DE2333260A1 - Elektrische schaltungsanordnung zum erfassen der arbeitsweise einer elektrischen schalteranordnung - Google Patents

Description

• Elektrische Schaltungsanordnung zum Erfassen der Arbeitsweise einer elektrischen Schalteranordnung Die Erfindung bezieht-sich auf eine elektrische Schaltungsanordnung zum Erfassen der Arbeitsweise einer elektrischen Schalteranordnung mit einem elektronischen Schalter, dem ein elektrisches Signal zuführbar ist, wenn die Schalteranordnung elektrisch gespeist und betrieben ist.
• Aufgabe der Erfindung ist es, mit itilfe einer solchen Schaltungsanordnung die Betriebsweise einer z.B, in Form einer Matrix aufgebauten Schalteranordnung zu erfassen.
• Bei einer Schaltungsanordnung der genannten Art ist diese Aufgabe gemaß der Erfindung gelöst durch eine Gatterschaltung mit einem Steuereingang, die mit dem elektronischen Schalter derart verbunden ist, daß er auf das zugeführte Signal nur wahrend einer vorbestimmten Ansteuerperiode anspricht, durch eine Verriegelungsschaltung, die zum Verriegeln des elektronischen Schalters in dessen angesprochenem Zustand nachdem er auf das zugeführte Signal angesprochen hat, mit diesem verbunden ist, wobei mit der Gatterschaltung die Verriegelungsschaltung am Ende der Ansteuerperiode lösbar ist, und durch einen Ausgang zum Erfassen des angesprochenen Zustands des elektronischen Schalters.
• Die Erfindung wiId anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeisiels näher erläutert. Im einzelnen zeigen: Fig. 1 eine schematische Schaltung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, Fig. 2 und 3 schematisch, wie eine Anzahl von Schaltern in einer Matrix verbunden werden können, und Fig.. 4 und 5 Schaltungen, die jeden Schalter der in den Fig. 2 und 3 gezeigten Matritzen zugeordnet werden können.
• Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung weist zwei Metallelektroden 5. und 6 auf, die auf der Fläche einer elektrisch isolierenden Schicht 10, wie z. B. einer Keramikschicht mit einer relativ hohen Dielektrizitätskonstante, befestigt sind. Ein geerdeter elektrisch leitender Streifen 11 ist zwischen den Elektroden 5 und 6 und der gegenüberliegenden Fläche der dielektrischen Schicht 10 angeordnet, die einen Farbüberzug 12 aufweist.
• Der Ausgang eines Sinusgenerators 14 ist mit der Elektrode 5 verbunden, während die Elektrode 6 über einen Gleichrichter 16 mit dem Eingang eines Gleichspannungsverstärkers 18 verbunden ist.
• Während des Betriebs ist infolge des geerdeten Streifens 11 zwischen den Elektroden 5 und 6 nur eine minimale Kapazität vorhanden. Bewegt jedoch eine Bedicnungsperson ihren Finger gegen den Farbüberzug 12, wie dieses durch den Pfeil A angedeutet ist, oder aber iui irgend ein andercks elektrisch leitendes Element in ähnlicher Weise bewegt wird, so vergrößert sich die Kapazität zwischen den Elektroden 5 und 6 wesentlich und der Gleichrichter 16 wird vom Sinusgenerator 14 gespeist.
• Aufbau und Arbeitsweise eines solchen Schalters ist näher in der deutschen Patentanmeldung P 23 18 581.1 beschrieben.
• Fig. 2 zeigt eine Anzahl von Schaltern der in Verbindung mit Fig. 1 beschriehenen Form, die in einer Leitungsmatrix angeordnet sind, um die elektrischen Verbindungen zu verringern. Die Schalter sind schematisch durch das Bezugszeichen S angegeben.
• Wie in Fig. 2 gezeigt ist, weist bei diesem Ausführungsbeispiel die Matrix vier Zeilenleiter 40, 42, 44 und 46 und vier Spaltenleiter 48, 50, 52 und 54 auf. Jeweils einer der Schalter ist an jedem Kreuzungspunkt eines Zeilen- und Spaltenleiters angeordnet, um damit die Verbindung zwischen Zeilen- und Spaltenleiter zu steuern. Auf diese Weise verbindet beim Schließen eines Jeden Schalters mit Hilfe des Fingers der Bedichnungsperson oder einem entsprechenden anderen Element kapazitiv eine bestimmte Zeilenleitung mit einer bestimmten Spaltenleitung.
• Die Schalter werden von nit den Zeilenleitern 40, 42, 44 und 46 verbundenen Impulsgeneratoren gespeist, wobei die Zeilenleitungen nacheinander mit Speiseimpulsen versorgt werden, wie dieses in Fig 2 an der linken Seite schematisch dargestellt ist. Auf diese Weise wird in jedem Augenblick nur eine Zeilenleitung gespeist. Durch Erfafassung des Augenblickes, zu dem ein Ausgangssignal auf einer der Spaltenleitungen 48, 50, 52 und 54 erzeugt wird, und durch Bestimmung, welche der Spaltenleitungen das Ausgangssignal führt, kann die Identität des Schalters ermittelt werden, der das Ausgangssignal erzeugt hat.
• Die Frequenz der Speiseimpulse ist entsprechend der jeweiligen Anwendung zu wählen. Bilden die-Schalter Teile eines von Hand bedienten Tastenfeldes, so sollte die Frequenz ausreichend groß sein, damit die Bodienungsperson die Tasten mit der gewünschten Geschwindigkeit betätigen kann.
• Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform, bei der jedem der Schalter S der Fig. 2 jeweils eine Schalteranordnung T zugeordnet ist, die von dem Schalter einschaltbar ist. Fig. 4 zeigt die Schaltung einer solchen Schalteranordnung T.
• Diese in Fig. 4 gezeigte Schaltung hat eine Eingangsklemme 60 und eine Ausgangsklemme 62, wobei die Eingangsklemme 60 miteinem geeigneten Zeilenleiter verbunden ist, während die Ausgangsklemme 62 mit einen geeigneten Spaltenleiter verbunden ist. Der in Fig. 4 nur schematisch dargestellte Schalter S kann die in Fig. 1 gezeigte Form haben.
• Das Ausgangssignal des Schalters S gelangt über eine LeitunG 63 an die Basis eines NPN-Transistors 64, der von einer Speiseleitung 66 gespeist ist und dessen Emitter über einen weiteren NPN-Transistor 70 mit einer Erdleitung 68 verbunden ist. Die Basis des Transistors 70 ist mit der Eingangsklemme 60 über einen Widerstand 70 und über eine Leitung 73 verbunden. Die Leitung 73 ist in hier nicht gezeigter Weise so gesclialtet, daß sie. einen an der Eingangsklemme 60 zugeführten Impuls in invertierter Form erhält.
• Der Emitter des Transistors G4 speist die Basis eines Verstärkungstransistors 74, dessen Kollektor über Widerstände 76 und 78 mit der Speiseleitung 6G und außerdem mit der Ausgangsklemme 62 verbunden ist. Der Verbindungspunkt zwischen den beiden Widerständen 76 und 78 ist mit der Basis eines PNP-Transistors 80 verbunden, dessen Ifollekt-or die Basis des Transistors 64 speist, um eine noch beschriebene Rückkopplungswirkung zu erreichen.
• Ein weiterer NPN-Transistor 82 verbindet die Basis des Transistors 64 mit Erde, während die Basis dieses Transistors mit der Eingangsklemme 60 über einen Widerstand 83 und der Leitung 73 verbunden ist.
• Während des Betriebs sind die Transistoren 64, 74 und 80 gesperrt, wenn der Schal-ter S geöffnet ist, wobei zur gleichen Zeit die Transistoren 70 und 82 leitend sind.
• Wird der Schalter 5 geschlossen, so gelangt der nächstfolgende an die Eingangsklemme 60 gegebene Impuls kapazitiv über den Schalter an die Basis des Transistors 64. Gleichzeitig gelangt eine invertierte Form dieses Impulses an die Basen der Transistoren 70 und 82. Der Transistor 64 wird daher leitend und die Transistoren 70 und 82 gesperrt, wodurch der Transistor 74 leitend geschaltet wird, um ein negatives Signal an der Ausgangsklemme 62 zu erzeugen. Gleichzeitig ermöglicht der durch die Basis des Transistors 80 und den Kollektor des Transistors 74 fließende Strom das Leitendwerden des Transistors 80, wodurch dieser Transistor eine Vorriegelungswirkung ausübt, die den Transistor 64 anschließend leitend hält, unabhängig von der Stellung des Schalters S. Dem Emitter des Transistors 80 karin ein Ausgangsstrom entnommen werden, wenn dieses anstelle oder zusätzlich zum Ausgangssignal an der Ausgangsklemme 62 gewünscht ist.
• Endet der Eingangs impuls an der Eingangsklemme 60, so werden die Transistoren 70 und 82 leitend geschaltet, wodurch die Transistoren 74 und 80 gesperrt werden, um den Ausgangsimpuls zu beenden und außerdem den Transistor 64 zu sperren.
• Auf diese Wcise wird die Schaltung durch jeden Zeilenimpuls angesteuert, der an die Eingangsklemme 60 zugeführt wird, und kann auf ein auf der Leitung 63 befindliches Signal nur während eines solchen Zeilenimpulses ansprechen. Außerdem hat die Schaltung eine Hysterese- oder Verriegelungswirkung, die vom Transistor 80 bewirkt wird, der sicherstellt, daß das Arbeiten der Schaltung nach ihrer Veranlassung durch Betätigung eines Schalters S unabhangig von der nachfolgenden Schalterbetätigung ist, und diese Verriegelungswirkung am Erde des Zeilenimpulses auf gehoben wird.
• Die in Fig. 4 gezeig-te Schaltung kann in verschiedener Weise abgewandelt werden. So kann die in Fig. 4 gezeir, te Schaltung mit jedem anderen geeigneten Schaitertyp anstelle des in Fig.
• 1 gezeigten Schalters benutzt werden. In Verbindung mit einigen anderen Schaltertypen kann es erforderlich sein, eine Rückkopplung über den geschlossenen Schalter an die rasen der Transistoren 70 und 82 zu verhindern.
• Bei einer anderen Abwandlung der in Fig. 4 gezeigten Schaltung werden die mit den Eingangsklemmen 60 verbundenen Zeilenleitungen nicht mit im Zeitmultiplex auCtrctenden Ilupulsen, sondern statt dessen jeweils mit periodischen Wellenformen gespeist, deren relative Phasenlagen nicht definiert sind. Außerdem sind die Leitungen 73 aller Schalteranordnungen, die zu einer Zeile der Matrix gehören, parallel mit jeweiligen Ansteueranschlüssen verbunden, an die die im Multiplex auftretenden Zcilenimpulse gegeben werden. Auf diese Weise wird die gleiche Arbeitsweise erreicht und die Betätigung eines jeden Schalters kann nur ein Ausgangssignal bewirken, wenn der jeweilige Zeilenimpuls auftritt.
• In Fig. 5 ist eine abgewandelte Form der in Fig. 4 gezeigten' Schalteranordnung dargestellt, wobei einander entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen vorstehen sind.
• Wie in Fig. 5 gezeigt, wird das Ausgangssignal nicht wie in Fig. 4 am Kollektor des Transistors 74 entnommen, sondern vom Kollektor eines Transistors 90, dessen Basis-Emitten-Strecke zwischen den Emitter eines Transistors 91 und die Leitung 66 geschaltet ist. Anstelle der Transistoren 70 und 82 der Fig. 4 benutzt die in Fig. 5 gezeigte Schaltung einen Transistor 92, dessen Kollektor mit dem Kollektor des Transistors 91 über einen Widerstand 93 verbunden ist. Sein Emitter ist mit einer Leitung 68 über eine Diode 94 verbunden, während eine weitere Diode 95 den Ausgang der Schaltung abtrennt. Das Ausgangssignal des Schalters S gelangt an die Basis des Transistors 91 über zugeordnete Transistoren 96 und 97. Die Eingangsklemme 60 ist mit einen zugehörigen Zeilenleiter der Matri,-verbunden, um einen der im Zeitmultiplex auftretenden Ansteuerimpulse zu erhalten, während die Leitung 73 in hier nicht dargestellter Weise so geschaltet ist, daß sie eine invertierte Form der an die Eingangsklemme 60 gegebenen Ansteuerimpulse erhält.
• Während des Betriebs sind die Transistoren 90, 91, 96 und 97 anfangs gesperrt und der Transistor 92 leitend. Bei Betätigung des Schalters 5 werden die Transistoren 96 und 97 leitend. Der Transistor 92 wird von dem über die Leitung 73 zugeführten invertierten Impuls gesperrt, währeiid der Transistor 91 leitend wird und die Transistoren 96 und 97 auch dann noch leitend hält, wenn der Schalter S wieder geöffnet wird. Gleichzeitig wird auch der Transistor 90 leitend, um über die Diode 95 ein positives Ausgangssignal zu erzeugen.
• Bei Beendigung des an die Leitung 73 gegebenen invertierten Zeilenintpulses wird der Transistor 92 leitend geschaltet, wodurch der, über den Transistor 91 fließende Strom geteilt wird.
• Die in den Fig. 4 und 5 gezeigten Schaltungen werden vorzugsweise mit integrierten Schaltungen aufgebaut, wobei z.B. eine Schaltung für sechs Schalteranordnungen auf einen einzelnen integrierten Schalturgschip aufgebaut werden können.

Claims (9)

1. Patentansprüche 1. Elektrische Schaltungsanordnung zum Erfassen der Arbeitsweise einer elektrischen Schalteranordnung mit einem elektronischen Schalter, dem ein elektrisches Signal zuführbar ist, wenn die Schalteranordnung elektrisch gespeist und betrieben ist, g e k e n n z e i c h n e t durch eine Catterschaltung (70, 82, 92) mit einem Steuereingang (73), die mit.dem elektronischen Schalter (64, 96) derart verbunden ist, daß er auf das zugeführte Signal nur während einer vorbestimmten Ansteuerperiode anspricht, durch eine Verriegelungsschaltung (80, 91), die zum Verriegeln des elektronischen Schalters in dessen angespro.-chenem Zustand nachdem er auf das zugeführte Signal angesprechen hat mit diesem verbunden ist, wobei mit der Gatterschaltung die V@rriegelungsschaltung am Ende der Ansteuerperiode lösbar ist, und durch einen Ausgang (62) zum Erfassen des angesprochenen Zustands des elektrischen Schalters.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß ein elektrischer Impuls vorbestimmter Polarität und Dauer an den Steuereingang (73) der Gatterschaltung (70, 82, 92) gebbar ist, um die Ansteuerperiode zu bestimmen.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die elektrische Schalteranordnung (S) so geschaltet ist, daß ihr vom Steuereingang (73) als ihr Speisesignal den Ansteuerimpuls erhält.
4. 4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k c n n z e i c h n e,t , daß der elektronische Schalter einen ersten Transistor (64) aufweist, dessen Basis zum Ansprechen auf das elektrische Signal der elektrischen Schalteranordnung (S) mit dieser verbunden ist, daß die Ga@-terschaltung einen zweiten Transistor (82) aufweist, dessen Emitter-Kollektor-Strecke zwischen die Basis und den Emitter des ersten Transistors (64) geschaltet ist und dessen Basis mit dem Steuereingang (73) zur Zuführung des Ansteurerimpulses verbunden ist, wodurch der erste Transistor (64) nur durch Ansprechen auf das elektrische Signal der Schalteranordnung (S) leitend werden kann, wenn der zweite Transistor (82) im wosentlichen gleichzeitig durch den Ansteurerimpuls sperrbar ist.
5. 5. Schaltungsanordnung nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Verriergelungsschaltung einen dritten Transistor (@@) hat, dessen Emitter-Kollektor-Strecke zur Speisung der basis des e:rst;eii Trensistors (64) geschaltet ist und dessen Basis auf das Leitendwerden des ersten Transistors (64) anspricht, wodurch der dritte Transistor (80) leitend wird, um eim Verriegelungssignal an die Basis des ersten Transistors (64) zu geben, wenn der erste Transistor durch das elektrische Signal leitend wird, und daß der dritte Transistor (80) sperrbar ist, um die Verriegelungswirkung aufzuheben, wenn der zweite Transistor (32) durch Beendigung des Ansteuerimpulses gesperrt wird.
6. 6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h ri e t , daß der elektronische Schalter einen ersten Transistor (96) hat, dessen Basis zur Zuführung des elektrischen Signals in Äbhängigkeit der Betätigung der Schalteranordnung (S) geschaltet ist, daß die Verricgelungsschaltung einen zweiten Transistor (91) hat, der so, geschaltet ist, daß er in seinen leitenden Zustand vorgespannt ist, wenn der erste Transistor (96) das elektrische Signal erhält, und der einen Rückkopplungspfad vom Kollektor des ersten Transistors (96) zu seiner Basis bildet, und daß die Gatterschaltung einen dri':tcn Transistor (92) aufweist, dessen Basis mit dem Steuereingang (73) so verbunden ist, daß er durch den Ansteuerimpuls sperrbar ist, und dessen Emitter-Kollektor-Strecke die Emitter-Kollektor-Strecke des zweiten Transistors (91) so überbrückt, daß der zweite Transistor (91) leitend schaltbar ist, um den ersten Transistor (96) nur da@n zu verrieeln, wenn der dritte Transistor (92) durch den Ansteuerimpuls gesperrt wird.
7. 7. Schaltungsanordung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch G e k c n n z e i c h n e t , daß die elektrische Schalteranordung (S) zwei Elektroden hat, die so angeordnet sind, daß die Kapazität zwischen ibnen durch die Nähe des Eingers einer Bedienungsperson oder eines elektrischen Ersatzelementes dafür wesentlich vergrößert ist.
8. 8. Elektrische Schaltungsanordung, g e k e n n z e i c h n e t durch eine Vielzahl elektrischer Schaltungen, von denen jede nach einc'u der verhorgehenden Ansprüchen aufgebaut ist und jeder eine elektrische Schalteranordung (S) zugeordnet ist, durch eine Speisesignale an alle Schalteranordnungen führende Schaltung, durch eine Schaltung (40, 42, 44, 46) zum Zusammenfassen der Steuereingänge der Schaltungen zu einer Vielzahl von ersten Gruppen, von denen jedc aus einer Vielzahl von Steuereingängen besteht, durch eine Steuerimpulse an jede Gruppe der Reihe nach gebende Schaltung und durch eine Schaltung (48, 50, 52, 54) zum Zusammenfassen der Ausgänge der Schaltungen zu einer Vielzahl von zweiten Gruppen, von denen jede den Ausgang nur einer der Schaltungen aufweist, die jeder der ersten Gruppen zugeordnet ist, wodurch die Arbeitsweise jeder einzelnen Schalteranordnung (S) während einer vorbestimmten Periodendauer und an einem bestimmten Ausgang der zweiten Gruppe feststellbar ist.
9. 9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dz. durch g e k e n n -z e i c h n e t , daß jede Schalteranordnung (S) mit dem Steuereingang ihrer zugeordneten Schaltung zur Speisung durch den an sie. gegebenen Ansteuerimpuls verbunden ist.