EP4042568A1 - Verfahren zum einstellen einer abtastfrequenz eines kapazitiven berührungsschalters - Google Patents

Verfahren zum einstellen einer abtastfrequenz eines kapazitiven berührungsschalters

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EP4042568A1
EP4042568A1 EP19786305.3A EP19786305A EP4042568A1 EP 4042568 A1 EP4042568 A1 EP 4042568A1 EP 19786305 A EP19786305 A EP 19786305A EP 4042568 A1 EP4042568 A1 EP 4042568A1
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EP
European Patent Office
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frequency
touch switch
critical
measurement signals
sampling frequency
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19786305.3A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Krzysztof Kierys
Adrian Podsiadlowski
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Diehl AKO Stiftung and Co KG
Original Assignee
Diehl AKO Stiftung and Co KG
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G06F3/0416—Control or interface arrangements specially adapted for digitisers
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    • G06F3/044—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means
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    • H03K2217/960735—Capacitive touch switches characterised by circuit details

Definitions

  • the present invention relates to a method for setting a sampling frequency of a capacitive touch switch and an operating method for a capacitive touch switch with such a method of setting the sampling frequency.
  • touch switches are used more and more frequently, which trigger a certain switching process by simply touching them by a user (so-called touch control).
  • touch control In the case of a capacitive touch switch, a capacitive sensor element, together with a user's finger, forms a capacitance via a touch field acting as a dielectric, which is variable according to the actuation of the touch switch, i.e. touching or not touching a touch field assigned to the capacitive sensor element.
  • the change in the capacity of the capacitive sensor element by touching it by the user has a corresponding effect on an output signal from the sensor circuit, which is evaluated by a connected control unit with evaluation circuit as actuation of the capacitive touch switch.
  • the capacitive sensor element can also pick up interference or noise which, when evaluating the output signals of the sensor circuit, can lead to incorrect detection of a switch actuation.
  • a method for setting a sampling frequency of a capacitive touch switch with a capacitive sensor element and a sensor circuit which has:
  • sampling frequency as the selection frequency for a detection mode of the touch switch if no critical aliasing effect and no possibility of a critical aliasing effect are detected during the test.
  • a sampling frequency with a good signal-to-noise ratio can be selected and set for the capacitive touch switch.
  • the sampling frequency set in this way avoids in particular aliasing effects caused by noise signal frequencies in the measurement signals of the sensor circuit, which would be critical in the evaluation of the measurement signals, i.e. would not be recognized as such. By avoiding such critical aliasing effects, the risk can be reduced that the evaluation of the measurement signals will lead to an incorrect detection of an actuation of the touch switch. Aliasing effects, which are not critical when evaluating the measurement signals, for example because they can be reliably recognized as such, do not necessarily have to be avoided at the set sampling frequency.
  • the measurement signals it is not only checked whether the measurement signals actually contain an alias effect, ie whether an alias effect is recognizable in the measurement signals, but it is also checked whether the measurement signals could contain an alias effect, ie whether an alias effect could be present, although no alias effect is recognizable in the measurement signals.
  • This increases the certainty that the sampling frequency set for the detection mode of the touch switch is a critical different, ie non-recognizable aliasing effect, whereby the probability of incorrect detection of a switch operation can be reduced.
  • the acquisition of the measurement signals involves creating an amplitude-time diagram and checking whether the acquired measurement signals contain or could contain a critical aliasing effect involves converting the amplitude-time diagram created into one Amplitude-frequency diagram and checking whether the amplitude-frequency diagram contains a peak.
  • the conversion of the recorded amplitude-time diagram into an amplitude-frequency diagram is preferably carried out by means of a Fast Fourier Transformation (FFT).
  • FFT Fast Fourier Transformation
  • an alias effect is detected when checking whether the detected measurement signals contain or could contain a critical alias effect, a further check is carried out to determine whether the detected alias effect would be critical in the detection mode of the touch switch and should therefore be excluded. Depending on the type of occurrence of an alias effect, this can be critical or uncritical for the evaluation of the measurement signals. Since touching the capacitive touch switch generates a low-frequency signal, low-frequency aliasing effects are critical because they cannot be recognized as noise, whereas high-frequency aliasing effects can be recognized or filtered out as noise during measurement signal evaluation.
  • the checking of whether the recognized aliasing effect would be critical in the detection mode of the touch switch preferably comparing a frequency at which the peak in Amplitude-frequency diagram is recognized with a threshold value.
  • the threshold value is, for example, a predetermined frequency value or half of the respective sampling frequency.
  • the sampling frequency is not set as the selection frequency if, when checking whether the amplitude-frequency diagram contains a peak, no Peak is detected. If in the amplitude If no peak is recognized at all in the frequency diagram of the measurement result, it may be that there is no aliasing effect, but there is also the possibility that an aliasing effect exists at a very low frequency, with a peak at one frequency close to zero in the amplitude-frequency diagram but cannot be seen.
  • the operation of the touch switch, the acquisition of the measurement signals from the sensor circuit and the checking of the measurement signals are repeated for several different sampling frequencies and one of the several sampling frequencies is set as the selection frequency, and when the measurement signals are checked, there is no critical aliasing effect another possibility of a critical aliasing effect can be recognized. If neither a critical alias effect nor a possibility of a critical alias effect are detected when checking the measurement signals of several sampling frequencies, that of these several sampling frequencies is set as the selection frequency that is most suitable as the selection frequency.
  • a better suitability of a sampling frequency as a selection frequency for the detection mode of the touch switch is given, for example, when the aliasing occurs at a higher frequency, as this is then better / easier / more reliably recognized compared to a low-frequency signal generated by touching the capacitive touch switch can be.
  • the first measurement method when operating the touch switch is preferably selected from a measurement method with a charge-charge cycle or a discharge-discharge cycle.
  • charge-charge cycle and discharge-discharge cycle refer to the times at which the measurement signal is recorded during the charging or discharging of the capacitance formed by the capacitive sensor element through the sensor circuit.
  • the operating method according to the invention for a capacitive touch switch contains the above-described setting of a sampling frequency of the capacitive touch switch. approximately switch according to the present invention and an operation of the capacitive touch switch with the sampling frequency set in this way for detecting a switch actuation.
  • the setting of the sampling frequency of the capacitive touch switch can be carried out in an initialization process when the capacitive touch switch is started up for the first time and / or periodically during operation of the capacitive touch switch.
  • the operation of the touch switch for detecting a switch actuation is carried out using a second measuring method different from the first measuring method (in the sampling frequency setting method).
  • This second measurement method is preferably selected from a measurement method with a charge-discharge cycle or a discharge-charge cycle.
  • charge-discharge cycle and discharge-charge cycle again relate to the points in time of the measurement signal acquisition during the charging or discharging of the capacitance formed by the capacitive sensor element by the sensor circuit.
  • a capacitive touch switch has a capacitive sensor element, a sensor circuit connected to the capacitive sensor element and a control unit connected to the sensor circuit for controlling the sensor circuit, the control unit being designed to carry out an operating method described above of the invention and / or a method described above for setting a sampling frequency of the capacitive touch switch according to the invention.
  • the capacitive touch switch of the invention can be used in an advantageous manner in operating devices, in particular for electronic household appliances such as hobs, stoves, dishwashers, laundry treatment appliances and the like.
  • Fig. 3 is a flow chart of a method for setting a sampling frequency of a capacitive touch switch according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 1 the basic structure of a capacitive touch switch is initially shown in a greatly simplified manner.
  • the capacitive touch switch 10 has in particular a capacitive sensor element 12, for example in the form of an electrode, which, together with, for example, a finger of a user and a touch field acting as a dielectric, for example a control panel, forms a capacitor in between, the capacitance of which corresponds to the actuation of the Touch switch 10, ie touching or not touching the touch field associated with the capacitive sensor element 12 is variable.
  • the capacitive sensor element 12 is connected to a sensor circuit 14 which detects the changes in capacitance on the sensor element, for example during charging or discharging phases of the capacitor.
  • a control unit 16 is connected to the sensor circuit 14.
  • the control unit 16 controls the sensor circuit 14 in order, for example, to switch it on or off and to specify a sampling frequency for detecting the changes in capacitance.
  • the measurement signals detected by the sensor circuit 14 are transmitted to the control unit 16, which evaluates the measurement signals in order to identify whether a user touches or does not touch the touch field on the capacitive sensor element 12.
  • Fig. 2 shows the sequence of an operating method according to the invention for such a capacitive touch switch 10.
  • a suitable sampling frequency for the sensor circuit 14 of the touch switch 10 is set in a step S10, which offers a good signal-to-noise ratio and critical aliasing effects Avoids noise signals.
  • step S10 the capacitive touch switch 10 is operated with the sampling frequency set in step S10 (step S20) in order to detect a switch actuation by a user. If the operating time T of the touch switch 10 exceeds a given limit value Tx (Yes in step S22), step S10 is repeated. In other words, the setting of the sampling frequency is repeated periodically at time intervals Tx. This is advantageous because noise signals can change over time and the sampling frequency is then adjusted accordingly.
  • the step S10 of setting the sampling frequency is also preferably carried out in an initialization process when the touch switch 10 is put into operation.
  • step S10 shows an exemplary embodiment of the setting method from step S10.
  • the touch switch 10 or its sensor circuit 14 is first operated at a first sampling frequency (no. X) and using a first measurement method A in step S102.
  • the first sampling frequency No. x is selected from a group of available sampling frequencies; the first sampling frequency No. x is, for example, 111 kHz.
  • the first measurement method A is preferably a measurement method with a charge-charge cycle or a measurement method with a discharge-discharge cycle.
  • the sensor circuit 14 detects the corresponding measurement signals over a predetermined period of time (e.g. 64 measurements) and the control unit 16 creates a corresponding amplitude-time diagram, as exemplified as the upper diagrams in FIGS 4B is illustrated.
  • a predetermined period of time e.g. 64 measurements
  • step S106 the control unit 16 converts the generated amplitude-time diagram by means of a Fast Fourier Transformation (FFT) into an amplitude-frequency diagram, as illustrated by way of example as the lower diagrams in FIGS. 4A and 4B. light is.
  • FFT Fast Fourier Transformation
  • the control unit 16 checks in step S108 whether the amplitude-frequency diagram contains a peak. Such a peak is caused by an aliasing effect generated by a noise signal.
  • control unit 16 If the control unit 16 detects a peak in the amplitude-frequency diagram (yes in S108), the control unit then checks in step S110 whether this peak is in the critical range. For example, the control unit 16 checks whether the frequency fp of this peak is below a predetermined threshold value fs.
  • the threshold value fs is, for example, a predetermined frequency value or half the current sampling frequency.
  • the currently tested sampling frequency is not suitable for the detection mode of the touch switch, as this is a low-frequency alias -Effect when evaluating the measurement signals cannot be reliably distinguished from touching the switch 10 and is therefore critical.
  • the currently tested sampling frequency is therefore not set as the selection frequency for the detection operation of the touch switch; instead, in this case the method continues directly to step S118 explained later.
  • the currently tested sampling frequency is suitable for the detection mode of the touch switch, since this high-frequency aliasing Effect in an evaluation of the measurement signals recognized as such and can be distinguished from touching the switch 10, which generates a low-frequency measurement signal. In this case, the method therefore continues to step S112.
  • step S112 it is checked whether a suitable sampling frequency has already been set as the selection frequency in the sampling frequency setting process. If this is not the case (no in step S112), for example because a suitable sampling frequency has not yet been found or because it is the first tested sampling frequency, the method continues to step S114 to use the current sampling frequency that was determined in step S110 has been judged appropriate to set as the selection frequency for the detection operation of the touch switch 10.
  • step S116 the control unit 16 compares the suitability of the current sampling frequency with the suitability of the selected selection frequency.
  • a sampling frequency is better suited for the detection operation of the touch switch 10, for example, if the non-critical aliasing effect is higher in frequency and therefore generates a peak at a higher frequency fp in the amplitude-frequency diagram.
  • step S116 If the previously set selection frequency is more suitable than the current sampling frequency (no in step S116), the method continues to step S118 and the previously set selection frequency remains set as the selection frequency. If, on the other hand, the current sampling frequency is more suitable than the previously set selection frequency (yes in step S116), the method continues to step S116 in order to reset the current sampling frequency as the selection frequency.
  • step S118 it is checked whether all available frequencies have now been tested in the manner described above for their suitability as a sampling frequency for the detection operation of the touch switch 10. If all available frequencies have not yet been tested (no in step S118), the method continues to step S120, in which the next sampling frequency No. x + 1 is selected from the group of available sampling frequencies. The new sampling frequency No. x + 1 is 80 kHz, for example. The method then goes back to step S102 in order to carry out the above-described suitability test for the new sampling frequency no. X + 1 from step S102.
  • step S118 If, on the other hand, all available frequencies have now been tested (yes in step S118), the method continues to step S122, in which the last frequency set as the selection frequency in step S114 is set as the sampling frequency for the detection mode of the touch switch, which is preferably is carried out with a second measurement method B different from the first measurement method A. As illustrated in FIG. 3, the method also proceeds directly from step S108 to step S118 if no peak is recognized in the amplitude-frequency diagram.
  • a first measurement method A is used in the suitability test method S10, which is preferably a measurement method with a charge-charge cycle or a discharge-discharge cycle.
  • a second measurement method B which differs from the first measurement method A, is then preferably used.
  • the second measurement method B is preferably a measurement method with a discharge-charge cycle or a charge-discharge cycle.

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Abstract

Für den Betrieb eines kapazitiven Berührungsschalters (10) mit einem kapazitiven Sensorelement (12) und einer Sensorschaltung (14) wird vorgeschlagen, zunächst eine Abtastfrequenz des kapazitiven Berührungsschalters (10) mit einem guten Signal-Rausch-Verhältnis einzustellen (S10) und dann den kapazitiven Berührungsschalter (10) mit der eingestellten Abtastfrequenz zum Erfassen einer Schalterbetätigung zu betreiben (S20). Das Einstellen der Abtastfrequenz beinhaltet gemäß der Erfindung ein Betreiben (S102) des Berührungsschalters (10) unter Verwendung einer ersten Messmethode und mit einer ausgewählten Abtastfrequenz,ein Erfassen (S104) der Messsignale der Sensorschaltung (14) und ein Prüfen (S106-110), ob die erfassten Messsignale einen kritischen Alias-Effekt enthalten oder enthalten könnten. Falls bei der Prüfung (S106-110) kein kritischer Alias-Effekt und keine Möglichkeit eines kritischen Alias-Effekts erkannt werden, kann die Abtastfrequenz als Auswahlfrequenz für den Erfassungsbetrieb (S20) des Berührungsschalters (10) gesetzt werden.

Description

Verfahren zum Einstellen einer Abtastfrequenz eines kapazitiven Berührungsschalters
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen einer Abtastfrequenz ei nes kapazitiven Berührungsschalters sowie ein Betriebsverfahren für einen kapazitiven Berührungsschalter mit einem solchen Einstellverfahren der Abtastfrequenz.
In vielen elektrischen Geräten, insbesondere auch in Haushaltsgeräten wie Herden, Kochfeldern, Mikrowellenöfen, Spülmaschinen, Wäschebehandlungsgeräte und derglei chen, werden immer häufiger Berührungsschalter eingesetzt, die durch ein einfaches Berühren durch einen Benutzer einen bestimmten Schaltvorgang auslösen (sog. Touch Control). Im Fall eines kapazitiven Berührungsschalters bildet ein kapazitives Sensorel ement zusammen mit dem Finger eines Benutzers über ein als Dielektrikum wirkendes Berührungsfeld eine Kapazität, die entsprechend dem Betätigen des Berührungsschal ters, d.h. dem Berühren oder Nicht-Berühren eines dem kapazitiven Sensorelement zu geordneten Berührungsfeldes variabel ist. Die Veränderung der Kapazität des kapaziti ven Sensorelements durch eine Berührung durch den Benutzer wirkt sich entsprechend auf ein Ausgangssignal der Sensorschaltung aus, das von einer angeschlossenen Steu ereinheit mit Auswerteschaltung entsprechend als Betätigung des kapazitiven Berüh rungsschalters ausgewertet wird. Bei kapazitiven Berührungsschaltern kann das kapazi tive Sensorelement allerdings auch Störungen oder Rauschen aufnehmen, welche bei der Auswertung der Ausgangssignale der Sensorschaltung zu fehlerhaften Erfassungen einer Schalterbetätigung führen können.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Maßnahme zum Verbessern des Betriebs eines kapazitiven Berührungsschalters zu schaffen, mit der die Wahrscheinlichkeit einer feh lerhaften Erfassung einer Schalterbetätigung reduziert werden kann. Diese Aufgabe wird gelöst durch die Lehre der unabhängigen Ansprüche. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Einstellen einer Abtastfrequenz eines kapaziti ven Berührungsschalters mit einem kapazitiven Sensorelement und einer Sensorschal tung vorgeschlagen, das aufweist:
Betreiben des Berührungsschalters unter Verwendung einer ersten Messmethode und mit einer Abtastfrequenz, die aus einer Gruppe von zur Verfügung stehenden Abtastfrequenzen ausgewählt ist;
Erfassen der Messsignale der Sensorschaltung;
Prüfen, ob die erfassten Messsignale einen kritischen Alias-Effekt enthalten oder enthalten könnten; und
Setzen der Abtastfrequenz als Auswahlfrequenz für einen Erfassungsbetrieb des Berührungsschalters, falls bei der Prüfung kein kritischer Alias-Effekt und keine Möglichkeit eines kritischen Alias-Effekts erkannt werden.
Mit diesem Verfahren kann für den kapazitiven Berührungsschalter eine Abtastfrequenz mit einem guten Signal-Rausch-Verhältnis ausgewählt und eingestellt werden. Die auf diese Weise eingestellte Abtastfrequenz vermeidet insbesondere durch Rauschsignal frequenzen verursachte Alias-Effekte in den Messsignalen der Sensorschaltung, die bei der Auswertung der Messsignale kritisch wären, d.h. nicht als solche erkannt würden. Durch Vermeiden solcher kritischen Alias-Effekte kann das Risiko reduziert werden, dass die Auswertung der Messsignale zu einem fehlerhaften Erkennen einer Betätigung des Berührungsschalters führt. Alias-Effekte, die bei der Auswertung der Messsignale unkri tisch sind, weil sie zum Beispiel als solche sicher erkannt werden können, müssen bei der eingestellten Abtastfrequenz hingegen nicht unbedingt vermieden werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nicht nur geprüft, ob die Messsignale tat sächlich einen Alias-Effekt enthalten, d.h. ob in den Messsignalen ein Alias-Effekt er kennbar ist, sondern es wird außerdem geprüft, ob die Messsignale einen Alias-Effekt enthalten könnten, d.h. ob ein Alias-Effekt vorhanden sein könnte, obwohl in den Mess signalen kein Alias-Effekt erkennbar ist. Hierdurch wird die Sicherheit erhöht, dass die für den Erfassungsbetrieb des Berührungsschalters eingestellte Abtastfrequenz einen kriti- schen, d.h. nicht-erkennbaren Alias-Effekt vermeidet, wodurch die Wahrscheinlichkeit einer fehlerhaften Erfassung einer Schalterbetätigung reduziert werden kann.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist das Erfassen der Messsignale ein Erstellen eines Amplituden-Zeit-Diagramms auf und weist das Prüfen, ob die erfassten Messsig nale einen kritischen Alias-Effekt enthalten oder enthalten könnten, ein Umwandeln des erstellten Amplituden-Zeit-Diagramms in ein Amplituden-Frequenz-Diagramm und ein Prüfen, ob das Amplituden-Frequenz-Diagramm einen Peak enthält, auf. Das Umwan deln des erfassten Amplituden-Zeit-Diagramms in ein Amplituden-Frequenz-Diagramm erfolgt vorzugsweise mittels einer Fast-Fourier-Transformation (FFT).
In einer Ausgestaltung der Erfindung erfolgt, falls bei der Prüfung, ob die erfassten Messsignale einen kritischen Alias-Effekt enthalten oder enthalten könnten, ein Alias- Effekt erkannt wird, eine weitere Prüfung, ob der erkannte Alias-Effekt im Erfassungsbe trieb des Berührungsschalters kritisch wäre und deshalb ausgeschlossen werden sollte. Je nach Art des Auftretens eines Alias-Effekts kann dieser für die Auswertung der Mess signale kritisch oder unkritisch sein. Da eine Berührung des kapazitiven Berührungs schalters ein niederfrequentes Signal erzeugt, sind niederfrequente Alias-Effekte kritisch, da sie nicht als Rauschen erkannt werden können, wohingegen hochfrequente Alias- Effekte bei der Messsignalauswertung als Rauschen erkannt bzw. herausgefiltert werden können.
Bei der oben beschriebenen Ausgestaltung mit einer Umwandlung des erstellten Amplituden-Zeit-Diagramms in ein Amplituden-Frequenz-Diagramm weist das Prüfen, ob der erkannte Alias-Effekt im Erfassungsbetrieb des Berührungsschalters kritisch wäre, vorzugsweise ein Vergleichen einer Frequenz, bei der der Peak im Amplituden- Frequenz-Diagramm erkannt wird, mit einem Schwellenwert auf. Der Schwellenwert ist zum Beispiel ein vorgegebener Frequenzwert oder die Hälfte der jeweiligen Abtastfre quenz.
Ferner wird bei der oben beschriebenen Ausgestaltung mit einer Umwandlung des er stellten Amplituden-Zeit-Diagramms in ein Amplituden-Frequenz-Diagramm die Abtast frequenz nicht als Auswahlfrequenz gesetzt, falls bei der Prüfung, ob das Amplituden- Frequenz-Diagramm einen Peak enthält, kein Peak erkannt wird. Wenn in dem Amplitu- den-Frequenz-Diagramm des Messergebnisses überhaupt kein Peak erkannt wird, kann es sein, dass kein Alias-Effekt existiert, es besteht aber auch die Möglichkeit, dass ein Alias-Effekt bei einer sehr niedrigen Frequenz existiert, wobei ein Peak bei einer Fre quenz nahe Null im Amplituden-Frequenz-Diagramm aber nicht erkennbar ist. Da eine solcher niederfrequenter Alias-Effekt beim Erfassungsbetrieb des Berührungsschalters kritisch wäre, weil er nicht als solcher erkennbar sein würde, wird in diesem Fall vor sichtshalber vermutet, dass bei der getesteten Abtastfrequenz ein kritischer Alias-Effekt existieren könnte, weshalb diese dann vorsorglich nicht als Auswahlfrequenz gesetzt wird.
In einer Ausgestaltung der Erfindung werden das Betreiben des Berührungsschalters, das Erfassen der Messsignale der Sensorschaltung und das Prüfen der Messsignale für mehrere unterschiedliche Abtastfrequenzen wiederholt und es wird eine der mehreren Abtastfrequenzen als Auswahlfrequenz gesetzt, bei deren Prüfung der Messsignale we der ein kritischer Alias-Effekt noch eine Möglichkeit eines kritischen Alias-Effekts erkannt werden. Falls bei der Prüfung der Messsignale mehrerer Abtastfrequenzen jeweils weder ein kritischer Alias-Effekt noch eine Möglichkeit eines kritischen Alias-Effekts erkannt werden, wird jene dieser mehreren Abtastfrequenzen als Auswahlfrequenz gesetzt, die als Auswahlfrequenz am besten geeignet ist. Eine bessere Eignung einer Abtastfrequenz als Auswahlfrequenz für den Erfassungsbetrieb des Berührungsschalters ist beispiels weise gegeben, wenn der Alias-Effekt bei einer höheren Frequenz auftritt, da dieser dann im Vergleich zu einem durch eine Berührung des kapazitiven Berührungsschalters erzeugten niederfrequenten Signal besser / einfacher / zuverlässiger erkannt werden kann.
Die erste Messmethode beim Betreiben des Berührungsschalters ist vorzugsweise aus gewählt aus einer Messmethode mit einem Lade-Lade-Zyklus oder einem Entlade- Entlade-Zyklus. Die Bezeichnungen Lade-Lade-Zyklus und Entlade-Entlade-Zyklus be ziehen sich auf die Zeitpunkte der Messsignalerfassung während des Ladens bzw. Ent ladens der durch das kapazitive Sensorelement gebildeten Kapazität durch die Sensor schaltung.
Das erfindungsgemäße Betriebsverfahren für einen kapazitiven Berührungsschalter ent hält das oben beschriebene Einstellen einer Abtastfrequenz des kapazitiven Berüh- rungsschalters gemäß der vorliegenden Erfindung und ein Betreiben des kapazitiven Berührungsschalters mit der auf diese Weise eingestellten Abtastfrequenz zum Erfassen einer Schalterbetätigung.
Das Einstellen der Abtastfrequenz des kapazitiven Berührungsschalters kann in einem Initialisierungsvorgang bei einer ersten Inbetriebnahme des kapazitiven Berührungs schalters und/oder periodisch im Betrieb des kapazitiven Berührungsschalters durchge führt werden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung wird das Betreiben des Berührungsschalters zum Erfassen einer Schalterbetätigung unter Verwendung einer von der ersten Messmethode (im Abtastfrequenz-Einstellverfahren) verschiedenen zweiten Messmethode durchge führt. Diese zweite Messmethode ist vorzugsweise ausgewählt aus einer Messmethode mit einem Lade-Entlade-Zyklus oder einem Entlade-Lade-Zyklus. Die Bezeichnungen Lade-Entlade-Zyklus und Entlade-Lade-Zyklus beziehen sich wieder auf die Zeitpunkte der Messsignalerfassung während des Ladens bzw. Entladens der durch das kapazitive Sensorelement gebildeten Kapazität durch die Sensorschaltung.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist ein kapazitiver Berührungsschalter gemäß der Erfindung ein kapazitives Sensorelement, eine mit dem kapazitiven Senso relement verbundene Sensorschaltung und eine mit der Sensorschaltung verbundene Steuereinheit zum Ansteuern der Sensorschaltung auf, wobei die Steuereinheit ausge staltet ist zum Ausführen eines oben beschriebenen Betriebsverfahrens der Erfindung und/oder eines oben beschriebenen Verfahrens zum Einstellen einer Abtastfrequenz des kapazitiven Berührungsschalters gemäß der Erfindung.
Der kapazitive Berührungsschalter der Erfindung ist in vorteilhafter Weise anwendbar in Bedienvorrichtungen insbesondere für elektronische Haushaltsgeräte wie beispielsweise Kochfelder, Herde, Spülmaschinen, Wäschebehandlungsgeräte und dergleichen.
Obige sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nach folgenden Beschreibung bevorzugter, nicht-einschränkender Ausführungsbeispiele an hand der beiliegenden Zeichnung besser verständlich. Darin zeigen, zum Teil schema tisch: Fig. 1 den Aufbau eines kapazitiven Berührungsschalters gemäß der vorliegenden Erfindung; Fig. 2 ein Flussdiagramm eines Betriebsverfahrens für einen kapazitiven Berührungs schalter gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Einstellen einer Abtastfrequenz eines kapazitiven Berührungsschalters gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorlie genden Erfindung; und
Fig. 4 beispielhafte Amplituden-Zeit-Diagramme und Amplituden-Frequenz-
Diagramme für erfasste Messsignale bei unterschiedlichen Abtastfrequenzen.
In Fig. 1 ist zunächst der grundsätzliche Aufbau eines kapazitiven Berührungsschalters in stark vereinfachter Weise dargestellt.
Der kapazitive Berührungsschalter 10 weist insbesondere ein kapazitives Sensorelement 12 zum Beispiel in Form einer Elektrode auf, das zusammen mit zum Beispiel einem Finger eines Benutzers und einem als Dielektrikum wirkenden Berührungsfeld zum Bei spiel einer Bedienblende dazwischen einen Kondensator bildet, dessen Kapazität ent sprechend dem Betätigen des Berührungsschalters 10, d.h. dem Berühren oder Nicht- Berühren des dem kapazitiven Sensorelement 12 zugeordneten Berührungsfeldes varia bel ist. Das kapazitive Sensorelement 12 ist mit einer Sensorschaltung 14 verbunden, welche die Kapazitätsveränderungen am Sensorelement zum Beispiel während Lade oder Entladephasen des Kondensators erfasst.
An die Sensorschaltung 14 ist eine Steuereinheit 16 angeschlossen. Die Steuereinheit 16 steuert die Sensorschaltung 14 an, um sie zum Beispiel ein- oder auszuschalten und ihr eine Abtastfrequenz zum Erfassen der Kapazitätsveränderungen vorzugeben. Die von der Sensorschaltung 14 erfassten Messsignale werden an die Steuereinheit 16 übermittelt, welche die Messsignale auswertet, um ein Berühren oder Nicht-Berühren des Berührungsfeldes am kapazitiven Sensorelement 12 durch einen Benutzer zu er kennen. Fig. 2 zeigt den Ablauf eines erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens für einen solchen kapazitiven Berührungsschalter 10. Zunächst wird in einem Schritt S10 eine geeignete Abtastfrequenz für die Sensorschal tung 14 des Berührungsschalters 10 eingestellt, welche ein gutes Signal-Rausch- Verhältnis bietet und kritische Alias-Effekte durch Rauschsignale vermeidet. Anschlie ßend wird der kapazitive Berührungsschalter 10 mit der in Schritt S10 festgelegten Ab tastfrequenz betrieben (Schritt S20), um eine Schalterbetätigung durch einen Benutzer zu erfassen. Wenn die Betriebsdauer T des Berührungsschalters 10 einen vorgegebe nen Grenzwert Tx überschreitet (Ja in Schritt S22), wird der Schritt S10 wiederholt. Mit anderen Worten wird das Einstellen der Abtastfrequenz periodisch in Zeitabständen Tx wiederholt. Dies ist vorteilhaft, da sich Rauschsignale mit der Zeit verändern können und die Abtastfrequenz dann entsprechend angepasst wird. Der Schritt S10 des Einstellens der Abtastfrequenz wird außerdem bevorzugt in einem Initialisierungsvorgang bei einer Inbetriebnahme des Berührungsschalters 10 durchgeführt.
Fig. 3 zeigt beispielhaft ein Ausführungsbeispiel des Einstellverfahrens von Schritt S10. In dem Einstellverfahren S10 wird zunächst in Schritt S102 der Berührungsschalter 10 bzw. seine Sensorschaltung 14 mit einer ersten Abtastfrequenz (Nr. x) und unter Ver wendung einer ersten Messmethode A betrieben. Die erste Abtastfrequenz Nr. x wird aus einer Gruppe von zur Verfügung stehenden Abtastfrequenzen ausgewählt; die erste Abtastfrequenz Nr. x beträgt zum Beispiel 111 kHz. Bei der ersten Messmethode A han- delt es sich bevorzugt um eine Messmethode mit einem Lade-Lade-Zyklus oder um eine Messmethode mit einem Entlade-Entlade-Zyklus. Dann werden in Schritt S104 von der Sensorschaltung 14 die entsprechenden Messsignale über eine vorbestimmte Zeitdauer (z.B. 64 Messungen) hinweg erfasst und wird von der Steuereinheit 16 ein entsprechen des Amplituden-Zeit-Diagramm erstellt, wie es beispielhaft als obere Diagramme in Fig. 4A und 4B veranschaulicht ist.
Dann wandelt die Steuereinheit 16 in Schritt S106 das erstellte Amplituden-Zeit- Diagramm mittels einer Fast-Fourier-Transformation (FFT) in ein Amplituden-Frequenz- Diagramm um, wie es beispielhaft als untere Diagramme in Fig. 4A und 4B veranschau- licht ist. Die Steuereinheit 16 prüft dann in Schritt S108, ob das Amplituden-Frequenz- Diagramm einen Peak enthält. Ein solcher Peak wird durch einen Alias-Effekt verursacht, der durch ein Rauschsignal erzeugt wird.
Erkennt die Steuereinheit 16 in dem Amplituden-Frequenz-Diagramm einen Peak (Ja in S108), dann prüft die Steuereinheit in Schritt S110, ob dieser Peak im kritischen Bereich liegt. Zum Beispiel prüft die Steuereinheit 16, ob die Frequenz fp dieses Peaks unterhalb eines vorbestimmten Schwellenwerts fs liegt. Bei dem Schwellenwert fs handelt es sich zum Beispiel um einen vorgegebenen Frequenzwert oder um die Hälfte der aktuellen Abtastfrequenz.
Falls der Peak im Amplituden-Frequenz-Diagramm im kritischen Bereich unterhalb des Schwellenwerts fs liegt (Ja in Schritt S110), wie beispielhaft in Fig. 4A veranschaulicht, ist die aktuell getestete Abtastfrequenz nicht für den Erfassungsbetrieb des Berührungs schalters geeignet, da dieser niederfrequente Alias-Effekt bei einer Auswertung der Messsignale nicht sicher von einer Berührung des Schalters 10 unterschieden werden kann und deshalb kritisch ist. Die aktuell getestete Abtastfrequenz wird deshalb nicht als Auswahlfrequenz für den Erfassungsbetrieb des Berührungsschalters gesetzt; stattdes- sen geht das Verfahren in diesem Fall direkt weiter zum später erläuterten Schritt S118.
Falls hingegen der Peak im Amplituden-Frequenz-Diagramm im unkritischen Bereich oberhalb des Schwellenwerts fs liegt (Nein in Schritt S110), wie beispielhaft in Fig. 4B veranschaulicht, ist die aktuell getestete Abtastfrequenz für den Erfassungsbetrieb des Berührungsschalters geeignet, da dieser hochfrequente Alias-Effekt bei einer Auswer tung der Messsignale als solcher erkannt und von einer Berührung des Schalters 10, die ein niederfrequentes Messsignal erzeugt, unterschieden werden kann. Das Verfahren geht daher in diesem Fall weiter zu Schritt S112.
In Schritt S112 wird geprüft, ob in dem Abtastfrequenz-Einstellverfahren bereits eine geeignete Abtastfrequenz als Auswahlfrequenz gesetzt worden ist. Falls dies nicht der Fall ist (Nein in Schritt S112), weil zum Beispiel noch keine geeignete Abtastfrequenz gefunden wurde oder weil es sich um die erste getestete Abtastfrequenz handelt, geht das Verfahren weiter zu Schritt S114, um die aktuelle Abtastfrequenz, die im Schritt S110 als geeignet beurteilt worden ist, als Auswahlfrequenz für den Erfassungsbetrieb des Berührungsschalters 10 zu setzen.
Falls hingegen in dem Abtastfrequenz-Einstellverfahren bereits eine Auswahlfrequenz gesetzt worden ist (Ja in Schritt S112), geht das Verfahren weiter zu Schritt S116. In diesem Schritt S116 vergleicht die Steuereinheit 16 die Eignung der aktuellen Abtastfre quenz mit der Eignung der gesetzten Auswahlfrequenz. Eine Abtastfrequenz ist zum Beispiel besser für den Erfassungsbetrieb des Berührungsschalters 10 geeignet, wenn der unkritische Alias-Effekt hochfrequenter ist und deshalb im Amplituden-Frequenz- Diagramm einen Peak bei einer höheren Frequenz fp erzeugt.
Ist die zuvor gesetzte Auswahlfrequenz besser geeignet als die aktuelle Abtastfrequenz (Nein in Schritt S116), geht das Verfahren weiter zu Schritt S118 und die zuvor gesetzte Auswahlfrequenz bleibt als Auswahlfrequenz gesetzt. Ist hingegen die aktuelle Abtast frequenz besser geeignet als die zuvor gesetzte Auswahlfrequenz (Ja in Schritt S116), geht das Verfahren weiter zu Schritt S116, um die aktuelle Abtastfrequenz als Auswahl frequenz neu zu setzen.
Anschließend geht das Verfahren (Ja in Schritt S110, Nein in Schritt S116 oder nach Schritt S114) weiter zu Schritt S118. In diesem Schritt S118 wird geprüft, ob nun alle verfügbaren Frequenzen in der oben beschriebenen Weise auf ihre Eignung als Abtast frequenz für den Erfassungsbetrieb des Berührungsschalters 10 getestet worden sind. Falls noch nicht alle verfügbaren Frequenzen getestet worden sind (Nein in Schritt S118), geht das Verfahren weiter zu Schritt S120, in dem die nächste Abtastfrequenz Nr. x+1 aus der Gruppe von zur Verfügung stehenden Abtastfrequenzen ausgewählt wird. Die neue Abtastfrequenz Nr. x+1 beträgt zum Beispiel 80 kHz. Das Verfahren geht dann wieder zurück zu Schritt S102 um die oben beschriebene Eignungsprüfung für die neue Abtastfrequenz Nr. x+1 ab Schritt S102 durchzuführen. Falls hingegen nun alle verfügba ren Frequenzen getestet worden sind (Ja in Schritt S118), geht das Verfahren weiter zu Schritt S122, in dem die als letztes in Schritt S114 als Auswahlfrequenz gesetzte Fre quenz als Abtastfrequenz für den Erfassungsbetrieb des Berührungsschalters festgelegt wird, der vorzugsweise mit einer von der ersten Messmethode A verschiedenen zweiten Messmethode B durch geführt wird. Wie in Fig. 3 veranschaulicht, geht das Verfahren von Schritt S108 außerdem direkt wei ter zu Schritt S118, falls im Amplituden-Frequenz-Diagramm kein Peak erkannt wird.
D.h. obwohl kein kritischer Alias-Effekt erkannt wird, wird die aktuelle Abtastfrequenz nicht als geeignet beurteilt und insbesondere auch nicht als Auswahlfrequenz gesetzt. Der Grund hierfür besteht darin, dass in diesem Fall nicht ausgeschlossen werden kann, dass die Messsignale einen kritischen Alias-Effekt enthalten könnten, der im Amplituden- Frequenz-Diagramm aber nicht erkennbar ist. Besonders kritisch sind Alias-Effekte mit einem Frequenzwert fp nahe Null oder gleich Null. Falls der Alias-Frequenzwert fp gleich Null ist, ist das Amplituden-Frequenz-Diagramm aber über den ganzen Frequenzbereich hinweg flach und es ist kein Peak erkennbar. D.h. wenn die Steuereinheit 16 in Schritt S108 in dem Amplituden-Frequenz-Diagramm keinen Peak erkennt, kann dies bedeuten, dass tatsächlich kein Alias-Effekt vorhanden, oder andererseits, dass ein kritischer Alias- Effekt nicht erkennbar ist. Wie erwähnt, wird in dem Eignungstestverfahren S10 eine erste Messmethode A be nutzt, bei der es sich bevorzugt um eine Messmethode mit einem Lade-Lade-Zyklus oder einem Entlade-Entlade-Zyklus handelt. Im Erfassungsbetrieb des Berührungsschalters S20 mit der im Eignungstestverfahren S10 festgelegten Abtastfrequenz (S122) wird dann vorzugsweise eine zweite Messmethode B benutzt, die sich von der ersten Messmetho- de A unterscheidet. Bei der zweiten Messmethode B handelt es sich bevorzugt um eine Messmethode mit einem Entlade-Lade-Zyklus oder einem Lade-Entlade-Zyklus.

Claims

PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zum Einstellen einer Abtastfrequenz eines kapazitiven Berührungsschal ters (10) mit einem kapazitiven Sensorelement (12) und einer Sensorschaltung (14), aufweisend:
Betreiben (S102) des Berührungsschalters (10) unter Verwendung einer ersten Messmethode und mit einer Abtastfrequenz, die aus einer Gruppe von zur Verfü- gung stehenden Abtastfrequenzen ausgewählt ist;
Erfassen (S104) der Messsignale der Sensorschaltung (14);
Prüfen (S106-110), ob die erfassten Messsignale einen kritischen Alias-Effekt ent halten oder enthalten könnten; und
Setzen (S112-116, S122) der Abtastfrequenz als Auswahlfrequenz für einen Erfas- sungsbetrieb des Berührungsschalters (10), falls bei der Prüfung (S106-110) kein kritischer Alias-Effekt und keine Möglichkeit eines kritischen Alias-Effekts erkannt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei welchem das Erfassen der Messsignale (S104) ein Erstellen eines Amplituden-Zeit-
Diagramms aufweist; und das Prüfen (S106-110), ob die erfassten Messsignale einen kritischen Alias-Effekt enthalten oder enthalten könnten, ein Umwandeln (S106) des erstellten Amplitu- den-Zeit-Diagramms in ein Amplituden-Frequenz-Diagramm und ein Prüfen (S108), ob das Amplituden-Frequenz-Diagramm einen Peak enthält, aufweist.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem, falls bei der Prüfung (S106-110), ob die erfassten Messsignale einen kritischen Alias-Effekt enthalten oder enthalten könnten, ein Alias-Effekt erkannt wird, eine Prüfung er- folgt (S110), ob der erkannte Alias-Effekt im Erfassungsbetrieb des Berührungs schalters (10) kritisch wäre.
4. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, bei welchem das Prüfen (S110), ob der erkann te Alias-Effekt im Erfassungsbetrieb des Berührungsschalters (10) kritisch wäre, ein Vergleichen einer Frequenz (fp), bei der der Peak im Amplituden-Frequenz- Diagramm erkannt wird, mit einem Schwellenwert (fs) aufweist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei welchem, falls bei der Prüfung (S108), ob das Amplituden-Frequenz-Diagramm einen Peak enthält, kein Peak er kannt wird, die Abtastfrequenz nicht als Auswahlfrequenz gesetzt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das Betreiben (S102) des Berührungsschalters (10), das Erfassen (S104) der Messsignale der Sensorschaltung (14) und das Prüfen (S106-110) der Messsigna le für mehrere unterschiedliche Abtastfrequenzen wiederholt werden; und eine der mehreren Abtastfrequenzen als Auswahlfrequenz gesetzt wird, bei deren Prüfung (S106-110) der Messsignale weder ein kritischer Alias-Effekt noch eine Möglichkeit eines kritischen Alias-Effekts erkannt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei welchem, falls bei der Prüfung (S106-110) der Messsignale mehrerer Abtastfrequenzen jeweils kein kritischer Alias-Effekt und keine Möglichkeit eines kritischen Alias-Effekts erkannt werden, jene dieser mehre ren Abtastfrequenzen als Auswahlfrequenz gesetzt wird (S114), die als Auswahl frequenz am besten geeignet ist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die erste Messmethode ausgewählt ist aus einer Messmethode mit einem Lade-Lade-Zyklus oder einem Entlade-Entlade-Zyklus.
9. Betriebsverfahren für einen kapazitiven Berührungsschalter, aufweisend:
Einstellen (S10) einer Abtastfrequenz des kapazitiven Berührungsschalters (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8; und
Betreiben (S20) des kapazitiven Berührungsschalters (10) mit der eingestellten Abtastfrequenz zum Erfassen einer Schalterbetätigung.
10. Betriebsverfahren nach Anspruch 9, bei welchem das Einstellen (S10) der Abtast frequenz des kapazitiven Berührungsschalters (10) in einem Initialisierungsvorgang bei einer ersten Inbetriebnahme des kapazitiven Berührungsschalters (10) und/oder periodisch im Betrieb des kapazitiven Berührungsschalters (10) durchge führt wird.
11. Betriebsverfahren nach Anspruch 9 oder 10, bei welchem das Betreiben (S20) des Berührungsschalters (10) zum Erfassen einer Schalterbetätigung unter Verwen dung einer von der ersten Messmethode verschiedenen zweiten Messmethode durch geführt wird.
12. Betriebsverfahren nach Anspruch 11, bei welchem die zweite Messmethode aus- gewählt ist aus einer Messmethode mit einem Lade-Entlade-Zyklus oder einem
Entlade-Lade-Zyklus.
13. Kapazitiver Berührungsschalter (10), aufweisend: ein kapazitives Sensorelement (12); eine mit dem kapazitiven Sensorelement (12) verbundene Sensorschaltung (14); und eine mit der Sensorschaltung (14) verbundene Steuereinheit (16) zum Ansteuern der Sensorschaltung (14), wobei die Steuereinheit (16) ausgestaltet ist zum Aus führen eines Betriebsverfahrens nach einem der Ansprüche 9 bis 12 und/oder ei- nes Verfahrens zum Einstellen einer Abtastfrequenz des kapazitiven Berührungs schalters (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
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