EP3500826A1 - Evaluation circuit for a capacitive sensor, capacitive sensor, and actuator in a motor vehicle - Google Patents

Evaluation circuit for a capacitive sensor, capacitive sensor, and actuator in a motor vehicle

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Publication number
EP3500826A1
EP3500826A1 EP16766277.4A EP16766277A EP3500826A1 EP 3500826 A1 EP3500826 A1 EP 3500826A1 EP 16766277 A EP16766277 A EP 16766277A EP 3500826 A1 EP3500826 A1 EP 3500826A1
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EP
European Patent Office
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capacitance
capacitive sensor
measuring
clock
time
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP16766277.4A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Jörg Schulz
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IFM Electronic GmbH
Original Assignee
IFM Electronic GmbH
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Filing date
Publication date
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Publication of EP3500826A1 publication Critical patent/EP3500826A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/24Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/26Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
    • G01R27/2605Measuring capacitance
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
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    • H03K17/955Proximity switches using a capacitive detector
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    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/96Touch switches
    • H03K17/962Capacitive touch switches
    • HELECTRICITY
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    • H03K2217/00Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
    • H03K2217/94Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00 characterised by the way in which the control signal is generated
    • H03K2217/96Touch switches
    • H03K2217/9607Capacitive touch switches
    • H03K2217/960705Safety of capacitive touch and proximity switches, e.g. increasing reliability, fail-safe
    • HELECTRICITY
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    • H03KPULSE TECHNIQUE
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    • H03K2217/94Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00 characterised by the way in which the control signal is generated
    • H03K2217/96Touch switches
    • H03K2217/9607Capacitive touch switches
    • H03K2217/960735Capacitive touch switches characterised by circuit details
    • H03K2217/960745Capacitive differential; e.g. comparison with reference capacitance

Definitions

  • the invention relates to an evaluation circuit for a capacitive sensor according to the preamble of patent claim 1.
  • Capacitive sensors are widely used not only in automation technology, but recently also in automotive technology, where they u. a. be used as trunk, door opener, or seat occupancy recognition application.
  • AT 403 213 B discloses a capacitive humidity sensor with a square-wave generator whose signal is supplied to an AND gate via two different signal paths, one signal path being straight and the other having a measuring electrode whose capacitance influences the signal shape and thereby reaching a switching threshold delayed.
  • WO 2007 025 785 A1 discloses a capacitive sensor with a square-wave generator whose signal is supplied via two different signal paths to an XOR gate, wherein one signal path contains a measuring electrode and the other a reference electrode.
  • DE 10 2012 106 526 AI discloses a capacitive door handle sensor for a motor vehicle with at least two electrodes with different monitoring areas, wherein one electrode acts as a reference electrode.
  • DE 10 2012 224 007 AI discloses an arrangement and a method for determining the capacitance of a measuring capacitor in a detectable with an analog-to-digital converter voltage with a charge transfer device for transferring the charge of an unknown capacitance C X on a measuring capacitor C L , however, only the Comparison of a single unknown capacity C X is provided with a reference capacity C re f.
  • DE 10 2014 216 998 A1 shows an evaluation circuit for a capacitive sensor with a plurality of measuring capacitances and a reference capacitance, wherein the measuring capacitances are successively compared in a predetermined time regime with the same reference capacitance.
  • the object of the invention is to provide a comparison with the circuit shown in DE 10 2014 216 998 AI again cost-optimized circuit, which also has additional opportunities to detect the capacitive environmental effects.
  • the object of the invention is achieved with the characterizing features of claim 1.
  • the subclaims relate to the advantageous embodiment of the invention.
  • the essential idea of the invention is to compare the measuring capacity in a predetermined time regime with a reference capacitance and to influence the respective capacitance measurement controllable by an additional auxiliary electrode. This is the
  • these switching stages are formed, for example, as a NAND gate and together form a logical combination unit which is designed so that the switching time of the first switching stage determines the turn-on of an output signal and the switching time of a further switching stage determines the switch-off time of the output signal or that the switching time of the first switching stage determines the switch-off time of an output signal and the switching time of a further switching stage determines the switch-on time of the output signal.
  • the output signals of the logic operation unit are the input of a
  • logic operation unit generated output pulses determines the voltage of the charging capacitor.
  • the reference capacitance or the measuring capacitance is connected to a time influencing unit, which has a capacitor and a voltage source, or is connected to a controllable voltage source.
  • the time influencing unit is used for targeted influencing by the
  • the advantage of the invention is that a targeted capacitive influencing of the measuring electrode is possible by an auxiliary electrode which is subjected to a voltage signal substantially simultaneously with a measuring electrode, so that in this way further spatial regions in the vicinity of the measuring electrode can be evaluated capacitively without requiring a separate measuring channel with additional circuit complexity for measuring the capacitance of an electrode.
  • a capacitive sensor with several spatially distinguishable areas can be constructed, which on the one hand leads to a saving of components and on the other hand offers additional possibilities for detecting capacitive environmental influences.
  • FIG. 1 shows an evaluation circuit according to the invention with a passive auxiliary electrode.
  • FIG. 2 shows an evaluation circuit according to the invention with an active auxiliary electrode.
  • FIG. 3 shows a microcontroller belonging to the circuits in FIGS. 1 and 2
  • Fig. 4 shows the timing diagram for controlling the measurement in detail.
  • Fig. 5 shows the embodiment of the circuit according to the invention in a vehicle door handle.
  • Fig. 6 describes an example with two sensor electrodes and an auxiliary active electrode.
  • Fig. 7 describes an example with a sensor electrode and two auxiliary electrodes.
  • Fig. 1 shows an embodiment with an integrated circuit of the type 74HC132 with four switching stages (NAND gate) 41, 42, 43, 44, which form a logic operation unit 4, wherein in the idle state, the controllable gate input designated 41
  • Switching stage is at the logic state "high”, so that their output, and thus the control signal 6 assumes the logic state "low”.
  • the control input of the switching stage 41 which is not connected to the operating voltage, is connected to a time influencing unit 9 which, in addition to R re f and C re f, has two capacitors C rl and Cr2 to which the auxiliary voltage sources Ui and U 2 are connected.
  • the clock input Clock Ref and one of the clock inputs Clock l, Clock_2 is set to "High.”
  • the clock input Clock l is currently at “High”.
  • the other clock input is at "low.
  • the switching stage 42 whose clock input is high is for pulse generation while the other clock input, in this example the switching stage 43, remains inhibited by the logical input signal "Low.
  • control unit J5 For example, a microcontroller ( ⁇ )
  • both the clock input "Clock Ref and the In this way, the signal applied to "Clock Re" reaches the input of the switching stage 41 via the low-pass filter R re f, C re f and triggers on reaching the "clock" input Threshold voltage at the output of a positive voltage jump, the delay time of this
  • Voltage jump is influenced by the time influencing unit (9), with the aid of which the signal to C re f can be shifted in time.
  • the time influencing unit (9) the aid of which the signal to C re f can be shifted in time.
  • all time constants and all control signals which are located in front of the gate terminals of the gates 41 and 42, 43, are dimensioned or adjusted such that the voltage at the gate input of the gate 41 first reaches the negative switching threshold.
  • This causes the non-accessible gate inputs 42, 43 of the logic state of "low” to “high” changes, so that, as shown, the gate 42, at its externally accessible input of the logic state “high” is applied , its output to "low switches and thus the subsequently connected logic element (NAND gate) 44, the subsequently connected integration stage 5 controls.
  • This initiates a discharging process of the capacitor designated Ca via the integration stage 5.
  • Output signal is thus determined by the switching time of the first switching stage 41.
  • the other gate 43 where the externally accessible input from the outset on "low, remains thus signal technology blocked.
  • a start signal upon reaching the threshold voltage of a first switching stage 41, a start signal and upon reaching the threshold voltage of another switching stage 42 or 43, a stop signal is generated.
  • the time influencing unit 9 includes for selectively influencing the by the
  • the time duration with which the integration stage 5 is driven depends on the electrode capacitance to be measured, which is assigned to the respectively activated clock input (Clock 1, Clock_ 2).
  • the respective assigned clock input is activated in the manner described above.
  • the auxiliary electrode 8 with the designation EL H lies on a further terminal IN I of the control unit .mu.C of FIG. 3, is supplied by a resistor (Re3) from one of the clock inputs Clock l, Clock_2, and is capacitive with one of the measuring electrodes 21, 22 (EL I, EL 2) coupled.
  • the auxiliary electrode 8 is fed by the clock input Clock_2 and is capacitively coupled to the measuring electrode 22 (EL_2).
  • the IN IN terminal can be operated in 2 different modes during pulse generation of Clock_2, for example high impedance and low impedance.
  • the clock signal applied to Clock_2 is likewise conducted to the auxiliary electrode 8 (EL H), while in the low-impedance mode, the clock signal applied to Clock_2
  • the capacitance measurement at 22 (EL 2) is influenced differently via the capacitive coupling between the electrodes 8 (EL H) and 22 (EL 2), which in the signal evaluation provides information about the mutual capacitance between the electrodes 8 (EL H) and 22 (EL 2) allowed.
  • Fig. 2 shows a circuit arrangement as in Fig. 1, which differs only by the control of the auxiliary electrode 8 (EL H).
  • EL H auxiliary electrode 8
  • Fig. 2 offers the additional possibility of the control signal
  • Clock_3 temporally both the measurement at 21 v (EL_l) and the measurement at 22 (EL_2) to assign and thus both mutual capacities to evaluate. If Clock_3 is generated simultaneously with Clock 1, then the capacitance between the electrodes 8 (EL H) and 21 (EL I) is affected. If, on the other hand, Clock_3 is generated simultaneously with Clock_2, then the capacitance between the electrodes 8 (EL H) and 22 (EL 2) is influenced.
  • control signal for Clock_3 can be generated both in-phase and out-of-phase, which allows the double Nutzsignalhub.
  • This embodiment requires a further connection of the MikrocontroUers which allows this mode.
  • the variant of FIG. 1 or the variant of FIG. 2 may be preferred.
  • FIG. 3 shows a microcontroller for controlling and evaluating the circuits indicated in the two preceding figures.
  • the port PI (Clock_3) is not needed, and can be left free.
  • the terminal P8 (A) is connected to a switching stage (T2), which can transmit, for example, a switching signal or a bus signal, so as to transmit the desired measurement results or Ausensekriterien using the switching stage T2 to an external control unit.
  • FIG. 4 shows an example, associated pulse diagram in detail.
  • This signal voltage is in the illustrated signal pattern in
  • Tl designated time used to produce a defined initial state and must be at least as large as the sum of all delay times that may affect the electrical potential of the relevant capacity, and thus ensures a reproducible flow of measurement.
  • FIG. 5 shows a constructive embodiment in the door handle of a motor vehicle, wherein the operation of the auxiliary electrode 8 and the influence of the mutual capacitive coupling (electric field 15) between the auxiliary electrode 8 and electrode 22 is shown, which is influenced by an approximated influencing object 16.
  • the constructive sensor arrangement here includes the electronics 11 inclusive
  • Electrode system 8, 13, 22, housing 10 and other design-related elements which also affect the mutual capacitive coupling between the auxiliary electrode and another electrode. Sensory usable, so in the sense of a detection of certain operating cases or influencing factors such. Water or unwanted
  • the arrangement is only if at least part of the capacitive coupling 15 extends outside of this constructive sensor arrangement, so that it can be influenced by external objects 16.
  • FIG. 6 describes a particularly simple battery-operated exemplary embodiment in which the logical combination unit 4 consists of only two NAND gates 41, 43. At the input of the first switching stage 43, the electrodes 21, 22 are connected. The function of the further switching stage, at whose input the reference capacitance 1 lies, is taken over here by the gate 41.
  • the circuit includes two sensor electrodes 21, 22 and an auxiliary electrode 8, which is actively acted upon by an auxiliary signal (Clock_3).
  • the switch-on time of the output signal 7 of the logical combination unit 4 is determined by the switching points of the switching stage 43 to which the measuring capacitance is connected.
  • the switch-off time of the output signal 7 of the logical combination unit 4 is determined by the switching point of the switching stage 41 to which the reference capacitance is connected.
  • Integration device 5 is loaded in this embodiment.
  • Fig. 7 shows a power-saving embodiment for battery-powered applications, wherein the logic operation unit 4 consists of only two NAND gates 41, 43, and a NAND gate further simplified and optionally can also be implemented as an inverter.
  • the logic operation unit 4 consists of only two NAND gates 41, 43, and a NAND gate further simplified and optionally can also be implemented as an inverter.
  • the logic operation unit 4 consists of only two NAND gates 41, 43, and a NAND gate further simplified and optionally can also be implemented as an inverter.
  • the logic operation unit 4 consists of only two NAND gates 41, 43, and a NAND gate further simplified and optionally can also be implemented as an inverter.
  • the logic operation unit 4 consists of only two NAND gates 41, 43, and a NAND gate further simplified and optionally can also be implemented as an inverter.
  • the logic operation unit 4 consists of only two NAND gates 41, 43, and a NAND gate further simplified and optionally can also be implemented as an in
  • the function of the further switching stage, at whose input the reference capacitance 1 lies, is taken over here by the gate 41.
  • the circuit includes a sensor electrode 21 and two auxiliary electrodes (8, EL H1, EL H2) which are actively acted upon by an auxiliary signal (Clock Hl, Clock_H2).
  • the switch-on time of the output signal 7 of the logical combination unit 4 is determined by the switching point of the switching stage 43, to which the measuring capacitance is connected.
  • the switch-off time of the output signal 7 of the logical combination unit 4 is determined by the switching point of the switching stage 41 to which the reference capacitance is connected.
  • the charging capacitor Ca at the output of the integration device 5 is charged in this embodiment.

Abstract

The invention relates to an evaluation circuit for a capacitive sensor for detecting the distance, the speed, or the position of an object, comprising a reference capacitance (1) and a measuring capacitance (2), wherein a square wave voltage (3) is applied to the reference capacitance (1) and the measuring capacitance (2) via a resistor, and a pulse (7) which has a variable duration is obtained with the aid of a logic linking unit (4) and which duration represents a measure of the respective measuring capacitance (2). According to the invention, the reference capacitance (1) is connected to the input of a first switching stage (41, 43) and the measuring capacitance (2) is connected to the input of a further switching stage (43, 41). A single measuring capacitance (21) has a capacitive coupling (15) to an auxiliary electrode (8), and the switching stages (41, 43) are part of a logic linking unit (4) which is designed such that reaching the threshold voltage of a first switching stage (41, 43) determines the activation time of an output signal (7) and reaching the threshold voltage of a further switching stage (43, 41) determines the deactivation time of the output signal (7), the output of the logic linking unit (4) being connected to the input of an integration stage, and a charging capacitor (Ca) being charged or discharged via the output of the integration stage (5). The invention also relates to a capacitive sensor and an actuator comprising said capacitive sensor.

Description

Auswerteschaltung für einen kapazitiven Sensor, kapazitiver Sensor und Aktor in einem Kraftfahrzeug  Evaluation circuit for a capacitive sensor, capacitive sensor and actuator in a motor vehicle
Die Erfindung betrifft eine Auswerteschaltung für einen kapazitiven Sensor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. The invention relates to an evaluation circuit for a capacitive sensor according to the preamble of patent claim 1.
Kapazitive Sensoren sind nicht nur in der Automatisierungstechnik, sondern neuerdings auch in der Automobiltechnik weit verbreitet, wo sie u. a. als Kofferraum-, Türöffner, oder zur Sitzbelegungserkennung Anwendung finden. Capacitive sensors are widely used not only in automation technology, but recently also in automotive technology, where they u. a. be used as trunk, door opener, or seat occupancy recognition application.
Die AT 403 213 B offenbart einen kapazitiven Feuchtesensor mit einem Rechteckgenerator, dessen Signal über zwei unterschiedliche Signalwege einem UND-Gatter zugeführt werden, wobei der eine Signalweg direkt verläuft und der andere eine Messelektrode aufweist, deren Kapazität die Signalform beeinflusst und dadurch das Erreichen einer Schaltschwelle verzögert. AT 403 213 B discloses a capacitive humidity sensor with a square-wave generator whose signal is supplied to an AND gate via two different signal paths, one signal path being straight and the other having a measuring electrode whose capacitance influences the signal shape and thereby reaching a switching threshold delayed.
Die WO 2007 025 785 AI offenbart einen kapazitiven Sensor mit einem Rechteckgenerator, dessen Signal über zwei unterschiedliche Signalwege einem XOR-Gatter zugeführt wird, wobei der eine Signalweg eine Messelektrode und der andere eine Referenzelektrode enthält. WO 2007 025 785 A1 discloses a capacitive sensor with a square-wave generator whose signal is supplied via two different signal paths to an XOR gate, wherein one signal path contains a measuring electrode and the other a reference electrode.
Die DE 10 2012 106 526 AI offenbart einen kapazitiven Türgriffsensor für ein Kraftfahrzeug mit mindestens zwei Elektroden mit unterschiedlichen Überwachungsbereichen, wobei eine Elektrode als Referenzelektrode wirkt. DE 10 2012 106 526 AI discloses a capacitive door handle sensor for a motor vehicle with at least two electrodes with different monitoring areas, wherein one electrode acts as a reference electrode.
Die DE 10 2012 224 007 AI offenbart eine Anordnung und ein Verfahren zur Bestimmung der Kapazität eines Messkondensators in eine mit einem Analog-Digitalwandler erfassbare Spannung mit einer Ladungsübertragungseinrichtung zur Übertagung der Ladung einer unbekannten Kapazität CX auf einen Messkondensator CL, wobei allerdings nur der Vergleich einer einzigen unbekannten Kapazität CX mit einer Referenzkapazität Cref vorgesehen ist. DE 10 2012 224 007 AI discloses an arrangement and a method for determining the capacitance of a measuring capacitor in a detectable with an analog-to-digital converter voltage with a charge transfer device for transferring the charge of an unknown capacitance C X on a measuring capacitor C L , however, only the Comparison of a single unknown capacity C X is provided with a reference capacity C re f.
Die DE 10 2014 216 998 AI zeigt eine Auswerteschaltung für einen kapazitiven Sensor mit mehreren Messkapazitäten und einer Referenzkapazität, wobei die Messkapazitäten nacheinander in einem vorgegebenen Zeitregime mit derselben Referenzkapazität verglichen werden. DE 10 2014 216 998 A1 shows an evaluation circuit for a capacitive sensor with a plurality of measuring capacitances and a reference capacitance, wherein the measuring capacitances are successively compared in a predetermined time regime with the same reference capacitance.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine gegenüber der in der DE 10 2014 216 998 AI gezeigten Schaltung eine nochmals kostenoptimierte Schaltung anzugeben, welche gleichzeitig zusätzliche Möglichkeiten aufweist, die kapazitiv wirksamen Umwelteinflüsse zu erfassen. Die Aufgabe der Erfindung wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche betreffen die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung. The object of the invention is to provide a comparison with the circuit shown in DE 10 2014 216 998 AI again cost-optimized circuit, which also has additional opportunities to detect the capacitive environmental effects. The object of the invention is achieved with the characterizing features of claim 1. The subclaims relate to the advantageous embodiment of the invention.
Der wesentliche Erfindungsgedanke besteht darin, die Messkapazität in einem vorgegebenen Zeitregime mit einer Referenzkapazität zu vergleichen und die jeweilige Kapazitätsmessung durch eine zusätzliche Hilfselektrode steuerbar zu beeinflussen. Dazu wird die The essential idea of the invention is to compare the measuring capacity in a predetermined time regime with a reference capacitance and to influence the respective capacitance measurement controllable by an additional auxiliary electrode. This is the
Referenzkapazität mit dem Eingang einer ersten Schaltstufe und die Messkapazität mit dem Eingang einer weiteren Schaltstufe verbunden, wobei diese Schaltstufen beispielsweise als NAND Gatter ausgebildet sind und miteinander eine logische Verknüpfungseinheit bilden, die so ausgebildet ist, dass der Schaltzeitpunkt der ersten Schaltstufe den Einschaltzeitpunkt eines Ausgangssignals bestimmt und der Schaltzeitpunkt einer weiteren Schaltstufe den Ausschaltzeitpunkt des Ausgangssignals bestimmt oder dass der Schaltzeitpunkt der ersten Schaltstufe den Ausschaltzeitpunkt eines Ausgangssignals bestimmt und der Schaltzeitpunkt einer weiteren Schaltstufe den Einschaltzeitpunkt des Ausgangssignals bestimmt. Die Ausgangssignale der logischen Verknüpfungseinheit werden dem Eingang einer Reference capacitance with the input of a first switching stage and the measuring capacitance connected to the input of a further switching stage, these switching stages are formed, for example, as a NAND gate and together form a logical combination unit which is designed so that the switching time of the first switching stage determines the turn-on of an output signal and the switching time of a further switching stage determines the switch-off time of the output signal or that the switching time of the first switching stage determines the switch-off time of an output signal and the switching time of a further switching stage determines the switch-on time of the output signal. The output signals of the logic operation unit are the input of a
Integrationsstufe zugeführt. Über den Ausgang der Integrationsstufe, die auch als Stromquelle wirken kann, wird ein Ladekondensator geladen. Die zeitliche Länge der von der o. g. Supplied to the integration stage. Via the output of the integration stage, which can also act as a current source, a charging capacitor is charged. The length of time of the o. G.
logischen Verknüpfungseinheit generierten Ausgangsimpulse bestimmt die Spannung des Ladekondensators. logic operation unit generated output pulses determines the voltage of the charging capacitor.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Referenzkapazität oder die Messkapazität mit einer Zeitbeeinflussungseinheit verbunden, die einen Kondensator und eine Spannungsquelle aufweist, bzw. mit einer steuerbaren Spannungsquelle verbunden ist. In an advantageous embodiment, the reference capacitance or the measuring capacitance is connected to a time influencing unit, which has a capacitor and a voltage source, or is connected to a controllable voltage source.
Die Zeitbeeinflussungseinheit dient zur gezielten Beeinflussung der durch die The time influencing unit is used for targeted influencing by the
Referenzkapazität oder die Messkapazität erzeugten Verzögerungszeit. Reference capacitance or the measuring capacity generated delay time.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch eine Hilfselektrode, die im Wesentlichen zeitgleich mit einer Messelektrode mit einem Spannungssignal beaufschlagt wird, eine gezielte kapazitive Beeinflussung der Messelektrode möglich ist, so dass auf diese Weise weitere räumliche Regionen im Umfeld der Messelektrode kapazitiv ausgewertet werden können, ohne dass dadurch ein separater Messkanal mit zusätzlichem Schaltungsaufwand zur Kapazitätsmessung einer Elektrode erforderlich ist. The advantage of the invention is that a targeted capacitive influencing of the measuring electrode is possible by an auxiliary electrode which is subjected to a voltage signal substantially simultaneously with a measuring electrode, so that in this way further spatial regions in the vicinity of the measuring electrode can be evaluated capacitively without requiring a separate measuring channel with additional circuit complexity for measuring the capacitance of an electrode.
So kann beispielsweise mit nur einem IC des Typs 74HC132 ein kapazitiver Sensor mit mehreren räumlich voneinander unterscheidbaren Bereichen aufgebaut werden, was einerseits zu einer Einsparung von Bauelementen führt und andererseits zusätzliche Möglichkeiten zur Erfassung kapazitiv wirksamer Umwelteinflüsse bietet. Thus, for example, with only one IC of the type 74HC132, a capacitive sensor with several spatially distinguishable areas can be constructed, which on the one hand leads to a saving of components and on the other hand offers additional possibilities for detecting capacitive environmental influences.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. The invention will be explained in more detail with reference to the drawings.
Fig.1 zeigt eine erfindungsgemäße Auswerteschaltung mit einer passiven Hilfselektrode. 1 shows an evaluation circuit according to the invention with a passive auxiliary electrode.
Fig.2 zeigt eine erfindungsgemäße Auswerteschaltung mit einer aktiven Hilfselektrode. 2 shows an evaluation circuit according to the invention with an active auxiliary electrode.
Fig. 3 zeigt einen zu den Schaltungen in Fig. l und 2 gehörenden MikroController mit FIG. 3 shows a microcontroller belonging to the circuits in FIGS. 1 and 2
Schaltstufe. Shift stage.
Fig. 4 zeigt das Impulsdiagramm zur Steuerung der Messung im Detail. Fig. 4 shows the timing diagram for controlling the measurement in detail.
Fig. 5 zeigt die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltung in einem Fahrzeugtürgriff. Fig. 5 shows the embodiment of the circuit according to the invention in a vehicle door handle.
Fig. 6 beschreibt ein Beispiel mit zwei Sensorelektroden und einer aktiven Hilfselektrode. Fig. 6 describes an example with two sensor electrodes and an auxiliary active electrode.
Fig. 7 beschreibt ein Beispiel mit einer Sensorelektrode und zwei Hilfselektroden. Fig. 7 describes an example with a sensor electrode and two auxiliary electrodes.
Die Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer integrierten Schaltung des Typs 74HC132 mit vier Schaltstufen (NAND-Gatter) 41 , 42, 43, 44, die eine logische Verknüpfungseinheit 4 bilden, wobei im Ruhezustand der steuerbare Gattereingang der mit 41 bezeichneten Fig. 1 shows an embodiment with an integrated circuit of the type 74HC132 with four switching stages (NAND gate) 41, 42, 43, 44, which form a logic operation unit 4, wherein in the idle state, the controllable gate input designated 41
Schaltstufe auf dem logischen Zustand„Hoch" liegt, so dass deren Ausgang, und damit auch das Steuersignal 6 den logischen Zustand„Tief einnimmt. Switching stage is at the logic state "high", so that their output, and thus the control signal 6 assumes the logic state "low".
Das hat zur Folge, dass für die Dauer dieses Zustandes die Schaltstufen 42, 43 an ihrem nicht von außen steuerbaren Eingang ebenfalls auf„Tie ' liegen und somit signaltechnisch gesperrt sind, so dass deren Ausgänge für die Dauer dieses Signalzustandes auf„Hoch" liegen, die Schaltstufe 44 an ihrem Ausgang den Zustand„Tief einnimmt und die Integrationsstufe 5 ebenfalls gesperrt ist, wobei der hier mit Ca bezeichnete Ladekondensator geladen bleibt, der vorher von dem Schalter S aufgeladen wurde, welcher wiederum von dem in Fig. 3 dargestellten MikroController μC gesteuert wird.  This has the consequence that for the duration of this state, the switching stages 42, 43 are also on their non-externally controllable input also on 'Tie' and thus are technically blocked, so that their outputs are "high" for the duration of this signal state, the switching stage 44 assumes the state "low at its output and the integration stage 5 is likewise blocked, the charge capacitor denoted Ca here being charged, which was previously charged by the switch S, which in turn is controlled by the microcontroller μC shown in FIG becomes.
Der nicht mit der Betriebsspannung verbundene Steuereingang der Schaltstufe 41 ist mit einer Zeitbeeinflussungseinheit 9 verbunden, die neben Rref und Cref zwei Kondensatoren Crl und Cr2 aufweist, an die Hilfsspannungsquellen Ui und U2 angeschlossen sind. The control input of the switching stage 41, which is not connected to the operating voltage, is connected to a time influencing unit 9 which, in addition to R re f and C re f, has two capacitors C rl and Cr2 to which the auxiliary voltage sources Ui and U 2 are connected.
Im Ruhezustand liegt der Takteingang Clock Ref und einer der Takteingänge Clock l , Clock_2, auf„Hoch". In diesem Beispiel sei angenommen, dass der Takteingang Clock l gerade auf„Hoch" liegt. Der jeweils andere Takteingang liegt auf„Tief . In diesem Beispiel wird die Schaltstufe 42, deren Takteingang auf„Hoch" liegt, für eine Impulserzeugung vorbereitet, während der andere Takteingang, in diesem Beispiel die Schaltstufe 43, durch das logische Eingangssignal„Tief weiterhin gesperrt bleibt. In the idle state, the clock input Clock Ref and one of the clock inputs Clock l, Clock_2, is set to "High." In this example, assume that the clock input Clock l is currently at "High". The other clock input is at "low. In this example, the switching stage 42 whose clock input is high is for pulse generation while the other clock input, in this example the switching stage 43, remains inhibited by the logical input signal "Low.
Zur Erzeugung eines Impulses an einem der Ausgänge der Schaltstufen 42, 43, und damit auch an 44, werden durch eine extern angeschlossene, in Fig. 3 dargestellte Steuereinheit J5, z.B. einen MikroController (μθ), sowohl der Takteingang„Clock Ref als auch der auf „Hoch" liegende Takteingang der Takteingänge Clock l , Clock_2 gleichzeitig auf„Tie ' geschaltet. Dadurch gelangt das an„Clock Re ' angelegte Signal über den Tiefpass Rref, Cref an den Eingang der Schaltstufe 41 und löst bei Erreichen der Schwellspannung an dessen Ausgang einen positiven Spannungssprung aus, wobei die Verzögerungszeit dieses To generate a pulse at one of the outputs of the switching stages 42, 43, and thus also at 44, by an externally connected, shown in Fig. 3 control unit J5, for example, a microcontroller (μθ), both the clock input "Clock Ref and the In this way, the signal applied to "Clock Re" reaches the input of the switching stage 41 via the low-pass filter R re f, C re f and triggers on reaching the "clock" input Threshold voltage at the output of a positive voltage jump, the delay time of this
Spannungssprunges von der Zeitbeeinflussungseinheit (9) beeinflusst wird, mit deren Hilfe das Signal an Cref zeitlich verschoben werden kann. Zu diesem Zweck werden die Voltage jump is influenced by the time influencing unit (9), with the aid of which the signal to C re f can be shifted in time. For this purpose, the
Hilfsspannungen Ui und U2 angelegt. Diese Spannungen und auch die drei in der Fig. 4 gezeigten Taktsignale (Clock Ref, Clock l , Clock_2) können von der zuvor beschriebenen Steuereinheit (μϋ) erzeugt werden. Auxiliary voltages Ui and U 2 applied. These voltages and also the three clock signals shown in FIG. 4 (Clock Ref, Clock l, Clock_2) can be generated by the previously described control unit (μϋ).
Für eine sinnvolle Impulserzeugung sind alle Zeitkonstanten und alle Steuersignale, die signaltechnisch vor den Gattereingängen der Gatter 41 und 42, 43 liegen, so dimensioniert, beziehungsweise eingestellt, dass zuerst die Spannung am Gattereingang des Gatters 41 die negative Schaltschwelle erreicht. Dies bewirkt, dass an den von außen nicht zugänglichen Gattereingängen der Gatter 42, 43 der logische Zustand von„Tief auf„Hoch" wechselt, so dass wie gezeigt, das Gatter 42, an dessen von außen zugänglichem Eingang der logische Zustand„Hoch" anliegt, seinen Ausgang auf„Tief schaltet und somit über das nachfolgend angeschlossene Verknüpfungsglied (NAND-Gatter) 44 die nachfolgend angeschlossene Integrationsstufe 5 ansteuert. Damit wird ein Entladevorgang des mit Ca bezeichneten Kondensators über die Integrationsstufe 5 gestartet. Der Einschaltzeitpunkt dieses For a meaningful pulse generation, all time constants and all control signals, which are located in front of the gate terminals of the gates 41 and 42, 43, are dimensioned or adjusted such that the voltage at the gate input of the gate 41 first reaches the negative switching threshold. This causes the non-accessible gate inputs 42, 43 of the logic state of "low" to "high" changes, so that, as shown, the gate 42, at its externally accessible input of the logic state "high" is applied , its output to "low switches and thus the subsequently connected logic element (NAND gate) 44, the subsequently connected integration stage 5 controls. This initiates a discharging process of the capacitor designated Ca via the integration stage 5. The switch-on time of this
Ausgangssignals wird somit vom Schaltzeitpunkt der ersten Schaltstufe 41 bestimmt. Das andere Gatter 43, an dem der von außen zugängliche Eingang von vornherein auf„Tief liegt, bleibt somit signaltechnisch gesperrt. Output signal is thus determined by the switching time of the first switching stage 41. The other gate 43, where the externally accessible input from the outset on "low, remains thus signal technology blocked.
Danach erreicht die Spannung an dem von außen zugänglichen Gattereingang, dessen angeschlossener Takteingang gleichzeitig mit dem Signal„Clock Ref von„Hoch" auf „Tief geschaltet wird, seine negative Schaltschwelle, so dass der soeben von„Hoch" auf „Tief geschaltete Gatterausgang der Schaltstufe 42 wieder auf„Hoch" zurück schaltet, das Gatter 44 wieder auf„Tief zurück schaltet und somit die Ansteuerung der nachfolgend angeschlossenen Integrationsstufe 5 wieder unterbricht, wodurch der Entladevorgang des mit Ca bezeichneten Kondensators beendet wird. Somit wird der Ausschaltzeitpunkt dieses Ausgangssignals vom Schaltzeitpunkt der weiteren Schaltstufe 42 bestimmt. Thereafter, the voltage at the externally accessible gate input whose connected clock input simultaneously with the signal "Clock Ref from" high "to" low reaches its negative switching threshold, so that the just switched from "high" to "low" gate output of the switching stage 42 switches back to "high" back, the gate 44 switches back to "low back and thus the control of the subsequently connected integration stage 5 again interrupts, causing the discharge of the with Ca designated capacitor is terminated. Thus, the switch-off of this output signal from the switching time of the further switching stage 42 is determined.
Somit wird bei Erreichen der Schwellspannung einer ersten Schaltstufe 41 ein Startsignal und bei Erreichen der Schwellspannung einer weiteren Schaltstufe 42 oder 43 ein Stoppsignal erzeugt. Thus, upon reaching the threshold voltage of a first switching stage 41, a start signal and upon reaching the threshold voltage of another switching stage 42 or 43, a stop signal is generated.
Die Zeitbeeinflussungseinheit 9 beinhaltet zur gezielten Beeinflussung der durch die The time influencing unit 9 includes for selectively influencing the by the
Referenzkapazität 1 (Cref) erzeugten Verzögerungszeit einen Kondensator Crl und eine von der Auswerteeinheit ^C) steuerbare Spannungsquelle Ui . Reference capacitance 1 (C re f) generated delay time a capacitor C rl and one of the evaluation ^ C) controllable voltage source Ui.
Damit ist die Zeitdauer, mit der die Integrationsstufe 5 angesteuert wird, abhängig von der zu messenden Elektrodenkapazität, welche dem jeweils aktivierten Takteingang (Clock l , Clock_2) zugeordnet ist. Zur Auswertung einer beliebigen zu messenden Kapazität wird der jeweils zugeordnete Takteingang in der oben beschriebenen Weise angesteuert. Thus, the time duration with which the integration stage 5 is driven depends on the electrode capacitance to be measured, which is assigned to the respectively activated clock input (Clock 1, Clock_ 2). For evaluating any capacitance to be measured, the respective assigned clock input is activated in the manner described above.
Die Hilfselektrode 8 mit der Bezeichnung EL H liegt dabei auf einem weiteren Anschluss IN I der Steuereinheit μC aus Fig. 3, wird durch einen Widerstand (Re3) von einem der Clock-Eingänge Clock l , Clock_2 gespeist, und ist kapazitiv mit einer der Messelektroden 21 , 22 (EL I , EL 2) gekoppelt. In dem gezeigten Beispiel wird die Hilfselektrode 8 vom Clock-Eingang Clock_2 gespeist und ist kapazitiv mit der Messelektrode 22 (EL_2) gekoppelt. The auxiliary electrode 8 with the designation EL H lies on a further terminal IN I of the control unit .mu.C of FIG. 3, is supplied by a resistor (Re3) from one of the clock inputs Clock l, Clock_2, and is capacitive with one of the measuring electrodes 21, 22 (EL I, EL 2) coupled. In the example shown, the auxiliary electrode 8 is fed by the clock input Clock_2 and is capacitively coupled to the measuring electrode 22 (EL_2).
Der Anschluss IN I kann während der Impulserzeugung von Clock_2 in 2 verschiedenen Modi betrieben werden, beispielsweise hochohmig und niederohmig. Dadurch wird in dem hochohmigen Modus das an Clock_2 anliegende Taktsignal ebenso auf die Hilfselektrode 8 (EL H) geführt, während in dem niederohmigen Modus das an Clock_2 anliegende The IN IN terminal can be operated in 2 different modes during pulse generation of Clock_2, for example high impedance and low impedance. As a result, in the high-impedance mode, the clock signal applied to Clock_2 is likewise conducted to the auxiliary electrode 8 (EL H), while in the low-impedance mode, the clock signal applied to Clock_2
Taktsignal durch IN I kurzgeschlossen wird und somit nicht an der Hilfselektrode 8 (EL H) erscheint. Somit wird in den zwei verschiedenen Modi über die kapazitive Kopplung zwischen den Elektroden 8 (EL H) und 22 (EL 2) die Kapazitätsmessung an 22 (EL 2) unterschiedlich beeinflusst, was in der Signalauswertung eine Aussage über die gegenseitige Kapazität zwischen den Elektroden 8 (EL H) und 22 (EL 2) erlaubt. Clock signal is short-circuited by IN I and thus does not appear on the auxiliary electrode 8 (EL H). Thus, in the two different modes, the capacitance measurement at 22 (EL 2) is influenced differently via the capacitive coupling between the electrodes 8 (EL H) and 22 (EL 2), which in the signal evaluation provides information about the mutual capacitance between the electrodes 8 (EL H) and 22 (EL 2) allowed.
Dies kann beispielsweise nützlich sein, um den Einfluss von außerhalb der Sensoranordnung befindlichen Objekten, beispielsweise Wasser, leitfähigem Primer oder einem Chrombelag auf dem Gehäuse des Gerätes zu erkennen und somit die Erfassungscharakteristik des Sensors beispielsweise durch angepasste Parametrierung, optimieren zu können. Auf diesem Wege können auch unerwünschte Bedienfälle unterdrückt oder der Einfluss von variablen This can be useful, for example, in order to be able to detect the influence of objects located outside the sensor arrangement, for example water, conductive primer or a chromium coating on the housing of the device, and thus to be able to optimize the detection characteristic of the sensor, for example by means of adapted parameterization. On this way can also suppress unwanted operating conditions or the influence of variable
Montageumgebungen erkannt werden. Mounting environments are detected.
Die Fig. 2 zeigt eine Schaltungsanordnung wie in Fig. 1, die sich nur durch die Ansteuerung der Hilfselektrode 8 (EL H) unterscheidet. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Fig. 2 shows a circuit arrangement as in Fig. 1, which differs only by the control of the auxiliary electrode 8 (EL H). In this embodiment, the
Hilfselektrode 8 (EL H) durch einen zusätzlichen Takteingang Clock_3 gespeist. Das Ausführungsbeispiel aus Fig. 2 bietet die zusätzliche Möglichkeit, das Steuersignal an Auxiliary electrode 8 (EL H) powered by an additional clock input Clock_3. The embodiment of Fig. 2 offers the additional possibility of the control signal
Clock_3 zeitlich sowohl der Messung an 21 v(EL_l) als auch der Messung an 22 (EL_2) zuzuordnen und somit beide gegenseitige Kapazitäten, auswerten zu können. Wenn Clock_3 gleichzeitig mit Clock l erzeugt wird, dann wird die Kapazität zwischen den Elektroden 8 (EL H) und 21 (EL I) beeinflusst. Wird dagegen Clock_3 gleichzeitig mit Clock_2 erzeugt, dann wird die Kapazität zwischen den Elektroden 8 (EL H) und 22 (EL 2) beeinflusst. Clock_3 temporally both the measurement at 21 v (EL_l) and the measurement at 22 (EL_2) to assign and thus both mutual capacities to evaluate. If Clock_3 is generated simultaneously with Clock 1, then the capacitance between the electrodes 8 (EL H) and 21 (EL I) is affected. If, on the other hand, Clock_3 is generated simultaneously with Clock_2, then the capacitance between the electrodes 8 (EL H) and 22 (EL 2) is influenced.
Außerdem kann das Steuersignal für Clock_3 sowohl gleichphasig als auch gegenphasig erzeugt werden, was den doppelten Nutzsignalhub erlaubt. Dieses Ausführungsbeispiel erfordert einen weiteren Anschluss des MikrocontroUers der diese Betriebsart erlaubt. Je nach Typ des MikrocontroUers μC (J5 aus Fig. 3) kann die Variante aus Fig. 1 oder die Variante aus Fig. 2 bevorzugt werden. In addition, the control signal for Clock_3 can be generated both in-phase and out-of-phase, which allows the double Nutzsignalhub. This embodiment requires a further connection of the MikrocontroUers which allows this mode. Depending on the type of MikrocontroUers μC (J5 of Fig. 3), the variant of FIG. 1 or the variant of FIG. 2 may be preferred.
Die Fig. 3 zeigt einen MikroController zur Steuerung und Auswertung der in den beiden vorigen Figuren angegebenen Schaltungen. Für die Fig. 1 wird der Anschluss PI (Clock_3) nicht benötigt, und kann frei bleiben. Das Gleiche gilt für die Fig. 2 und den Anschluss P13 (IN I). Der Anschluss P8 (A) wird mit einer Schaltstufe (T2) verbunden, die zum Beispiel ein Schaltsignal oder ein Bussignal übertragen kann, um so die gewünschten Messergebnisse oder Auswertekriterien mit Hilfe der Schaltstufe T2 an ein externes Steuergerät zu übertragen. FIG. 3 shows a microcontroller for controlling and evaluating the circuits indicated in the two preceding figures. For Fig. 1, the port PI (Clock_3) is not needed, and can be left free. The same applies to Fig. 2 and the terminal P13 (IN I). The terminal P8 (A) is connected to a switching stage (T2), which can transmit, for example, a switching signal or a bus signal, so as to transmit the desired measurement results or Auswertekriterien using the switching stage T2 to an external control unit.
Die Fig. 4 zeigt ein beispielhaftes, zugehöriges Impulsdiagramm im Detail. Die Signale entsprechen den Takten aus Fig. 1. Man erkennt das für das Gatter 41 bestimmte Taktsignal (Clock Ref), das für das Gatter 42 bestimmte Taktsignal (Clock l), das für das Gatter 43 bestimmte Taktsignal (Clock_2) und die an der Hilfselektrode 8 (EL H) anliegende FIG. 4 shows an example, associated pulse diagram in detail. The signals corresponding to the clocks of Fig. 1. It can be seen for the gate 41 specific clock signal (Clock Ref), the gate 42 for certain clock signal (Clock l), the specific gate 43 for the clock signal (Clock_2) and at the Auxiliary electrode 8 (EL H) adjacent
Signalspannung. Diese Signalspannung wird in dem dargestellten Signalmuster im Signal voltage. This signal voltage is in the illustrated signal pattern in
Zusammenwirken mit dem Taktsignal (Clock_2) ausgewertet, welches die Elektrode 22 (EL 2) ansteuert. Dargestellt sind zwei verschiedene Modi, wobei in einem Modus das Taktsignal Clock Ref gleichzeitig mit dem Taktsignal Clock_2 erzeugt wird. Im Diagramm ist dies der Zeitpunkt 52μ8. Im anderen Modus, welcher im Zeitpunkt 84μβ ein weiteres Taktsignal erzeugt, ist eine zusätzliche Signalflanke an EL H sichtbar, wodurch eine Evaluated interaction with the clock signal (Clock_2), which drives the electrode 22 (EL 2). Shown are two different modes, wherein in one mode, the clock signal Clock Ref is generated simultaneously with the clock signal Clock_2. In the diagram this is the time 52μ8. In the other mode, which generates another clock signal at the time 84μβ, an additional signal edge at EL H is visible, whereby a
Beeinflussung der gegenseitigen Kapazität zwischen EL 2 und EL H erreicht wird. Die mit „tl" bezeichnete Zeitspanne dient zur Herstellung eines definierten Initialzustandes und muss mindestens so groß sein wie die Summe sämtlicher Verzögerungszeiten, die Einfluss auf das elektrische Potential der relevanten Kapazitäten haben können, und sorgt so für einen reproduzierbaren Ablauf der Messung. Influencing the mutual capacity between EL 2 and EL H is achieved. With "Tl" designated time used to produce a defined initial state and must be at least as large as the sum of all delay times that may affect the electrical potential of the relevant capacity, and thus ensures a reproducible flow of measurement.
Die Fig. 5 zeigt ein konstruktives Ausführungsbeispiel im Türgriff eines Kraftfahrzeugs, wobei die Wirkungsweise der Hilfselektrode 8 und die Beeinflussung der gegenseitigen kapazitiven Kopplung (elektrisches Feld 15) zwischen Hilfselektrode 8 und Elektrode 22 dargestellt ist, welche durch ein angenähertes Beeinflussungsobjekt 16 beeinflusst wird. Die konstruktive Sensoranordnung umfasst hier die Elektronik 11 einschließlich 5 shows a constructive embodiment in the door handle of a motor vehicle, wherein the operation of the auxiliary electrode 8 and the influence of the mutual capacitive coupling (electric field 15) between the auxiliary electrode 8 and electrode 22 is shown, which is influenced by an approximated influencing object 16. The constructive sensor arrangement here includes the electronics 11 inclusive
Elektrodensystem 8, 13, 22, Gehäuse 10 und andere konstruktiv bedingte Elemente, welche ebenfalls die gegenseitige kapazitive Kopplung zwischen der Hilfselektrode und einer weiteren Elektrode beeinflussen. Sensorisch nutzbar, also im Sinne einer Erkennung bestimmter Bedienfälle oder Einflussfaktoren wie z.B. Wasser oder unerwünschte Electrode system 8, 13, 22, housing 10 and other design-related elements, which also affect the mutual capacitive coupling between the auxiliary electrode and another electrode. Sensory usable, so in the sense of a detection of certain operating cases or influencing factors such. Water or unwanted
Bedienfälle, ist die Anordnung jedoch nur dann, wenn zumindest ein Teil der kapazitiven Kopplung 15 außerhalb dieser konstruktiven Sensoranordnung verläuft, so dass diese durch äußere Objekte 16 beeinflussbar ist. Operating cases, however, the arrangement is only if at least part of the capacitive coupling 15 extends outside of this constructive sensor arrangement, so that it can be influenced by external objects 16.
Die Fig. 6 beschreibt ein besonders einfaches batteriebetriebenes Ausführungsbeispiel, bei dem die logische Verknüpfungseinheit 4 aus nur zwei NAND-Gattern 41, 43 besteht. Am Eingang der ersten Schaltstufe 43 sind die Elektroden 21, 22 angeschlossen. Die Funktion der weiteren Schaltstufe, an deren Eingang die Referenzkapazität 1 liegt, wird hier vom Gatter 41 übernommen. Die Schaltung beinhaltet zwei Sensorelektroden 21, 22 und eine Hilfselektrode 8, welche aktiv mit einem Hilfssignal (Clock_3) beaufschlagt wird. FIG. 6 describes a particularly simple battery-operated exemplary embodiment in which the logical combination unit 4 consists of only two NAND gates 41, 43. At the input of the first switching stage 43, the electrodes 21, 22 are connected. The function of the further switching stage, at whose input the reference capacitance 1 lies, is taken over here by the gate 41. The circuit includes two sensor electrodes 21, 22 and an auxiliary electrode 8, which is actively acted upon by an auxiliary signal (Clock_3).
Bei dieser Anordnung wird also der Einschaltzeitpunkt des Ausgangssignals 7 der logischen Verknüpfungseinheit 4 von den Schaltpunkten der Schaltstufe 43 bestimmt, an welcher die Messkapazität angeschlossen ist. Der Ausschaltzeitpunkt des Ausgangssignals 7 der logischen Verknüpfungseinheit 4 wird vom Schaltpunkt der Schaltstufe 41 bestimmt, an welcher die Referenzkapazität angeschlossen ist. Der Ladekondensator Ca am Ausgang der  In this arrangement, therefore, the switch-on time of the output signal 7 of the logical combination unit 4 is determined by the switching points of the switching stage 43 to which the measuring capacitance is connected. The switch-off time of the output signal 7 of the logical combination unit 4 is determined by the switching point of the switching stage 41 to which the reference capacitance is connected. The charging capacitor Ca at the output of the
Integrationseinrichtung 5 wird in diesem Ausführungsbeispiel geladen. Integration device 5 is loaded in this embodiment.
Die Fig. 7 zeigt ein stromsparendes Ausführungsbeispiel für batteriebetriebene Anwendungen, wobei die logische Verknüpfungseinheit 4 aus nur zwei NAND-Gattern 41, 43 besteht, und ein NAND-Gatter weiter vereinfacht und wahlweise auch als Inverter ausgeführt werden kann. Hier ist nur eine einzige Messkapazität 2 vorhanden. Dennoch können mehrere Positionen räumlich ausgewertet werden, abhängig davon, welche der beiden Hilfselektroden 8 aktiv mit einem Hilfssignal (Clock Hl, Clock_H2) beaufschlagt wird. Zusätzlich können sogar mehrere Hilfselektroden gleichzeitig aktiv mit einem Hilfssignal (Clock Hl, Clock_H2) beaufschlagt werden, um durch die so erzeugten Funktionsmodi zusätzliche Informationen zu gewinnen, beispielsweise zur genaueren Unterscheidung bestimmter Bedienfälle oder Einflussfaktoren wie z.B. Wasser oder eine Verschmutzung. Am Eingang der ersten Schaltstufe 43 ist die Elektrode 21 angeschlossen. Die Funktion der weiteren Schaltstufe, an deren Eingang die Referenzkapazität 1 liegt, wird hier vom Gatter 41 übernommen. Die Schaltung beinhaltet eine Sensorelektrode 21 und zwei Hilfselektroden (8, EL H1, EL H2) welche aktiv mit einem Hilfssignal (Clock Hl , Clock_H2) beaufschlagt werden. Fig. 7 shows a power-saving embodiment for battery-powered applications, wherein the logic operation unit 4 consists of only two NAND gates 41, 43, and a NAND gate further simplified and optionally can also be implemented as an inverter. Here is only a single measuring capacity 2 available. Nevertheless, several positions can be spatially evaluated, depending on which of the two auxiliary electrodes 8 active with an auxiliary signal (Clock Hl, Clock_H2) is applied. In addition, even several auxiliary electrodes can be actively acted upon simultaneously with an auxiliary signal (Clock HI, Clock_H2) in order to gain additional information through the functional modes thus generated, for example for more precise differentiation of specific operating conditions or factors such as water or contamination. At the input of the first switching stage 43, the electrode 21 is connected. The function of the further switching stage, at whose input the reference capacitance 1 lies, is taken over here by the gate 41. The circuit includes a sensor electrode 21 and two auxiliary electrodes (8, EL H1, EL H2) which are actively acted upon by an auxiliary signal (Clock Hl, Clock_H2).
Bei dieser Anordnung wird der Einschaltzeitpunkt des Ausgangssignals 7 der logischen Verknüpfungseinheit 4 von dem Schaltpunkt der Schaltstufe 43 bestimmt, an welcher die Messkapazität angeschlossen ist. Der Ausschaltzeitpunkt des Ausgangssignals 7 der logischen Verknüpfungseinheit 4 wird vom Schaltpunkt der Schaltstufe 41 bestimmt, an welcher die Referenzkapazität angeschlossen ist. Der Ladekondensator Ca am Ausgang der Integrationseinrichtung 5 wird in diesem Ausführungsbeispiel geladen. In this arrangement, the switch-on time of the output signal 7 of the logical combination unit 4 is determined by the switching point of the switching stage 43, to which the measuring capacitance is connected. The switch-off time of the output signal 7 of the logical combination unit 4 is determined by the switching point of the switching stage 41 to which the reference capacitance is connected. The charging capacitor Ca at the output of the integration device 5 is charged in this embodiment.
Bezugszeichen reference numeral
1 Referenzkapazität, Cref 1 reference capacity, C re f
2 Messkapazität(en) Cel, Ce2, Ce3, Messelektrode(n) => 21 und 22  2 measuring capacity (s) Cel, Ce2, Ce3, measuring electrode (s) => 21 and 22
3 Rechteckspannung, Taktsignal  3 square-wave voltage, clock signal
4 Logische Verknüpfungseinheit mit den Schaltstufen, (41, 42, 43, 44) => NAND- Gatter 74HC132 mit Schmitt Trigger  4 Logical logic unit with the switching stages, (41, 42, 43, 44) => NAND gate 74HC132 with Schmitt trigger
5 Integrationsstufe (Bipolarer Miller-Integrator bzw. Stromquelle) mit Transistor Tl und Ausgangskondensator Ca.  5 integration stage (bipolar Miller integrator or current source) with transistor Tl and output capacitor Approx.
6 Steuersignal für die von außen nicht zugänglichen Eingänge der Gatter 42 und 43 6 control signal for the non-accessible from the outside inputs of the gates 42 and 43rd
7 Ausgangssignal der logischen Verknüpfungseinheit 7 output signal of the logic operation unit
8 Hilfskapazität, Hilfselektrode  8 auxiliary capacitance, auxiliary electrode
9 Zeitbeeinflussungseinheit, mit der Referenz- oder der Messkapazität verbunden 9 Time control unit connected to the reference or measuring capacity
10 Türaußengriffgehäuse 10 outside door handle housing
11 Kapazitive Sensorelektronik  11 Capacitive sensor electronics
12 Versorgungs- und Datenleitung  12 supply and data line
13 Elektrodenleitung  13 electrode lead
14 Fahrzeugkarosserie  14 vehicle body
15 Elektrisches Feld, Kapazitive Kopplung  15 Electric field, capacitive coupling
16 Objekt, Beeinflussungsobjekt  16 object, influencing object
17 Externes Steuergerät  17 External control unit
18 Spannungsversorgung, Batterie  18 power supply, battery
19 Elektrische Fahrzeugmasse  19 Electric vehicle mass
20 Erdpotential  20 earth potential
21 Erste Messelektrode  21 First measuring electrode
22 Zweite Messelektrode  22 Second measuring electrode

Claims

Ansprüche claims
1. Auswerteschaltung für einen kapazitiven Sensor zur Erfassung des Abstands, der Geschwindigkeit oder der Position eines Objekts, mit einer Referenzkapazität (1) und einer Messkapazität (2), wobei die Referenzkapazität (1) und die Messkapazität (2), über einen Widerstand mit einer Rechteckspannung (3) beaufschlagt werden, und mit Hilfe einer logischen Verknüpfungseinheit (4) ein zeitdauervariabler Impuls (7) gewonnen wird, dessen Dauer ein Maß für die Messkapazität (2) darstellt, 1. evaluation circuit for a capacitive sensor for detecting the distance, the speed or the position of an object, with a reference capacitance (1) and a measuring capacitance (2), wherein the reference capacitance (1) and the measuring capacitance (2), via a resistor with a square-wave voltage (3) is applied, and with the aid of a logical combining unit (4) a time-variable pulse (7) is obtained whose duration represents a measure of the measuring capacitance (2),
dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzkapazität (1) mit dem Eingang einer ersten Schaltstufe (41, 43) und die Messkapazität (2) mit dem Eingang einer weiteren Schaltstufe (43, 41) verbunden ist, wobei eine einzige Messelektrode (21) mit mindestens einer Hilfselektrode (8) eine kapazitive Kopplung (15) aufweist, wobei die Schaltstufen (41, 43) Teil einer logischen Verknüpfungseinheit (4) sind, die so ausgebildet ist, dass das Erreichen der Schwellspannung einer ersten Schaltstufe (41, 43) den Einschaltzeitpunkt eines Ausgangssignals (7), und das Erreichen der  characterized in that the reference capacitance (1) is connected to the input of a first switching stage (41, 43) and the measuring capacitance (2) to the input of a further switching stage (43, 41), wherein a single measuring electrode (21) with at least one Auxiliary electrode (8) has a capacitive coupling (15), wherein the switching stages (41, 43) are part of a logical combination unit (4), which is designed such that reaching the threshold voltage of a first switching stage (41, 43) the switch-on of a Output signal (7), and reaching the
Schwellspannung einer weiteren Schaltstufe (43, 41) den Ausschaltzeitpunkt des Ausgangssignals (7) bestimmt, und der Ausgang der logischen Verknüpfungseinheit (4) mit dem Eingang einer Integrationsstufe (5) verbunden ist, wobei über den Ausgang der Integrationsstufe (5) ein Ladekondensator (Ca) geladen oder entladen wird.  Threshold voltage of a further switching stage (43, 41) determines the switch-off time of the output signal (7), and the output of the logical combination unit (4) is connected to the input of an integration stage (5), wherein via the output of the integration stage (5) a charge capacitor ( Ca) is charged or discharged.
2. Auswerteschaltung für einen kapazitiver Sensor nach Anspruch 1, dadurch Second evaluation circuit for a capacitive sensor according to claim 1, characterized
gekennzeichnet, dass die kapazitive Kopplung (15) zwischen einer Hilfselektrode (8) und einer Messelektrode (21) durch Objekte (16) beeinflussbar ist, die sich konstruktiv außerhalb der Sensoranordnung befinden, wobei mehrere Positionen mit einer einzigen Messelektrode (21) räumlich ausgewertet werden können.  in that the capacitive coupling (15) between an auxiliary electrode (8) and a measuring electrode (21) can be influenced by objects (16) which are located constructively outside the sensor arrangement, wherein a plurality of positions are spatially evaluated with a single measuring electrode (21) can.
3. Auswerteschaltung für einen kapazitiver Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzkapazität (1) mit einer Zeitbeeinflussungseinheit (9) verbunden ist, wobei die Zeitbeeinflussungseinheit (9) einen Kondensator (Crl, Cr2) und eine steuerbare Spannungsquelle (Ul, U2) aufweist, und zur gezielten 3. evaluation circuit for a capacitive sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the reference capacitance (1) with a time influencing unit (9) is connected, wherein the time influencing unit (9) comprises a capacitor (C rl , C r2 ) and a controllable voltage source (Ul, U2), and targeted
Beeinflussung der durch die Referenzkapazität (1) erzeugten Verzögerungszeit dient.  Influencing the delay time generated by the reference capacitance (1) is used.
4. Auswerteschaltung für einen kapazitiver Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messkapazität (2) mit einer Zeitbeeinflussungseinheit (9) verbunden ist, wobei die Zeitbeeinflussungseinheit (9) einen Kondensator und eine steuerbare Spannungsquelle aufweist, und zur gezielten Beeinflussung der durch die Messkapazität (2) erzeugten Verzögerungszeit dient. 4. evaluation circuit for a capacitive sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the measuring capacitance (2) with a time influencing unit (9) is connected, wherein the time influencing unit (9) comprises a capacitor and a has controllable voltage source, and is used to selectively influence the delay time generated by the measuring capacitance (2).
5. Kapazitiver Sensor mit einer Auswerteschaltung nach Anspruch 1, 2 oder 3.  5. Capacitive sensor with an evaluation circuit according to claim 1, 2 or 3.
6. Aktor in einem Kraftfahrzeug mit einem kapazitiven Sensor nach Anspruch 4.  6. actuator in a motor vehicle with a capacitive sensor according to claim 4.
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