DE69919494T2

DE69919494T2 - Vorrichtung zur Erzeugung von Eingabesignalen für ein elektronisches Gerät

Info

Publication number: DE69919494T2
Application number: DE69919494T
Authority: DE
Inventors: Jari Muurinen
Original assignee: Nokia Oyj
Current assignee: Nokia Oyj
Priority date: 1998-12-04
Filing date: 1999-12-01
Publication date: 2005-08-18
Anticipated expiration: 2019-12-02
Also published as: FI105420B; EP1006545A1; ATE274231T1; DE69919494D1; US6504492B1; FI982618A0; EP1006545B1

Description

Die Erfindung betrifft allgemein die Technologie der Erzeugung eines Eingangssignals für eine elektronische Vorrichtung in Reaktion auf eine manuelle Operation eines Anwenders. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Struktur, die einem Vorrichtungshersteller ermöglicht, das Aussehen einer Tastatur oder dergleichen frei zu entwerfen.
Tastaturen oder Tastenfelder werden herkömmlich verwendet, um eine manuelle Einwirkung eines menschlichen Anwenders in ein für eine digitale Signalverarbeitungsvorrichtung verständliches Eingangssignal umzusetzen. 1 veranschaulicht ein bekanntes rechtwinkliges Tastenfeld, das aus N × M Tasten besteht; wobei hier N = 4 und M = 5 ist. Die Anordnung umfasst N leitende Eingangszeilen 101 bis 104 und M leitende Ausgangsspalten 105 bis 109, wobei die Zeilen und Spalten normalerweise keinen galvanischen Kontakt miteinander aufweisen. An jeder Kreuzung einer Zeile und einer Spalte befindet sich eine Taste, die eine leitende Wölbung umfasst, die als ein gepunkteter Kreis gezeigt ist und über der Kreuzung gehalten wird, so dass sie die sich überschneidenden Leiter normalerweise nicht berührt. Ein Drücken beispielsweise der als 110 gezeigten Taste bewirkt, dass die leitende Wölbung einen galvanischen Kontakt zwischen der Zeile 104 und der Spalte 109 erzeugt. Ein Eingangsspannungsverteiler 111 erregt jede der Eingangszeilen in zyklisch wechselnder Weise mit einer Rate, von der erwartet wird, dass sie die Rate des Drückens der Tasten durch den Anwender übersteigt. Eine Ausgangsauswerteschaltung 112 erfasst die Erregung, die in einer der Ausgangsleitungen bewirkt wird, wenn die Erregung der entsprechenden Eingangsleitung mit einer Kopplung der Eingangsleitung und der Ausgangsleitung an einem Schnittpunkt durch die leitende Wölbung zusammenfällt. Der Logikcodierblock 113 setzt die Beobachtung eines Tastenanschlags in eine Bitfolge um, die eindeutig angibt, welche Taste gedrückt wurde.
Die Nachteile der Anordnung von 1 umfassen sowohl den relativ hohen Leistungsverlust der N parallelen im Block 111 enthaltenen Spannungspuffer, die erforderlich sind, um die ununterbrochene aufeinander folgende Erregung der Eingangszeilen aufrechtzuerhalten, als auch die elektromagnetische Störung, die die schnelle zyklische Erregung der Zeilen an irgendwelchen nahe gelegenen empfindlichen elektronischen Vorrichtungen zu bewirken neigt.
Aus der europäischen Patentveröffentlichung EP 695 041 , die hiermit durch Literaturhinweis eingefügt ist, ist eine Tastenfeldanordnung gemäß 2 bekannt. Eine Versorgungsspannung Vcc wird über einen ohmschen Widerstand 202 an einer positiven Spannungsschiene 201 bereitgestellt. Von der positiven Spannungsschiene gibt es über einen ohmschen Widerstand 203–206 eine Verbindung zu jeder Tastenspalte, so dass jeder der ohmschen Widerstände einen anderen Wert besitzt. Jede Tastenzeile ist so mit einer Erdungsschiene 207 gekoppelt, dass es von jeder Zeile eine Verbindung zu einem gemeinsamen Verbindungspunkt über einen verschieden veranschlagten ohmschen Widerstand 208–212 gibt, wobei es von jedem gemeinsamen Verbindungspunkt über einen ohmschen Widerstand 213 eine Verbindung zu der Erdungsschiene gibt. Die positive Spannungsschiene 201 ist mit einem ersten Ausgangsanschluss 214 gekoppelt. Die Schaltung umfasst ferner einen PNP-Transistor 215, dessen Emitter mit der Versorgungsspannung Vcc gekoppelt ist, dessen Basis über einen ohmschen Widerstand 216 mit der positiven Spannungsschiene 201 gekoppelt ist und dessen Kollektor über einen ohmschen Widerstand 217 mit der Erdungsschiene 207 gekoppelt ist. Der Kollektor des PNP-Transistors 214 ist außerdem mit einem zweiten Ausgangsanschluss 218 gekoppelt.
Die Idee des Tastenfelds gemäß 2 besteht darin, dass ein mit einem ohmschen Widerstand behafteter Stromweg zwischen der positiven Spannungsschiene und der Erdungsschiene erzeugt wird, wenn eine bestimmte Taste gedrückt ist. Der Widerstandswert des Stromwegs ist der niedergedrückten Taste eindeutig zugeordnet, da alle ohmschen Spaltenwiderstände 203–206 und alle ohmschen Zeilenwiderstände 208–212 verschiedene Werte besitzen. Der variable ohmsche Widerstand des Stromwegs wirkt als ein Teil eines Spannungsteilers mit dem ohmschen Widerstand 202 zusammen, der wiederum bewirkt, dass die positive Spannungsschiene einen Spannungswert annimmt, der der Taste, die gedrückt wurde, ebenfalls eindeutig zugeordnet ist. Ein mit dem ersten Ausgangsanschluss verbundener A/D-Umsetzer (nicht gezeigt) setzt den Spannungswert der positiven Spannungsschiene in ein digitales Wort um, das die niedergedrückte Taste repräsentiert. Die um den PNP-Transistor aufgebaute Schaltung erzeugt ein Unterbrechungssignal, das an dem zweiten Ausgangsanschluss ablesbar ist und angibt, wann eine Taste gedrückt ist.
Das Tastenfeld von 2 ist auf zahlreiche Arten sehr viel vorteilhafter als das von 1: Beispielsweise bewirkt es eine viel kleinere elektromagnetische Störung und verbraucht während des Betriebs viel weniger Energie. Allerdings gibt es noch bestimmte Nachteile. Ein Hersteller elektronischer Vorrichtungen möchte häufig eine Reihe leicht verschiedener Modelle auf den Markt bringen. In vielen Fällen ist es am vorteilhaftesten, die inneren Strukturen von einem Modell zum anderen in einem so hohen Maß wie möglich gleich zu lassen, wobei sichtbare Gestaltungsmerkmale verwenden werden, um die Modelle voneinander zu unterscheiden. Falls die verschiedenen Modelle in dem Tastenfeld verschieden angeordnete Tasten oder eine verschiedene Anzahl von Tasten besitzen, müssen die ohmschen Widerstandsnetze und die gedruckte Leiterplatte, die als die Trägerstruktur des Tastenfelds wirkt, für jedes Modell spezifisch sein. Es wäre sehr vorteilhaft, wenn die Tastenanordnung ohne Änderungen an den inneren Strukturen des Tastenfelds variabel sein könnte.
Es ist ein Dokument EP 0 136 630 A2 bekannt, das eine Tastenfeldstruktur offenbart, in der die gedruckte Leiterplatte oder ein anderes dielektrisches Grundmaterial einen einzelnen mit einem ohmschen Widerstand behafteten Streifen auf seiner Oberfläche besitzt. Über dem mit einem ohmschen Widerstand behafteten Streifen wird eine leitende Ebene gehalten, die den mit einem ohmschen Widerstand behafteten Streifen normalerweise nicht berührt. Ein Drücken der leitenden Ebene gegen das dielektrische Grundmaterial bewirkt eine Verbindung zwischen dem gedrückten Punkt der leitenden Ebene und einem Teil des mit einem ohmschen Widerstand behafteten Streifens, der sich am nächsten zu dem gedrückten Punkt befindet.
Es ist ein Dokument GB 2 151 379 A bekannt, das eine Tastenfeldstruktur offenbart, in der es eine Anzahl von vordefinierten Verbindungspunkten gibt, die in einer Widerstandskette platziert sind, wobei die Verbindungspunkte durch Stücke eines mit einem ohmschen Widerstand behafteten Streifens dazwischen voneinander getrennt sind. Es ist lediglich möglich, drückbare Tasten an den Orten der Verbindungspunkte zu platzieren.
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Tastenfeldstruktur zu schaffen, die das Verändern des Tastenorts und der Tastenzahl ohne wesentliche Änderungen an den inneren Strukturen des Tastenfelds ermöglicht. Es ist außerdem eine Aufgabe der Erfindung, ein Tastenfeld zu schaffen, das leicht an eine Massenproduktion anzupassen ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Tastenfeld mit einer einfachen und zuverlässigen Struktur zu schaffen.
Die Aufgaben der Erfindung werden gelöst, indem das Tastenfeld auf der Oberseite bestimmter im Wesentlichen ununterbrochener Leitungsmittel gebildet wird, um als eine Reaktion auf Niederdrückungen an verschiedenen Orten auf dem Tastenfeld eine sehr große Anzahl eindeutig identifizierbarer Stromwege zu schaffen.
Die Tastenfeldanordnung gemäß der Erfindung ist durch die im kennzeichnenden Teil des unabhängigen Anspruchs, der auf eine Tastenfeldanordnung gerichtet ist, angegebenen Merkmale gekennzeichnet.
Die Erfindung betrifft außerdem eine elektronische Vorrichtung mit einem Tastenfeld, einem Analog/Digital-Umsetzer und einer digitalen Schaltungsanordnung. Die kennzeichnenden Merkmale der elektronischen Vorrichtung sind im kennzeichnenden Teil des unabhängigen Anspruchs, der auf eine elektronische Vorrichtung gerichtet ist, angegeben.
Gemäß der Erfindung umfasst die Tastenfeldstruktur unter dem Teil, der die tatsächlichen Tasten darstellt, bzw. unter den Teilen, die die tatsächlichen Tasten darstellen, eine Anordnung von im Wesentlichen ununterbrochenen Leitungsmitteln über einem bestimmten Bereich. Die Leitungsmittel sind so angeordnet, dass es in einem Ruhezustand (es werden keine Tasten gedrückt) im Wesentlichen keine Stromwege durch sie gibt. Das Niederdrücken einer Taste erzeigt einen vorübergehenden Stromweg durch die ununterbrochenen Leitungsmittel an einem bestimmten Ort. Die einem solchen vorübergehend erzeugten Stromweg zugeordneten elektrischen Eigenschaften sind für diesen Ort eindeutig. Durch Abtasten der elektrischen Eigenschaften des erzeugten Stromwegs ist es möglich, den Ort zu identifizieren, wo eine Taste niedergedrückt wurde.
Der wesentliche Unterschied zwischen der Erfindung und den meisten Tastenfeldstrukturen des Standes der Technik besteht darin, dass die Anordnung von im Wesentlichen ununterbrochenen Leitungsmitteln auf Niederdrückungen an einer sehr großen Anzahl von Orten ebenso reagiert, wohingegen die Tastenfeldstrukturen des Standes der Technik eine diskrete und relativ kleine Anzahl von Schnittpunkten zwischen Spalten und Zeilen umfassen, wo die Erzeugung eines Stromwegs möglich ist. Die Erfindung versetzt den Konstrukteur der Tastatur in die Lage, eine fast beliebige Anzahl von Tasten an beliebigen Orten zu platzieren. Der wichtigste Faktor, der die Anzahl der Tasten durch Setzen einer minimalen Abstandsforderung zwischen benachbarten Tasten begrenzt, ist die Empfindlichkeit der Abtastmittel, die verwendet werden, um die elektrischen Eigenschaften des erzeugten Stromwegs abzutasten. Ein wichtiger begrenzender Faktor ist in vielen Fällen ferner die physikalische Größe der Tasten; wobei die Tasten, falls beabsichtigt ist, dass sie mit den Fingern zu bedienen sind, nicht so klein und so nah beieinander sein sollten, dass ein adäquater Anwender es schwierig findet, zwei benachbarte Tasten nicht gleichzeitig niederzudrücken.
Eine vorteilhafte Form für die Anordnung von im Wesentlichen ununterbrochenen Leitungsmitteln ist ein mäanderndes Paar länglicher mit einem ohmschen Widerstand behafteter Streifen, die den ganzen Bereich, über dem die Tasten angeordnet werden können, abdecken. Jeder Taste ist dann eine leitende Wölbung zugeordnet, die im Ruhezustand die mit einem ohmschen Widerstand behafteten Streifen nicht berührt. Das Niederdrücken einer Taste bewirkt, dass die jeweilige leitende Wölbung gegen die mit einem ohmschen Widerstand behafteten Streifen drückt, wobei eine leitende Brücke zwischen den Streifen erzeugt wird. Durch Messen des ohmschen Widerstands des Stromwegs, der aus den Teilen der mit einem ohmschen Widerstand behafteten Streifen bis zum Verbindungspunkt besteht, ist es möglich zu bestimmen, wie weit der Punkt des Niederdrückens vom Anfang der mit einem ohmschen Widerstand behafteten Streifen entfernt ist.
Eine weitere vorteilhafte Form für die Anordnung von im Wesentlichen ununterbrochenen Leitungsmitteln ist ein Paar leitender Ebenen, die parallel zueinander liegen, im Ruhezustand einander aber nicht berühren. Ein Niederdrücken einer Taste erzeugt an einem bestimmten Ort einen örtlichen leitenden Kontakt zwischen den Ebenen. Unter Verwendung einer Anordnung von Eingangs- und Ausgangselektroden entlang der Seiten der Ebenen ist es möglich, die elektrischen Eigenschaften eines Stromwegs, der durch den Verbindungspunkt läuft, zu bestimmen. Es ist möglich, die Position des Verbindungspunkts aus den gemessenen elektrischen Eigenschaften zu berechnen.
Es ist möglich, eine Schaltung zur Erzeugung eines Unterbrechungssignals beim Niederdrücken einer Taste in die Tastenfeldanordnung gemäß der Erfindung zu integrieren. Derartige Schaltungen sind im Gebiet, z. B. aus der zuvor erwähnten europäischen Patentveröffentlichung Nummer EP 695 041 , wohl bekannt.
Die neuartigen Merkmale, die als Wesensmerkmal der Erfindung angesehen werden, sind insbesondere in den beigefügten Ansprüchen dargelegt. Die Erfindung selbst wird allerdings sowohl in Bezug auf ihre Konstruktion als auch in Bezug auf ihr Betriebsverfahren zusammen mit ihren zusätzlichen Aufgaben und Vorteilen am besten verständlich aus der folgenden Beschreibung spezifischer Ausführungsformen, wenn sie zusammen mit der beigefügten Zeichnung gelesen wird.
1 veranschaulicht eine vorher bekannte Tastenfeldstruktur,
2 veranschaulicht eine weitere vorher bekannte Tastenfeldstruktur,
3a veranschaulicht ein Messkonzept gemäß einer ersten vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung,
3b ist ein Ersatzstromlaufplan zu 3a,
4a veranschaulicht ein weiteres Messkonzept,
4b ist ein Ersatzstromlaufplan zu 4a,
5a veranschaulicht ein weiteres Messkonzept,
5b ist ein Ersatzstromlaufplan zu 5a,
6a veranschaulicht ein weiteres Messkonzept,
6b ist ein Ersatzstromlaufplan zu 6a,
7a veranschaulicht eine auf einem der Prinzipien der 3a, 4a, 5a oder 6a beruhende Tastenfeldanwendung,
7b veranschaulicht eine vorteilhafte Einzelheit von 7a,
8a und 8b veranschaulichen eine Taste in einer Tastenfeldanwendung,
9 veranschaulicht ein Messkonzept gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung,
10 veranschaulicht die Struktur von 9 aus einer anderen Richtung,
11a und 11b sind Ersatzstromlaufpläne für 9,
12 veranschaulicht eine vereinfachte Version von 9,
13 ist ein Ersatzstromlaufplan von 12,
14 veranschaulicht eine Abwandlung der Struktur von 9 und
15 ist ein schematischer Blockschaltplan einer elektronischen Vorrichtung gemäß der Erfindung.
Die 1 und 2 wurden zuvor in der Beschreibung des Standes der Technik erläutert, so dass im Folgenden hauptsächlich die 3a bis 15 betracht werden. Gleiche Teile sind in der Zeichnung mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Im Folgenden wird das Attribut "mit einem ohmschen Widerstand behaftet" für solche elektrisch leitenden Mittel verwendet, die einen bestimmten erheblichen ohmschen Widerstand aufweisen, der eine wichtige Funktion für den Betrieb der Erfindung hat. Alle die elektrisch leitenden Mittel, die einen relativ kleinen ohmschen Widerstand besitzen, dessen Wert für die Erfindung nicht wichtig ist, werden als "leitend" bezeichnet. Der ohmsche Widerstand der Teile der letztgenannten Art liegt typisch in der Größenordnung des ohmschen Widerstands von Kupfer, Gold oder eines anderen gut leitenden Metalls.
3a ist eine konzeptionelle Darstellung einer Anordnung zur Erzeugung eindeutiger digitaler Eingangsinformationen in Reaktion auf manuelle Anwen dereinwirkungen. Die Anordnung umfasst einen ersten mit einem ohmschen Widerstand behafteten Streifen 301 und einen zweiten mit einem ohmschen Widerstand behafteten Streifen 302 in einem parallelen, berührungslosen Aufbau. Die Erfinder geben den spezifischen ohmschen Widerstand des ersten mit einem ohmschen Widerstand behafteten Streifens 301 mit r₁ Ohm pro Längeneinheit und den spezifischen ohmschen Widerstand des zweiten mit einem ohmschen Widerstand behafteten Streifens 302 mit r₂ Ohm pro Längeneinheit an. Die Werte r₁ und r₂ können dieselben sein oder nicht, wobei jedoch vorausgesetzt wird, dass jeder mit einem ohmschen Widerstand behaftete Streifen einen über seine gesamte Länge konstanten spezifischen ohmschen Widerstand besitzt. Am Punkt 303 gibt es eine leitende Verbindung zwischen den mit einem ohmschen Widerstand behafteten Streifen, die z. B. durch eine leitende Wölbung bewirkt wird, die gleichzeitig gegen die Oberflächen beider mit einem ohmschen Widerstand behafteten Streifen gedrückt wird. Der Abstand zwischen dem Verbindungspunkt 303 und den ersten Enden der mit einem ohmschen Widerstand behafteten Streifen beträgt X Längeneinheiten und der Abstand zwischen dem Verbindungspunkt 303 und den zweiten Enden der mit einem ohmschen Widerstand behafteten Streifen beträgt Y Längeneinheiten.
Das erste Ende (das linke Ende in 3a) des ersten mit einem ohmschen Widerstand behafteten Streifens 301 ist über einen ohmschen Widerstand R1 mit einer Versorgungsspannung Vcc gekoppelt, während das zweite Ende des mit einem ohmschen Widerstand behafteten Streifens 301 mit einem festen Potential gekoppelt ist, das in diesem Beispiel das Massepotential ist. Entsprechend ist das erste Ende des zweiten mit einem ohmschen Widerstand behafteten Streifens 302 mit einem Ausgangsanschluss für eine messbare Ausgangsspannung Vout gekoppelt, während das zweite Ende des zweiten mit einem ohmschen Widerstand behafteten Streifens 302 nirgendwo angeschlossen ist. Es wird vorausgesetzt, dass die durch einfache Linien in 3a gezeigten Verbindungen einen vernachlässigbaren ohmschen Widerstand aufweisen.
Wenn die spezifischen ohmschen Widerstände der mit einem ohmschen Widerstand behafteten Streifen 301 und 302 sowie die Abstände X und Y bekannt sind, ist es möglich, den Ersatzstromlaufplan von 3b zu zeichnen und die ohmschen Widerstandswerte der ohmschen Ersatzwiderstände R3, R4 und R5 zu berechnen. Diese Werte sind R3 = X·r1, R4 = Y·r1, R5 = X·r2. (1)
Durch die Annahme, dass der Ausgangsanschluss, an dem die Ausgangsspannung Vout gemessen wird, lediglich einen vernachlässigbaren Strom zieht, und durch die Anwendung der Grundformeln der Spannungsteilung ist es möglich, den folgenden Ausdruck für die Ausgangsspannung Vout zu schreiben:
wobei R_A der ohmsche Gesamtwiderstand des ersten mit einem ohmschen Widerstand behafteten Streifens 301 ist. Aus der letzten Form des Ausdrucks (2) geht hervor, dass die Spannung Vout lediglich sowohl von der Position der leitenden Verbindung 303 in Bezug auf die Enden des ersten mit einem ohmschen Widerstand behafteten Streifens als auch von dem spezifischen ohmschen Widerstand des Streifens abhängt. Eine Berücksichtigung dessen, dass der durch den Ausgangsanschluss gezogene Strom den Ausdruck (2) leicht verändert, fügt in ihn eine Abhängigkeit von dem spezifischen ohmschen Widerstand des zweiten mit einem ohmschen Widerstand behafteten Streifens 302 ein und verringert den Wert der Spannung Vcc; wobei eine solche ausführliche theoretische Analyse ganz in den Kompetenzen des Fachmanns auf dem Gebiet liegt, so dass die Erfinder hier nicht darauf eingehen werden.
Die Abhängigkeit von dem spezifischen ohmschen Widerstand soll nicht in der Weise verstanden werden, dass das Messkonzept von 3a erfordert, dass der spezifische ohmsche Widerstand einen bestimmten Wert besitzt. Grundsätzlich funktioniert die Anordnung mit irgendeinem Wert des spezifischen ohmschen Widerstands gleich gut, solange er entlang der Länge des mit einem ohmschen Widerstand behafteten Streifens im Wesentlichen konstant ist.
Die 4a bis 6b stellen sowohl einige Alternativen zu der Anordnung von 3a als auch die jeweiligen Ersatzstromlaufpläne dar. In 4a ist zwar keine Verbindung von dem entfernten Ende des ersten mit einem ohmschen Widerstand behafteten Streifens zum festen (Masse-) Potential vorhanden, es gibt jedoch über einen ohmschen Widerstand R2 eine Verbindung von dem ersten Ende des zweiten mit einem ohmschen Widerstand behafteten Streifens 302 zu einen festen (Masse-) Potential. Der Ausgangsanschluss ist zwischen dem zweiten mit einem ohmschen Widerstand behafteten Streifen und dem ohmschen Widerstand R2 angeschlossen. Der entsprechende Ersatzstromlaufplan ist in 4b zu sehen, und der Ausdruck für die gemessene Spannung Vout ist
Die Erfinder haben wiederum angenommen, dass die Messung der Spannung Vout keinen Strom zieht. Eine interessante Ausführungsform gemäß dem Prinzip der 4a und 4b ist ein solche, bei der einer der mit einem ohmschen Widerstand behafteten Streifen nicht tatsächlich mit einem ohmschen Widerstand behaftet, sondern ein relativ guter Leiter mit einem sehr kleinen spezifischen ohmschen Widerstand ist. Dies erlaubt in der letzten Form von (3) die Vereinfachung (r₁ + r₂) ≈ r₁ oder (r₁ + r₂) ≈ r₂, je nachdem, welcher der spezifischen ohmschen Widerstände vernachlässigbar klein ist – der andere spezifische ohmsche Widerstand wird daraufhin als der spezifische ohmsche Restwiderstand bezeichnet. Der Wert von Vout hängt dadurch nur von X und von dem spezifischen ohmschen Restwiderstand ab. Ein wichtiges Merkmal der Ausführungsform von 4a ist außerdem durch den Vergleich der Ausdrücke (2) und (3) zu erkennen: In 4a hängt der Wert von Vout überhaupt nicht von der Gesamtlänge der mit einem ohmschen Widerstand behafteten Streifen ab.
5a veranschaulicht eine Kombination der Prinzipien der 3a und 4a. Es gibt eine Verbindung zu einem festen (Masse-) Potential am entfernten Ende des ersten mit einem ohmschen Widerstand behafteten Streifens sowie einen Widerstand R2 zwischen dem ersten Ende des zweiten mit einem ohmschen Widerstand behafteten Streifens und dem festen (Masse-) Potential. Der Ersatzstromlaufplan ist in 5b zu sehen, wobei der Ausdruck für die Spannung Vout eine etwas kompliziertere Form aufweist:
die die Abhängigkeiten sowohl von den spezifischen ohmschen Widerständen als auch von den Längen X und Y beinhaltet – wobei die durch die Formeln (1) angegebenen Ersetzungen erfolgen sollten, um die Abhängigkeiten deutlicher zu sehen.
6a veranschaulicht noch ein weiteres Prinzip, das tatsächlich eine Abwandlung von dem in 4a ist. Die Verbindung mit dem festen (Masse-) Potential über den ohmschen Widerstand R2 erfolgt hier von dem entfernten Ende des zweiten mit einem ohmschen Widerstand behafteten Streifens mit dem dort zugeordneten Ausgangsanschluss. Der Ersatzstromlaufplan ist in 6b zu sehen, wo der ohmsche Widerstand R6 den Wert R6 = Y·r₂ aufweist. Der Ausdruck für die Ausgangsspannung Vout ist
wobei wiederum eine der Abhängigkeiten von der Länge und dem spezifischen ohmschen Widerstand (Xr₁ oder Yr₂) vernachlässigbar gemacht werden kann, indem der entsprechende mit einem ohmschen Widerstand behaftete Streifen durch einen guten Leiter ersetzt wird. Ein derartiger Austausch hat ferner die wichtige Wirkung, die Abhängigkeit von der Gesamtlänge (X + Y) der parallelen mit einem ohmschen Widerstand behafteten Streifenanordnung aus dem Ausdruck zu entfernen.
7a veranschaulicht schematisch eine Tastenfeldanwendung, die auf dem Prinzip paralleler mit einem ohmschen Widerstand behafteter Streifen beruht. Es wird angemerkt, dass die Messung der Ausgangsspannung gemäß der oben erläuterten Ausführungsformen in keiner Weise empfindlich für die mit einen ohmschen Widerstand behafteten Streifen, die gerade sind, ist, solange sie eine wohl definierte Länge in einer bestimmten Richtung aufweisen. Die Tastenfeldanwendung von 7a umfasst eine dielektrische Platine 701 sowie ein auf ihrer Oberfläche mäanderndes Paar mit einem ohmschen Widerstand behafteter Streifen 301 und 302. Einige beispielhafte Mäanderformen sind in 7a gezeigt: direkt quer über die ganze verfügbare Oberfläche in einer Richtung wie in dem linken Abschnitt der dielektrischen Platine 701, diagonal über die Oberfläche eines rechtwinkligen Bereichs wie in dem unteren rechten Abschnitt der dielektrischen Platine 701 und spiralförmig zu einem Mittelpunkt hin wie in dem rechten oberen Abschnitt der dielektrischen Platine 701. Andere mögliche Realisierungsarten des Mäanderns durch Anwenden der hier gegebenen Lehren sind für den Fachmann auf dem Gebiet leicht vorstellbar. Beispielsweise kann in einigen Anwendungen ein krummliniges Mäandern vorteilhaft sein. Die Erfindung schränkt weder den Typ noch die Anzahl verschiedener Mäandertypen ein, die für eine einzelne Tastenfeldanwendung verwendet werden.
Das Mäandern kann sogar in zwei oder mehr Größenordnungen erfolgen. Das bedeutet, dass zusätzlich zu dem in 7a gezeigten "makroskopischen" Mäandern die benachbarten Ränder der mit einem ohmschen Widerstand behafteten Streifen ein große Anzahl kleiner fingerartiger Vorsprünge aufweisen können, die wie in der Teilvergrößerung von 7b ineinander verschlungen sind.
Die Abmessungen der kleinen fingerartigen Vorsprünge sind so klein, dass sie beim Definieren der Länge des mit einem ohmschen Widerstand behafteten Streifens hinsichtlich der Berechnung der Ausgangsspannung Vout vernachlässigt werden können.
Ein Tastenfeldkonstrukteur, der eine dielektrische Leiterplatte gemäß 7a zu seiner Verfügung hat, kann eine fast beliebige Anzahl von Tasten über der verfügbaren Oberfläche platzieren. Drei mögliche Orte für eine Taste sind in 7a als dunkle Kreise gezeigt. Eine Taste soll eine elastisch verformbare leitende Wölbung, die an sich bekannt ist, oder ähnliche Mittel aufweisen, die in Reaktion auf das Drücken eine elektrisch leitende Verbindung zwischen bestimmten Punkten auf der Oberfläche, die direkt unter ihnen liegt, erzeugen. Die Funktion einer solchen Taste zusammen mit der dielektrischen Platine von 7a ist in den Querschnitten der 8a und 8b schematisch gezeigt. Die Anordnung umfasst eine dielektrische Platine 701, ein Paar mit einem ohmschen Widerstand behafteter Streifen 301 und 302 auf ihrer einen Oberfläche und eine elastisch verformbare leitende Wölbung 801, die in einem relativ kurzen Abstand über der Oberfläche platziert ist, so dass sie die leitenden Streifen in einem Ruhezustand nicht berührt. Zusätzlich umfasst die Anordnung eine elastische Tastenmatte 802 mit einer Tastenwulst 803, die über der leitenden Wölbung gehalten wird, sowie einen Aktuator 804 zwischen der Tastenwulst und der leitenden Wölbung, um das Tastgefühl für die Taste zu verbessern, wenn sie niedergedrückt wird. 8a repräsentiert den Ruhezustand, in dem die Taste nicht niedergedrückt ist, während 8b zeigt, wie das Drücken der Taste bewirkt, dass die leitende Wölbung 801 mit den mit einem ohmschen Widerstand behafteten Streifen 301 und 302 in Kontakt kommt. Ein mechanischer Stützrahmen 805 stützt die Tastenmatte und bis zu einem gewissen Grad die ganze Anordnung.
Obgleich die Erfindung ermöglicht, dass die Tasten an beliebigen Orten über dem verfügbaren Bereich des Tastenfelds platziert werden, ist aus den 8a und 8b leicht abzuleiten, dass es bestimme Einschränkungen gibt, die wenigstens die bevorzugtesten Ausführungsformen der Erfindung betreffen. Um mit jedem Niederdrücken einer Taste eine zuverlässige Verbindung zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, wenn die vertikale Mittellinie der leitenden Wölbung den Mittelpunkt des nicht leitenden Gebiets kreuzt, das die mit einem ohmschen Widerstand behafteten Streifen voneinander trennt. Auf diese Weise werden die Möglichkeiten für einen zuverlässigen Kontakt mit jedem mit einem ohmschen Widerstand behafteten Streifen maximiert. Zusätzlich ist es vorteilhaft, die gegenseitige Dimensionierung der mit einem ohmschen Widerstand behafteten Streifen, der leitenden Wölbung und des Aktuators so einzurichten, dass während eines Niederdrückens einer Taste die Größe des Teils der leitenden Wölbung, der tatsächlich gegen die Oberfläche der dielektrischen Platine drückt, groß genug ist, um einen Punkt von jedem mit einem ohmschen Widerstand behafteten Streifen abzudecken, jedoch gleichzeitig klein genug ist, so dass er nicht einen oder beide der mit einem ohmschen Widerstand behafteten Streifen an mehreren Ort berührt. Mit mehreren Orten sind Punkte auf einem mit einem ohmschen Widerstand behafteten Streifen gemeint, die so weit voneinander entfernt sind, dass ein Verbinden der beiden mit dem anderen mit einem ohmschen Widerstand behafteten Streifen eine Mehrdeutigkeit für den ohmschen Widerstand des resultierenden Stromwegs bewirkt. Die Verbindung zwischen mehreren Orten kann bei jedem Niederdrücken einer bestimmten Taste ähnlich erfolgen, wobei jedoch eine weit schlechtere Situation die ist, bei der sich die Art der Verbindung z. B. wegen der Druckkraft von Niederdrücken zu Niederdrücken ändert. Das Dimensionieren der verschiedenen Strukturteile, so dass sie diesen Richtlinien folgen, liegt in der Kompetenz des Fachmanns auf dem Gebiet.
Um die durch einen Kontakt an mehreren Orten bewirkte Mehrdeutigkeit zu vermeiden, ist es am vorteilhaftesten, solche Mäandertypen zu verwenden, bei denen zwei im Wesentlichen verschiedene Stücke eines mit einem ohmschen Widerstand behafteten Streifens immer durch den anderen mit einem ohmschen Widerstand behafteten Streifen, der dazwischen verläuft, voneinander getrennt sind. Ein Beispiel eines derartigen Mäandertyps ist in der rechten oberen Ecke der dielektrischen Platine von 7a zu sehen. Diese "ineinander verschlungene spiralförmig verlaufende" Anordnung der mit einem ohmschen Widerstand behafteten Streifen wird am vorteilhaftesten auf solche Ausführungsformen angewendet, bei denen es nicht erforderlich ist, die entfernten Enden der Streifen irgendwo anzuschließen; siehe z. B. die 4a und 6a. Durch die Verwendung von Leitungsdurchgängen durch die dielektrische Platine ist es allerdings möglich, beliebige Mäandertypen auf beliebige Kopplungsanordnungen anzuwenden.
Das durch einen Kontakt an mehreren Orten bewirkte Risiko für eine Mehr deutigkeit wird ferner verringert, wenn einer der mit einem ohmschen Widerstand behafteten Streifen tatsächlich nicht mit einem ohmschen Widerstand behaftet, sondern ein relativ guter Leiter ist. Ein Kontakt von einem einzelnen Punkt des mit einem ohmschen Widerstand behafteten Streifens mit mehreren Punkten des leitenden Streifens bewirkt keine Mehrdeutigkeit, da die Länge des leitenden Streifens, die an dem erzeugten Spannungsteiler beteiligt ist, keine erhebliche Wirkung auf die gemessene Spannung Vout hat.
Das Erzeugen eines mit einem ohmschen Widerstand behafteten Streifens mit einem im Voraus bestimmten Satz elektrischer Eigenschaften auf einer dielektrischen Platine ist eine an sich bekannte Technik. Die Verfahren, die anwendbar sind, umfassen die Photoätzung, den Siebdruck, die Polymerbeschichtung und die so genannte Ohmega-Plate-Technik, sind aber nicht darauf beschränkt.
9 ist eine Teilexplosionsdarstellung einer weiteren Tastenfeldstruktur, bei der eine Anordnung von im Wesentlichen ununterbrochenen Leitungsmitteln verwendet wird, um eine eindeutige Information in Reaktion auf das Niederdrücken einer Taste zu schaffen. Der Kern der Struktur ist die Anordnung einer ersten mit einem ohmschen Widerstand behafteten Ebene 901 und einer zweiten mit einem ohmschen Widerstand behafteten Ebene 902, die zueinander parallel, aber voneinander getrennt sind, so dass sie in einem Ruhezustand einander nicht berühren (in der Explosionsdarstellung ist der Abstand zwischen den Ebenen natürlich stark übertrieben). Jede der mit einem ohmschen Widerstand behafteten Ebenen weist ein Paar leitender Elektroden längs zweier gegenüberliegender Seiten auf, so dass die erste mit einem ohmschen Widerstand behaftete Ebene 901 eine "obere" Elektrode 903 und eine "untere" Elektrode 904 besitzt und die zweite mit einem ohmschen Widerstand behaftete Ebene 902 eine "linke" Elektrode 905 und eine "rechte" Elektrode 906 besitzt. Alle Ausdrücke, die sich auf bestimmte Richtungen beziehen, werden lediglich der graphischen Übersichtlichkeit wegen verwendet und haben keine einschränkende Wirkung auf die Erfindung. Ferner ist eine Taste 907 mit einem dort zugeordneten Aktuator 908 gezeigt, der eine sehr konzentrierte punktweise Druckeinwirkung gegen die mit einem ohmschen Widerstand behafteten Ebenen ermöglicht, wenn die Taste 907 niedergedrückt wird.
Die mit einem ohmschen Widerstand behafteten Ebenen können lückenlos sein oder z. B. aus einem mit einem ohmschen Widerstand behafteten Netz auf der Oberfläche einer dielektrischen Platte bestehen. Es wird vorausgesetzt, dass die Strukturen, die zwischen den Tasten und den mit einem ohmschen Widerstand behafteten Ebenen liegen, eine ausreichende Elastizität besitzen, so dass ein Niederdrücken einer Taste einen punktartigen Kontakt zwischen den mit einem ohmschen Widerstand behafteten Ebenen erzeugt.
Es ist weder wichtig für die Erfindung, dass die mit einem ohmschen Widerstand behafteten Ebenen rechtwinklig sind; noch ist wichtig, dass die Elektroden einer mit einem ohmschen Widerstand behafteten Ebene in einem genau rechten Winkel zu den Elektroden der anderen mit einem ohmschen Widerstand behafteten Ebene liegen. Allerdings ist es für diese Ausführungsform der Erfindung wichtig, dass die Richtung des kürzesten Abstands zwischen den Elektroden einer mit einem ohmschen Widerstand behafteten Ebene von der Richtung des kürzesten Abstands zwischen den Elektroden der anderen mit einem ohmschen Widerstand behafteten Ebene verschieden ist.
9 veranschaulicht außerdem sowohl einen Versorgungsspannungsanschluss 909 und einen Ausgangsspannungsanschluss 910 als auch eine Anordnung von Schaltern 911, 912, 913 und 914, die zwischen den Elektroden, dem Versorgungsspannungsanschluss und dem Ausgangsspannungsanschluss angeordnet sind. Der erste Schalter 911 besitzt zwei Stellungen, um die "obere" Elektrode 903 entweder mit dem Versorgungsspannungsanschluss 909 oder mit dem Ausgangsspannungsanschluss 910 zu koppeln, während der zweite Schalter 912 eine offene Stellung und eine geschlossene Stellung, in der er die "untere" Elektrode 904 mit dem festen (Masse-) Potential koppelt, aufweist. Der dritte Schalter koppelt ähnlich die "linke" Elektrode 905 entweder mit dem Versorgungsspannungsanschluss 909 oder dem Ausgangsspannungsanschluss 910, während der vierte Schalter entweder offen ist oder die "rechte" Elektrode 906 mit dem festen (Masse-) Potential koppelt.
10 ist eine Ansicht der Anordnung der beiden mit einem ohmschen Widerstand behafteten Ebenen aus der Richtung der Taste bzw. der Tasten. Der Punkt, bei dem beim Niederdrücken einer Taste eine vorübergehende elektrische Verbindung zwischen den Ebenen erzeugt wird, ist mit 1001 bezeichnet. Die kürzesten Abstände von diesem Punkt sind X1 zu der "linken" Elektrode 905, X2 zu der "rechten" Elektrode 906, Y1 zu der "unteren" Elektrode 904 und Y2 zu der "oberen" Elektrode 903. Die diesen Abständen zugeordneten ohmschen Widerstände können mit R(X1), R(X2), R(Y1) und R(Y2) bezeichnet werden, wobei R eine Funktion ist, deren Form entweder bekannt oder experimentell erhältlich ist. Die Funktion R kann für die verschiedenen mit einem ohmschen Widerstand behafteten Ebenen eine andere Form besitzen und hängt außerdem von den spezifischen ohmschen Widerständen des Ebenenmaterials ab. Der Einfachheit halber sind die spezifischen ohmschen Widerstände aus der Darstellung weggelassen und es wird angenommen, dass die Funktion R eine universell gültige Form besitzt.
Eine vorteilhafte Art der Verwendung der Anordnung der 9 und 10 sieht wie folgt aus. Bevor eine Taste niedergedrückt wird, sind beide Erdungsschalter 912 und 914 offen. Einer der anderen Schalter, z. B. Schalter 913, koppelt die entsprechende Elektrode mit der Versorgungsspannung Vcc, während der andere, z. B. Schalter 911, die entsprechende Elektrode mit dem Ausgangsspannungsanschluss koppelt. Wenn eine Taste niedergedrückt wird, wird eine elektrische Verbindung zwischen den mit einem ohmschen Widerstand behafteten Ebenen erzeugt. Weiterhin erzeugt eine solche elektrische Verbindung unter der Annahme, dass der Ausgangsspannungsanschluss keinen Strom zieht, am Ausgangsspannungsanschluss ein positives Spannungssignal mit im Wesentlichen dem Wert Vcc. Wenn ein solches positives Spannungssignal erfasst wird, wird ein Messzyklus begonnen, indem der Erdungsschalter (hier: Schalter 914) geschlossen wird, der derselben mit einem ohmschen Widerstand behafteten Ebene zugeordnet ist wie der Schalter, der die entsprechende Elektrode mit der Versorgungsspannung gekoppelt hat. Die erzeugte Schaltung kann hierauf mit dem Ersatzstromlaufplan von 11a modelliert werden, wobei die Spannung, die am Ausgangsspannungsanschluss abgetastet werden kann, dem Ausdruck
folgt, der eindeutig einem bestimmten Abstandspaar X1 und X2 zugeordnet ist. Mit anderen Worten, die erfasste Ausgangsspannung gibt die X-Koordinate des Punktes der elektrischen Verbindung an. Nachdem die Spannung erfasst worden ist, werden die Stellungen aller Schalter umgekehrt, um eine Schaltung zu erzeugen, die dem Ersatzstromlaufplan von 11b entspricht. Die erfasste Ausgangsspannung ist nun
die eindeutig einem bestimmten Abstandspaar Y1 und Y2 zugeordnet ist und folglich die Y-Koordinate des Punktes der elektrischen Verbindung angibt. Nachdem diese Spannung abgetastet worden ist, ist der Messzyklus abgeschlossen, während die Anordnung in einen Zustand zurückkehrt, in dem sie auf ein Signal wartet, das den Beginn eines weiteren Messzyklus angibt. Um das Paar der erfassten Werte der Ausgangsspannung als ein digitales Wort, das das Niederdrücken einer bestimmten Taste angibt, zu interpretieren, werden ein A/D-Umsetzer und eine Logikdecodierschaltung (nicht gezeigt) benötigt.
12 ist eine vereinfachte Version der Anordnung von 10. Die "linke" Elektrode 905 der zweiten mit einem ohmschen Widerstand behafteten Ebene 902 hat eine feste Verbindung zu der Versorgungsspannung Vcc, und die "obere" Elektrode 903 der ersten mit einem ohmschen Widerstand behafteten Ebene 901 besitzt eine feste Verbindung mit dem Ausgangsanschluss Vout. Zwischen dem Ausgangsanschluss und dem festen (Masse-) Potential befindet sich ein ohmscher Widerstand R7. Ein Schalter 914 ist für eine wahlweise Kopplung der "rechten" Elektrode 906 der zweiten mit einem Widerstand versehenen Ebene 902 mit dem festen (Masse-) Potential vorgesehen. Auf der ersten mit einem ohmschen Widerstand behafteten Ebene 901 gibt es überhaupt keine "untere" Elektrode.
Eine vorteilhafte Art der Verwendung der Anordnung von 12 ist wie folgt. Bevor eine Taste niedergedrückt wird, ist der Erdungsschalter 914 offen. Wenn eine Taste niedergedrückt wird, wird zwischen den mit einem ohmschen Widerstand behafteten Ebenen eine elektrische Verbindung erzeugt. Weiterhin erzeugt eine solche elektrische Verbindung wieder unter der Annahme, dass der Ausgangsspannungsanschluss keinen Strom zieht, am Ausgangsspannungsanschluss ein positives Spannungssignal mit im Wesentlichen dem Wert Vcc. Wenn ein solches positives Spannungssignal erfasst wird, wird ein Messzyklus begonnen, indem der Erdungsschalter 914 geschlossen wird. Die erzeugte Schaltung kann hierauf mit dem Ersatzstromlaufplan von 13 modelliert werden, der dem Stromlaufplan von 5b sehr ähnlich ist. Wie zu erwarten ist, weist auch der Wert für die Spannung Vout einen ähnlichen Ausdruck auf,
dessen Wert von allen Abständen X1, X2, und Y2 abhängt. Es ist möglich, die spezifischen ohmschen Widerstände der mit einem ohmschen Widerstand be hafteten Ebenen und die anderen Strukturparameter der Anordnung von 12 so auszuwählen, dass wenigstens für eine begrenzte Anzahl diskreter Tastenstellungen (die eindeutigen Wertesätzen für X1, X2 und Y2 entsprechen) ein Satz entsprechender eindeutiger Werte der Ausgangsspannung Vout existiert. Die Auswahl der Strukturparameter kann durch Experimentieren erfolgen.
14 veranschaulicht eine Abwandlung der Struktur der 9 und 12. Tatsächlich ist sie eine Mischkonstruktion, die einige Merkmale der Ausführungsform des "länglichen Streifens" der 3a bis 8b und einige Merkmale der Ausführungsform der "mit einem ohmschen Widerstand behafteten Ebene" der 9 bis 13 kombiniert. Die Anordnung umfasst eine dielektrische Ebene 1401 und eine leitende Ebene 1402. Auf der Oberfläche der ersteren befindet sich ein mit einem ohmschen Widerstand behafteter, mäandernder länglicher Streifen 1403, der im Wesentlichen die ganze dielektrische Ebene bedeckt. Es ist eine Taste 907 mit einem dort zugeordneten Aktuator 908 gezeigt, der eine konzentrierte Druckeinwirkung gegen die Ebenen ermöglicht, wenn die Taste 907 niedergedrückt wird. Der Aktuator ist so dimensioniert, dass ein Niederdrücken der Taste bewirkt, dass ein bestimmter Bereich der leitenden Ebene gegen die dielektrische Ebene drückt; wobei die Größe des Bereichs groß genug sein muss, so dass jedes Niederdrücken wenigstens teilweise den mit einem ohmschen Widerstand behafteten Streifen trifft, während sie aber klein genug sein muss, so dass kein Niederdrücken einen Kontakt mit zwei oder mehr verschiedenen Abschnitten des mit einem ohmschen Widerstand behafteten Streifens bewirkt.
In der Ausführungsform von 14 erzeugt ein Niederdrücken einer Taste einen Verbindungspunkt zwischen der leitenden Platte und dem mit einem ohmschen Widerstand behafteten Streifen. Das Ergebnis ist eine einfache Spannungsteilerschaltung zwischen der Versorgungsspannung Vcc und dem festen (Masse-) Potential, in der der ohmsche Widerstand näher an der Versorgungsspannung gleich dem spezifischen ohmschen Widerstand des länglichen Streifens mal der Länge entlang des Streifens von dem Verbindungspunkt zu dem Ende des Streifens, das mit dem Ausgangsspannungsanschluss verbunden ist, ist. Der ohmsche Widerstand näher zum festen (Masse-) Potential ist der konstante ohmsche Widerstand R7. Der Wert der Ausgangsspannung Vout gibt somit eindeutig den Ort des Verbindungspunktes entlang der Länge des mit einem ohmschen Widerstand behafteten Streifens an.
Alle Ausführungsformen der 9 bis 14 können natürlich durch Ändern der gegenseitigen Anordnung der ebenen Oberflächen verändert werden.
15 ist ein vereinfachter Blockschaltplan, der die Blöcke einer elektronischen Vorrichtung veranschaulicht, die für die Schaffung von Eingangsinformationen für die Vorrichtung über ein Tastenfeld wichtig sind. Die Anordnung umfasst ein Tastenfeld 1501, einen Versorgungsspannungsblock 1502, einen A/D-Umsetzer- und Logikcodierblock 1503 sowie einen Mikroprozessor 1504. Das Tastenfeld 1501 kann irgendwelche der neuartigen und erfindungsgemäßen Strukturen, die oben erläutert sind, aufweisen. Es kann eine fast beliebige Anzahl von Tasten an beliebigen Orten aufweisen. Der Versorgungsspannungsblock 1502 stellt über einen Versorgungsspannungsanschluss (in 15 nicht getrennt gezeigt) eine Versorgungsspannung für das Tastenfeld bereit. Der A/D-Umsetzer- und Logikcodierblock 1503 ist zum Lesen der Ausgangsspannungen, die den Tastenniederdrückungen zugeordnet sind, und zum Umsetzen jeder Tastenniederdrückung in ein digitales Codewort, das eine spezifische Taste repräsentiert, mit dem Ausgangsspannungsanschluss (in 15 nicht getrennt gezeigt) des Tastenfelds gekoppelt. Es ist die Aufgabe des Konstrukteurs der elektronischen Vorrichtung, die Struktur und die Funktion des A/D-Umsetzer- und Logikcodierblocks 1503 so zu konstruieren, dass der Mikroprozessor 1504 ein Codewort empfängt, das dem Wert 1 entspricht, wenn ein Anwender z. B. eine Taste "1" drückt.
Wie zuvor dargelegt wurde, ermöglicht die Erfindung, dass die Tasten an beliebigen Orten des Tastenfelds 1501 angeordnet werden. Wegen der statistischen Schwankung von Parametern in einem Herstellungsprozess kann es geschehen, dass die mit einem ohmschen Widerstand behafteten Streifen oder andere Strukturen, die für die Erzeugung einer bestimmten Ausgangsspannung in Reaktion auf ein Niederdrücken einer bestimmten Taste verantwortlich sind, von einer hergestellten Vorrichtung zur anderen etwas verschiedene elektrische Eigenschaften aufweisen können. Es können bestimmte Maßnahmen ergriffen werden, um das Risiko von Fehlern in den Eingangsinformationen, die aus einer solchen Schwankung resultieren, zu verringern. Ein Weg besteht darin, den A/D-Umsetzer so auszulegen, dass ein solch grobes Abtastgitter angewendet wird, dass eine kleine Schwankung in der abzutastenden analogen Span nung den Ausgang der A/D-Umsetzung nicht ändert. Ein weiterer Weg, der besonders für Anwendungen im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung geeignet ist, ist ein so genannter Lehrschritt als ein Teil der Produktions- und/oder Funktionsprüfung. Der Lehrschritt bedeutet einfach, dass der A/D-Umsetzer- und Logikcodierblock 1503 in eine Lehrbetriebsart gesetzt wird, während deren er ein bestimmtes vorgegebenes Wissen darüber besitzt, welche Tasten gedrückt werden sollen und in welcher Reihenfolge. Die Prüfanordnung drückt jede Taste mehrere Male, wobei der A/D-Umsetzer- und Logikcodierblock 1503 den jeder Taste zugeordneten Mittelwert der analogen Spannung speichert. Nach dem Lehrschritt wird der A/D-Umsetzer- und Logikcodierblock 1503 in den normalen Betrieb gesetzt, während dessen er die gespeicherten Werte als eine Nachschlagtabelle verwendet, mit der er jede nachfolgende einem Niederdrücken einer Taste zugeordnete Spannung vergleicht. Mittels der Nachschlagtabelle bestimmt er, welche Taste gedrückt wurde. Einen A/D-Umsetzer- und Logikcodierblock in eine Lehrbetriebsart zu setzen und die beobachteten Werte oder einige aus ihnen berechnete Werte in einer Nachschlagtabelle zu speichern, ist ebenso wie die Verwendung einer solchen Nachschlagtabelle für die Wiedererkennung nachfolgender Werte ein dem Fachmann auf dem Gebiet an sich bekannter Prozess.
Es ist vorteilhaft, eine Verbindung von der Versorgungsspannung Vcc zum A/D-Umsetzer zu haben, so dass der Wert der Versorgungsspannung als eine Referenzspannung für die A/D-Umsetzung wirkt. Dies ist eine einfache und vorteilhafte Art, den Betrieb der Tastenfeldanordnung von irgendwelchen Schwankungen im Wert der Versorgungsspannung unabhängig zu machen.
Es sind mehrere Änderungen an den erläuterten Ausführungsformen möglich, ohne von dem Umfang der Erfindung, wie er in den Ansprüchen definiert ist, abzuweichen. Beispielsweise erfordert die Erfindung nicht, dass das Tastenfeld eben ist: Es kann irgendeine dreidimensionale Form besitzen. Es kann sogar aus mehreren Teilen bestehen, die an verschiedenen Teilen der elektronischen Vorrichtung angebracht sind. Das Tastenfeld kann ferner eine flexible Vorrichtung sein, die der Anwender für den leichten Transport bzw. das einfache Lagern zusammenfalten und zur Verwendung wieder öffnen kann. Ein derartiges faltbares Tastenfeld ist besonders als ein Zusatztastenfeld für eine kleine tragbare elektronische Vorrichtung wie etwa ein Mobiltelephon geeignet. In solchen Anwendungen können sich die Blöcke 1502, 1503 und 1504 von 15 in der elektronischen Vorrichtung befinden, wobei das Tastenfeld 1501 über einen Verbinder und/oder ein Kabel mit der Vorrichtung verbunden werden kann. Es ist ebenso möglich, in dem Tastenfeld eine eigene Spannungsversorgung zu haben und die Übertragung der Informationen von dem Tastenfeld zu der elektronischen Vorrichtung über eine drahtlose Verbindung wie etwa eine Infrarotverbindung oder eine Nahbereichs-Funkverbindung einzurichten.

Claims

Tastenfeldanordnung für die Schaffung elektrischer Informationen für eine elektronische Vorrichtung in Reaktion auf eine manuelle Druckeinwirkung eines Anwenders, mit zahlreichen niederdrückbaren Tasten (803) in einem bestimmten Tastenfeldbereich, dadurch gekennzeichnet, dass sie umfasst: – einen ersten länglichen leitenden Streifen (301) und einen zweiten länglichen leitenden Streifen (302) in einem parallelen, berührungslosen Aufbau, der eine bestimmte Oberfläche (701) in der Nähe der niederdrückbaren Tasten abdeckt, und – Verbindungserzeugungsmittel (801, 908), die jeder niederdrückbaren Taste zugeordnet sind und in Reaktion auf das Niederdrücken einer Taste eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten länglichen Streifen (301) und dem zweiten länglichen Streifen (302) schaffen, so dass die elektrischen Eigenschaften der erzeugten elektrischen Verbindung den Ort der niedergedrückten Taste in Bezug auf den Kontaktpunkt des ersten länglichen Streifens und/oder des zweiten länglichen Streifens eindeutig identifizieren und dass die Anordnung auf Tastenniederdrückungen an verschiedenen Orten unterbrechungsfrei anspricht.
Tastenfeldanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste längliche Streifen (301) einen ersten spezifischen ohmschen Widerstand besitzt und der zweite längliche Streifen (302) einen zweiten spezifischen ohmschen Widerstand besitzt und dass die Verbindungserzeugungsmittel aus einem leitenden Teil (801) bestehen, der jeder Taste zugeordnet ist und in der Umgebung des ersten länglichen Streifens und eines zweiten länglichen Streifens unterstützt ist, so dass ein Niederdrücken einer Taste bewirkt, dass der entsprechende leitende Teil gegen bestimmte Teile des ersten länglichen Streifens und des zweiten länglichen Streifens drückt.
Tastenfeldanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Versorgungsspannungsanschluss (Vcc) an dem ersten länglichen Streifen und einen Ausgangsspannungsanschluss (Vout) von dem zweiten länglichen Streifen umfasst.
Tastenfeldanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie umfasst: – einen Versorgungsspannungsanschluss (Vcc) an einem ersten Ende des ersten länglichen Streifens (301), – einen Erdungsanschluss von einem zweiten Ende des ersten länglichen Streifens (301) und – eine Verbindung von einem ersten Ende des zweiten länglichen Streifens (302) zu einem Ausgangsspannungsanschluss (Vout).
Tastenfeldanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner einen Erdungsanschluss von dem ersten Ende des zweiten länglichen Streifens über einen konstanten ohmschen Widerstand (R2) umfasst.
Tastenfeldanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie umfasst: – einen Versorgungsspannungsanschluss (Vcc) an einem ersten Ende des ersten länglichen Streifens (301), – ein zweites offenes Ende des ersten länglichen Streifens (301), – eine Verbindung von einem ersten Ende des zweiten länglichen Streifens (302) zu einem Ausgangsspannungsanschluss (Vout) und – einen Erdungsanschluss von dem ersten Ende des zweiten länglichen Streifens über einen konstanten ohmschen Widerstand (R2).
Tastenfeldanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der parallele berührungslose Aufbau aus einem ersten länglichen Streifen und einem zweiten länglichen Streifen eine bestimmte ebene Oberfläche (701) abdeckt, indem er über die ebene Oberfläche in einer bestimmten Richtung rückwärts und vorwärts mäandert.
Tastenfeldanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der parallele berührungslose Aufbau aus einem ersten länglichen Streifen und aus einem zweiten länglichen Streifen eine bestimmte ebene Oberfläche abdeckt, indem er über der ebenen Oberfläche spiralförmig verläuft.
Tastenfeldanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass entweder der erste oder der zweite spezifische ohmsche Widerstand in der Größenordnung des spezifischen ohmschen Widerstandes gut leitender Metalle liegt und der jeweils andere dieser spezifischen ohmschen Widerstände deutlich höher ist.
Tastenfeldanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite spezifische ohmsche Widerstand deutlich höher als der spezifische ohmsche Widerstand gut leitender Metalle sind.
Tastenfeldanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die parallelen Kanten des ersten länglichen Streifens und eines zweiten länglichen Streifens einen Abschnitt ineinander verschlungener Vorsprünge umfassen.
Elektronische Vorrichtung, die umfasst: – ein Tastenfeld (1501) für die Schaffung analoger elektrischer Informationen für die elektronische Vorrichtung in Reaktion auf eine manuelle Druckeinwirkung eines Anwenders, – einen Analog/Digital-Umsetzer (1503) zum Umsetzen der geschaffenen analogen elektrischen Informationen in eine digitale Form und – eine digitale Schaltungsanordnung (1504), die auf die geschaffenen analogen elektrischen Informationen, die in eine digitale Form umgesetzt worden sind, einwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass – das Tastenfeld (1501) einen ersten länglichen leitenden Streifen (301) und einen zweiten länglichen leitenden Streifen (302) in einem parallelen berührungslosen Aufbau, der eine bestimmte Oberfläche (701) in der Nähe der niederdrückbaren Tasten abdeckt, und Verbindungserzeugungsmittel, die jeder niederdrückbaren Taste zugeordnet sind, um in Reaktion auf das Niederdrücken einer Taste eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten länglichen Streifen (301) und dem zweiten länglichen Streifen (302) zu schaffen, umfasst, so dass die elektrischen Eigenschaften der erzeugten elektrischen Verbindung den Ort der niedergedrückten Taste in Bezug auf den Kontaktpunkt des ersten länglichen Streifens und/oder des zweiten länglichen Streifens eindeutig identifizieren und dass die Anordnung auf Tastenniederdrückungen an unterschiedlichen Orten unterbrechungsfrei anspricht, und – der Analog/Digital-Umsetzer (1502) so beschaffen ist, dass er die elektrischen Eigenschaften der erzeugten elektrischen Verbindung identifiziert und digitale Informationen schafft, die die niedergedrückte Taste für die digitale Schaltungsanordnung eindeutig identifizieren.