des Integrierers erzeugten Signalspannung ist. So können beispielsweise in der Schaltungsanordnung noch zusätzliche Widerstände vorgesehen sein, so dass die an dem Speicherkondensator des Spitzenwerthalteglieds mithilfe der Diode gehaltene Spannung geringer ist als die am Ausgang des Integrierers erzeugte Signalspannung. Die an dem Speicherkondensator des Spitzenwerthalteglieds anliegende Spannung ist aber im jeden Fall proportional zu der Signalspannung. In an exemplary circuit arrangement, the peak hold member associated with the Output of the integrator is connected, at least one diode and a storage capacitor. It is, of course, possible that the maximum voltage value held on the peak hold member is not identical to a maximum value of the signal voltage generated at the output of the integrator. For example, additional resistors may be provided in the circuit so that the voltage held on the storage capacitor of the peak hold by the diode is less than the signal voltage produced at the output of the integrator. However, the voltage applied to the storage capacitor of the peak holding member is in any case proportional to the signal voltage.
In einer Weiterbildung ist die Höhe der Signalspannung in der Schaltungsanordnung steuerbar, vorzugsweise über eine von dem Ausgangssignal unabhängige elektronische Einstellvorrichtung stufenlos oder in vordefinierten Stufen. Derart kann beispielsweise ein durch den Integrierer vorgegebener Verstärkungsfaktor einstellbar sein. Bei Bedarf und je nach Einsatzzweck, gewünschter Sensitivität, Ansprechschwelle und/oder Umgebungsbedingungen kann somit ein Verstärkungsfaktor zwischen Ausgangssignal und Signalspannung angepasst und eine Kennlinie für die auszuwertende Signalspannung verändert werden. In a further development, the level of the signal voltage in the circuit arrangement is controllable, preferably continuously or in predefined stages via an electronic adjustment device independent of the output signal. For example, a gain factor specified by the integrator can be adjustable. If required and depending on the intended use, the desired sensitivity, response threshold and / or environmental conditions, a gain factor between output signal and signal voltage can thus be adapted and a characteristic curve for the signal voltage to be evaluated can be changed.
In einer Ausführungsvariante wird hierfür der an einen Eingang des Operationsverstärkers zurückgeführte Strom mithilfe einer elektronischen Einstellvorrichtung verändert. Hierdurch lässt sich die Steilheit einer Kennlinie für die Signalspannung in einfacher Weise gezielt verändern, insbesondere die Kennlinie verkippen. In one embodiment, for this purpose, the current fed back to an input of the operational amplifier is changed by means of an electronic adjustment device. As a result, the steepness of a characteristic curve for the signal voltage can be changed in a simple manner in a targeted manner, in particular tilting the characteristic curve.
In einem Ausführungsbeispiel ist eine schaltbare Einstellvorrichtung vorgesehen, über die mehrere diskrete Werte für den Verstärkungsfaktor vorgegeben und auswählbar sind. Über verschiedene Schaltzustände der Einstellvorrichtung können hierbei verschiedene Verstärkungsfaktoren vorgegeben werden. Durch einen veränderten Verstärkungsfaktor erfolgt in einem möglichen Ausführungsbeispiel auch eine Veränderung der Höhe der Signalspannung, insbesondere eine Veränderung eines möglichen, von dem Ausgangssignal unmittelbar abhängigen Maximalwerts der Signalspannung und hiermit wiederum eine Adaption einer Kennlinie für die Signalspannung. Beispielsweise weist eine Einstellvorrichtung wenigstens ein Schaltmittel in Form eines Feldeffekttransistors, vorzugsweise wenigstens zwei Feldeffekttransistoren auf, um elektrisch gesteuert verschiedene Schaltzustände einnehmen zu können. In one embodiment, a switchable adjustment device is provided, via which a plurality of discrete values for the amplification factor are predetermined and selectable. Different switching states of the adjustment device can be used to specify different amplification factors. In a possible embodiment, a change in the magnitude of the signal voltage, in particular a change in a possible maximum value of the signal voltage which is directly dependent on the output signal, and in turn an adaptation of a characteristic curve for the signal voltage, are also effected by an altered amplification factor. For example, an adjusting device has at least one switching means in the form of a field-effect transistor, preferably at least two field-effect transistors, in order to be able to assume different switching states under electrical control.
Wie bereits eingangs erläutert, ist ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung in einer Verstellvorrichtung für ein verstellbares Schließelement eines Fahrzeugs. As already explained above, another aspect of the present invention is the provision of a circuit arrangement according to the invention in an adjustment device for an adjustable closing element of a vehicle.
Bei einer derartigen Verstellvorrichtung ist über das Schließelement eine Karosserieöffnung eines Fahrzeugs verschließbar und das Schließelement kann zum Freigeben der Karosserieöffnung bei Vorliegen eines Bedienereignisses automatisch verstellbar sein. Alternativ oder ergänzend kann bei Vorliegen eines Bedienereignisses eine Verriegelung des Schließelements betätigbar sein, um das Schließelement freizugeben und überhaupt erst (manuell oder fremdkraftbetätigt) verstellen zu können. Beispielsweise handelt es sich bei dem Schließelement um eine Heckklappe oder eine (Seiten-)Tür eines Kraftfahrzeugs oder einen Kofferraumdeckel eines Kraftfahrzeugs. In such an adjusting device, a body opening of a vehicle can be closed via the closing element and the closing element can be automatically adjusted to release the body opening in the presence of an operating event. Alternatively or additionally, in the event of an operating event, a locking of the closing element can be actuated in order to release the closing element and in the first place to be able to adjust it (manually or by external force). For example, the closing element is a tailgate or a (side) door of a motor vehicle or a trunk lid of a motor vehicle.
Über eine kapazitiv arbeitende Sensoreinrichtung mit wenigstens einem kapazitiven Bauelement, zum Beispiel in Form einer einzelnen Sensorelektrode oder wenigstens einem Sensorelektrodenpaar, wird hierbei das Vorliegen eines Bedienereignisses anhand der Kapazität des Bauelements und/oder einer Änderung der Kapazität des Bauelements erkannt. By means of a capacitively operating sensor device having at least one capacitive component, for example in the form of a single sensor electrode or at least one pair of sensor electrodes, the presence of a control event is detected on the basis of the capacitance of the component and / or a change in the capacitance of the component.
Mit einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung kann ebenfalls ein verbessertes Verfahren zur Erfassung einer Kapazität und/oder einer Änderung der Kapazität eines kapazitiven Bauelements verwirklicht werden. Bei einem solchen Verfahren sind dann wenigstens die nachfolgenden Schritte vorgesehen:
- – Steuern einer monostabilen Kippschaltung durch Anlegen eines Steuerungssignals, das beispielsweise von einer elektronisches Steuerungseinheit bereitgestellt wird, an einem ersten Eingang der monostabilen Kippschaltung, wobei die monostabile Kippschaltung an einem zweitem Eingang mit dem kapazitiven Bauelement verbunden ist,
- – Erzeugen wenigstens eines Ausgangssignals an einem Ausgang der monostabilen Kippschaltung bei Anlegen des Steuerungssignals, wobei die Zeitdauer des erzeugten Ausgangssignals von der Kapazität des kapazitiven Bauelements abhängig ist, und
- – Umwandeln des wenigstens einen Ausgangssignals in eine Signalspannung, deren Verlauf zu der Zeitdauer des Ausgangssignals proportional ist.
- Controlling a monostable multivibrator by applying a control signal, for example provided by an electronic control unit, to a first input of the monostable multivibrator, the monostable multivibrator being connected to the capacitive component at a second input,
- Generating at least one output signal at an output of the monostable multivibrator upon application of the control signal, wherein the duration of the generated output signal depends on the capacitance of the capacitive component, and
- - converting the at least one output signal into a signal voltage, the course of which is proportional to the duration of the output signal.
In Analogie zu einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist bei einem solchen Verfahren weiterhin vorgesehen, dass das Umwandeln des Ausgangssignals mittels eines Integrierers erfolgt, der einen Operationsverstärker aufweist, an dessen einem Verstärkereingang das Ausgangssignal anliegt, und der das Ausgangssignal der monostabilen Kippschaltung zu einer sich linear mit der Zeit verändernden Signalspannung umwandelt, so dass die Werte, die die Signalspannung annehmen kann, durch das Ausgangssignal vorgegeben sind. In analogy to a circuit arrangement according to the invention, it is further provided in such a method that the conversion of the output signal takes place by means of an integrator having an operational amplifier, at whose one amplifier input the output signal is present, and converts the output of the monostable multivibrator to a linearly varying with time signal voltage, so that the values that can accept the signal voltage, are predetermined by the output signal.
Es ist somit offensichtlich, dass die zuvor und nachfolgend noch erläuterten Vorteile und Merkmale von Ausführungsbeispielen einer Schaltungsanordnung auch für ein Verfahren zur Erfassung einer Kapazität und/oder einer Veränderung der Kapazität eines kapazitiven Bauelements gelten und umgekehrt. It is thus obvious that the advantages and features of exemplary embodiments of a circuit arrangement explained above and below also apply to a method for detecting a capacitance and / or a change in the capacitance of a capacitive component, and vice versa.
Bei der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren werden weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung deutlich werden. In the following description of an embodiment with reference to the figures, further advantages and features of the present invention will become apparent.
Hierbei zeigen: Hereby show:
Zunächst Bezug nehmend auf die
Bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung gemäß der
Mittels der monostabilen Kippschaltung
Die Auswerteeinheit
Anstatt die Konstantstromquelle KSQ über den Schalter S selektiv in Abhängigkeit von dem Auslösesignal AS mit dem Integrator
Die aus der
Mit der erfindungsgemäßen Lösung werden eine verbesserte Schaltungsanordnung und ein verbessertes Verfahren zur Erfassung einer Kapazität und/oder einer Änderung der Kapazität eines kapazitiven Bauelements wie der Sensorkapazität
In der
Das Ausgangssignal AS wird hierbei über einen Widerstand R1 direkt auf einen invertierenden (negativen) Verstärkereingang
Zu dem Operationsverstärker
Die monostabile Kippschaltung
Das Ausgangssignal As kann neben seinem Maximalwert auch einen diskreten Minimalwert (Low-Pegel) annehmen, dessen Dauer ebenfalls von der Größe der Sensorkapazität
An dem Verstärkerausgang
Im vorliegenden Fall wird sich das Ausgangssignal AS mit dem Minimalwert von hier 0V und der sich daraus ergebenden linear ansteigenden Signalspannung Ss zunutze gemacht, um auf das Vorliegen eines bestimmten Bedienereignisses zu schließen. Dabei wird das Vorliegen eines bestimmten Bedienereignisses detektiert, wenn die Signalspannung Ss ausreichend Zeit hat, über einen Schwellwert hinaus anzusteigen. Das Ausgangssignal AS der monostabilen Kippschaltung
Um bei der Schaltungsanordnung der
Mit der Schaltungsanordnung der
In der
Die Schaltungsanordnung der
Die Einstellvorrichtung
Die MOSFETs
Obwohl in den Ausführungsbeispielen der
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1 1
- Steuereinheit control unit
- 2 2
- Kippschaltung flop
- 2.1, 2.3 2.1, 2.3
- Eingang entrance
- 2.4 2.4
- Ausgang output
- 3 3
- Sensorkapazität sensor capacitance
- 4 4
- Integrator integrator
- 5 5
- Auswerteeinheit evaluation
- 6 6
- Integrierer integrator
- 60 60
- Operationsverstärker operational amplifiers
- 601, 602 601, 602
- Verstärkereingang amplifier input
- 603 603
- Verstärkerausgang amplifier output
- 61 61
- Kapazität capacity
- 7 7
- Diode diode
- 8 8th
- Einstellvorrichtung adjustment
- 80 80
- Anschlussleitung connecting cable
- 81, 82 81, 82
- MOSFET (Feldeffekttransistor) MOSFET (field effect transistor)
- AS AS
- Ausgangssignal output
- C1 C1
- Speicherkondensator storage capacitor
- C2 C2
- Speicherkondensator storage capacitor
- GND GND
- Erde earth
- K K
- Knoten node
- KSQ KSQ
- Konstantstromquelle Constant current source
- R1–R8 R1-R8
- Widerstand resistance
- S S
- Schalter switch
- Ss ss
- Signalspannung signal voltage
- U81, U82 U 81 , U 82
- Steuerspannung control voltage
- VCC VCC
- Versorgungsspannung supply voltage
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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- DE 10258417 [0007] DE 10258417 [0007]
- DE 102006069120 A1 [0012] DE 102006069120 A1 [0012]
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-
2014
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