FR2725056A1

FR2725056A1 - Touch sensitive control system and keyboard

Info

Publication number: FR2725056A1
Application number: FR9411378A
Authority: FR
Inventors: Jean Michel Bony; Jacky Guerin
Original assignee: Compagnie Europeenne pour lEquipement Menager SA
Current assignee: Compagnie Europeenne pour lEquipement Menager SA
Priority date: 1994-09-23
Filing date: 1994-09-23
Publication date: 1996-03-29

Abstract

The system has capacitative effect keys(T1-Tn) mounted on electronic circuits (E1-En) fed before the keys by an alternating signal(SE). The electronic circuit includes a comparator which compares a first signal with a second reference signal. The control system is characterised in that the first signal is formed directly by the output signal of the key, and that the second signal is formed by the alternating input signal(SE). The comparator delivers an output signal ,representing the activation of the key, to an integrating circuit(RD,CD). Comparison of the input signal(SE) with the same signal altered by the capacity created by the key permits the device to function independently of variations in form, amplitude and frequency of the input signal.

Description

La présente invention concerne un dispositif de commande à touche sensitive, et notamment à touches à effet capacitif, dont l'activation ne nécessite aucun déplacement mécanique de piéces, ainsi qu'un clavier comportant un tel dispositif. The present invention relates to a control device with sensitive button, and in particular with capacitive effect buttons, the activation of which requires no mechanical movement of parts, as well as a keyboard comprising such a device.

De nombreux dispositifs à touche à effet capacitif ont été proposés, pour lesquels l'activation de la touche résulte de la modification d'une capacité, soit par contact direct du doigt d'un utilisateur sur l'une des armatures d'un condensateur constitué par dépôt de couches métallisées de part et d'autre d'un diélectrique, par exemple d'une plaque de circuit imprimé, soit en plaçant le doigt sur la face supérieure d'un support isolant, en regard d'une zone métallisée située sous le support, le doigt et la zone métallisée constituant alors les deux armatures d'un condensateur. Numerous devices with a capacitive effect key have been proposed, for which the activation of the key results from the modification of a capacitance, either by direct contact of the finger of a user on one of the armatures of a capacitor constituted by depositing metallized layers on either side of a dielectric, for example of a printed circuit board, or by placing the finger on the upper face of an insulating support, facing a metallized zone located under the support, the finger and the metallized zone then constituting the two armatures of a capacitor.

Dans les dispositifs connus, la touche est montée en dérivation sur l'entrée d'un circuit électronique de détection de l'activation de la touche, alimenté par un signal d'entrée en amont de la touche, et dont le role est de détecter la baisse de l'amplitude du signal électrique en aval de la touche lorsque celle-ci est activée. Pour ce faire, le circuit électronique comporte généralement des moyens de redressement du signal en aval de la touche, générant une tension continue redressée, et des moyens de comparaison de la tension continue redressée avec une tension continue de référence, constituant le seuil d'activation de la touche.Ces moyens de comparaison, généralement constitués d'un comparateur de tension à deux entrées ou d'un trigger de Schmitt, délivrent un signal de sortie à deux états représentatifs de l'activation ou de la non-activation de la touche, aptes à commander de nombreux types de circuits. Dans la plupart des dispositifs connus, la tension de référence continue est fixe. Pour pouvoir tenir compte de certaines perturbations dues à l'environnement dans lequel est placée la touche, certains dispositifs prévoient une tension de référence flottante, obtenue à partir de la tension continue redressée et variant en fonction des variations lentes de cette tension, de manière à ce que le circuit de détection ne réagisse qu'à une variation rapide due à l'actionnement effectif de la touche.Un tel dispositif est par exemple décrit dans le document FR 2.661.575. In known devices, the key is mounted as a bypass on the input of an electronic circuit for detecting the activation of the key, supplied by an input signal upstream of the key, and whose role is to detect the decrease in the amplitude of the electrical signal downstream of the key when the latter is activated. To do this, the electronic circuit generally comprises means for rectifying the signal downstream of the key, generating a rectified DC voltage, and means for comparing the rectified DC voltage with a reference DC voltage, constituting the activation threshold. These comparison means, generally consisting of a voltage comparator with two inputs or a Schmitt trigger, deliver an output signal in two states representative of the activation or non-activation of the key. , suitable for controlling many types of circuits. In most known devices, the continuous reference voltage is fixed. In order to be able to take account of certain disturbances due to the environment in which the key is placed, certain devices provide for a floating reference voltage, obtained from the rectified direct voltage and varying as a function of the slow variations of this voltage, so as to that the detection circuit reacts only to a rapid variation due to the actual actuation of the key. Such a device is for example described in document FR 2,661,575.

Le principal inconvénient de ce type de dispositifs de commande est que, le signal d'entrée sinusoïdal étant à haute fréquence, typiquement de 800 KHz, il est nécessaire d'augmenter l'amplitude en valeur crête du signal d'entrée par utilisation d'un amplificateur de tension accordé sur le fondamental d'un oscillateur. Par ailleurs, I'amplificateur de tension, destiné à délivrer au circuit électronique un signal d'entrée bien supérieur à la tension d'alimentation de la touche pour augmenter la sensibilité de la touche, comprend en général un transformateur à noyau mobile pour le réglage de l'accord. Ce transformateur vient grever le coût total d'un dispositif de commande.De plus, I'accord est sensible à l'environnement
Enfin, la moindre perturbation sur le signal d'entrée, qu'il s'agisse de sa forme, de sa fréquence ou de son amplitude, risque d'empêcher un fonctionnement correct de la touche, notamment par déclenchement intempestif de la touche.The main disadvantage of this type of control device is that, the sinusoidal input signal being at high frequency, typically 800 KHz, it is necessary to increase the amplitude in peak value of the input signal by using a voltage amplifier tuned to the fundamental of an oscillator. Furthermore, the voltage amplifier, intended to deliver to the electronic circuit an input signal much higher than the power supply voltage of the key to increase the sensitivity of the key, generally comprises a transformer with movable core for adjustment of the agreement. This transformer adds to the total cost of a control device. Furthermore, the agreement is sensitive to the environment.
Finally, the slightest disturbance on the input signal, be it its shape, frequency or amplitude, risks preventing correct operation of the key, in particular by inadvertent triggering of the key.

Le but principal de la présente invention est de proposer un dispositif de commande à touche sensitive qui ne présente pas les inconvénients mentionnés précédemment, et qui soit notamment indépendant des caractéristiques du signal d'entrée. The main object of the present invention is to provide a control device with a sensitive button which does not have the drawbacks mentioned above, and which is in particular independent of the characteristics of the input signal.

Plus précisément, I'invention a pour objet un dispositif de commande à touche sensitive du type comportant au moins une touche à effet capacitif montée en dérivation sur un circuit électronique alimenté1 en amont de la touche, par un signal d'entrée alternatif, ledit circuit électronique comprenant des moyens de comparaison d'un premier signal avec un second signal de référence, le dispositif de commande étant caractérisé en ce que le premier signal est constitué directement par le signal en sortie de la touche, en ce que le second signal est constitué par le signal d'entrée alternatif, et en ce que les moyens de comparaison délivrent un signal de sortie représentatif de l'état d'activation de la touche à une cellule d'intégration. More specifically, the subject of the invention is a control device with a sensitive button of the type comprising at least one capacitive effect button mounted as a bypass on an electronic circuit supplied1 upstream of the button, by an alternating input signal, said circuit electronics comprising means for comparing a first signal with a second reference signal, the control device being characterized in that the first signal is formed directly by the signal at the output of the key, in that the second signal is constituted by the AC input signal, and in that the comparison means deliver an output signal representative of the activation state of the key to an integration cell.

Par ailleurs, la présente invention a également pour objet un clavier de commande comportant au moins un premier ensemble d'au moins deux dispositifs de commande tels que définis précédemment, caractérisé en ce que les circuits électroniques des deux dispositifs de commande reçoivent le même signal d'entrée alternatif. Furthermore, the present invention also relates to a control keyboard comprising at least a first set of at least two control devices as defined above, characterized in that the electronic circuits of the two control devices receive the same signal d 'alternative input.

Enfin, I'invention a pour troisième objet un clavier de commande comportant au moins un premier ensemble d'au moins deux dispositifs de commande tels que définis précédemment, caractérisé en ce que les circuits électroniques correspondants aux deux dispositifs reçoivent un premier signal d'entrée alternatif, en ce que le clavier comporte en outre un deuxième ensemble de dispositifs de commande alimentés par un second signal d'entrée alternatif, et en ce chaque dispositif de commande du deuxième ensemble comporte une cellule d'intégration commune avec un dispositif de commande du premier ensemble. Finally, the third object of the invention is a control keyboard comprising at least a first set of at least two control devices as defined above, characterized in that the electronic circuits corresponding to the two devices receive a first input signal alternating, in that the keyboard further comprises a second set of control devices supplied by a second alternating input signal, and in that each control device of the second set comprises a common integration cell with a control device of the first set.

L'invention, ainsi que les avantages qu'elle procure, seront mieux compris au vu de la description suivante faite en référence aux figures annexées, dans lesquelles:
- La figure 1 illustre, sous forme de synoptique simplifié, un mode de réalisation possible d'un clavier comportant un ensemble constitué de plusieurs dispositifs de commande à touche selon l'invention, alimentés en parallèle;
- La figure 2 illustre un exemple de clavier comportant quatre dispositifs de commande dans lesquels les signaux sont multiplexés.The invention, as well as the advantages which it provides, will be better understood in the light of the following description made with reference to the appended figures, in which:
- Figure 1 illustrates, in the form of a simplified block diagram, a possible embodiment of a keyboard comprising an assembly consisting of several key control devices according to the invention, supplied in parallel;
- Figure 2 illustrates an example of a keyboard comprising four control devices in which the signals are multiplexed.

Les valeurs de composants indiquées sur les figures sont données à titre d'exemple non limitatif. The component values indicated in the figures are given by way of nonlimiting example.

Sur la figure 1, on a représenté, sous forme de synoptique simplifié, un clavier de commande comportant trois dispositifs à touche sensitive E1, E2, EN selon l'invention, le nombre de touches n'étant bien évidemment pas limité à l'exemple représenté. In FIG. 1, there is shown, in the form of a simplified block diagram, a control keyboard comprising three touch-sensitive devices E1, E2, EN according to the invention, the number of keys obviously not being limited to the example represented.

Chaque dispositif de commande comporte une touche T1 à TN et un circuit électronique de commande E1 à EN sur lequel est montée la touche en dérivation. L'entrée de chaque circuit électronique est constituée par un signal alternatif Se généré par un circuit d'alimentation 2, et comporte des moyens de comparaison 3 d'un premier signal avec un second signal de référence, que nous décrirons par la suite, pour la détection de l'activation de la touche par un utilisateur.La partie touche T1 à TN du dispositif peut être réalisée de différentes façons, du moment qu'elle se comporte comme un condensateur en parallèle entre l'une des entrées des moyens de comparaison 3 et la masse:
II peut par exemple s'agir d'un condensateur dont le diélectrique est formé par une plaquette de circuit imprimé sur les faces duquel on vient déposer des couches métallisées en vis-à-vis, I'une des couches étant reliée à l'entrée des moyens de comparaison 3, et l'autre couche étant la zone que l'utilisateur doit contacter. De manière avantageuse, la plaquette de circuit imprimé utilisée comme diélectrique sert également à supporter, partiellement ou en totalité, le reste du dispositif et de l'alimentation.Each control device comprises a key T1 to TN and an electronic control circuit E1 to EN on which the bypass key is mounted. The input of each electronic circuit is constituted by an alternating signal Se generated by a supply circuit 2, and comprises means 3 for comparing a first signal with a second reference signal, which we will describe below, for the detection of the activation of the key by a user. The key part T1 to TN of the device can be carried out in different ways, as long as it behaves like a capacitor in parallel between one of the inputs of the comparison means 3 and the mass:
It may for example be a capacitor, the dielectric of which is formed by a printed circuit board on the faces of which metallic layers are deposited opposite, one of the layers being connected to the input. comparison means 3, and the other layer being the area that the user must contact. Advantageously, the printed circuit board used as a dielectric also serves to support, partially or entirely, the rest of the device and of the power supply.

Une autre possibilité consiste à placer la surface active de la touche sous une plaque de verre, de vitrocéramique ou de tout autre matériau isolant formant un diélectrique, la surface active constituant alors l'une des armatures d'un condensateur fictif, connectée électriquement à l'entrée du circuit de détection, L'autre armature étant constituée par le doigt d'un utilisateur posé sur le verre ou la vitrocéramique, en regard avec la surface active. La surface active peut être déposée sur la face supérieure ou inférieure d'un circuit imprimé placé derrière le verre ou la vitrocéramique. Another possibility consists in placing the active surface of the key under a plate of glass, glass-ceramic or any other insulating material forming a dielectric, the active surface then constituting one of the armatures of a fictitious capacitor, electrically connected to the input of the detection circuit, the other armature being constituted by the finger of a user placed on the glass or the glass ceramic, facing the active surface. The active surface can be deposited on the upper or lower face of a printed circuit placed behind the glass or the ceramic glass.

Cependant, pour être bien sûr qu'il n'y ait pas d'air entre les armatures du condensateur, la surface active de la touche est de préférence collée ou sérigraphiée directement sur la face inférieure de la plaque d'isolant. La connexion électrique entre la surface électrique et les circuits de détection et d'alimentation est réalisée par tous moyens, par exemple par ressort métallisé ou par fils électriques.However, to be sure that there is no air between the plates of the capacitor, the active surface of the button is preferably glued or screen printed directly on the underside of the insulating plate. The electrical connection between the electrical surface and the detection and supply circuits is carried out by any means, for example by metallized spring or by electrical wires.

Le circuit d'alimentation 2 générant le signal d'entrée alternatif Se est par exemple constitué d'un oscillateur 20 générant un signal de fréquence comprise entre 100 KHz et 1MHz, suivi d'un amplificateur de tension formé classiquement par un transistor 22 et deux résistances 21 et 23, selon le montage représenté sur la figure 1. The power supply circuit 2 generating the alternating input signal Se consists for example of an oscillator 20 generating a frequency signal between 100 KHz and 1MHz, followed by a voltage amplifier conventionally formed by a transistor 22 and two resistors 21 and 23, according to the assembly shown in Figure 1.

Selon l'invention, le signal Se généré par le circuit d'alimentation 2 alimente, au travers d'une première résistance R1, d'une part la touche T1, TN, et d'autre part, une première entrée des moyens de comparaison 3. Par ailleurs, le signal Se est également délivré, au travers d'une seconde résistance R2, sur la seconde entrée des moyens de comparaison 3. Ainsi, les moyens de comparaison 3 ont à comparer un premier signal constitué par le signal en sortie de chaque touche avec un second signal de référence, constitué par le signal d'entrée Se lui-même. According to the invention, the signal Se generated by the supply circuit 2 feeds, through a first resistor R1, on the one hand the key T1, TN, and on the other hand, a first input of the comparison means 3. Furthermore, the signal Se is also delivered, through a second resistor R2, to the second input of the comparison means 3. Thus, the comparison means 3 have to compare a first signal constituted by the output signal of each key with a second reference signal, constituted by the input signal Se itself.

Dans un mode de réalisation préférentiel du dispositif de commande selon l'invention, les moyens de comparaison 3 comportent un comparateur à deux entrées, une entrée négative reliée à la résistance R1 et à la touche, et une entrée positive reliée à la résistance R2. Le circuit à l'entrée de cette entrée positive se comporte comme une touche fictive dont le signal de sortie a un niveau supérieur à celui du signal en sortie de la touche réelle non actionnée et un niveau inférieur à celui du signal en sortie de cette même touche lorsque celle-ci est actionnée. In a preferred embodiment of the control device according to the invention, the comparison means 3 comprise a comparator with two inputs, a negative input connected to the resistor R1 and to the key, and a positive input connected to the resistor R2. The circuit at the input of this positive input behaves like a dummy key whose output signal has a level higher than that of the signal at the output of the real key not actuated and a level lower than that of the signal output of this same key when it is activated.

Le résultat de la comparaison est ensuite intégré, via une résistance R3 reliée à l'alimentation, par une cellule d'intégration constituée par l'association en parallèle d'une résistance RD et d'un condensateur CD, ce qui permet de ne pas prendre en compte les perturbations de courte durée au niveau des touches T1 à TN, et de délivrer des signaux d'intégrntion.V1 à VSN représentatifs de l'état d'activation des touches correspondantes. The result of the comparison is then integrated, via a resistor R3 connected to the power supply, by an integration cell constituted by the association in parallel of a resistor RD and a capacitor CD, which makes it possible not to take into account short-term disturbances at the level of the keys T1 to TN, and deliver integration signals. V1 to VSN representative of the state of activation of the corresponding keys.

Une diode anti-retour D1 est avantageusement placée entre la sortie des moyens de comparaison 3 et de la cellule d'intégration RD, CD. A non-return diode D1 is advantageously placed between the output of the comparison means 3 and of the integration cell RD, CD.

L'avantage principal procuré par le choix des signaux en entrée des moyens de comparaison réside dans le fait que l'on est pratiquement insensible aux variations du niveau du signal d'entrée Se, de sa fréquence, de sa forme, ainsi qu'aux variations possibles de la tension d'alimentation nécessaire aux composants. The main advantage provided by the choice of signals at the input of the comparison means lies in the fact that one is practically insensitive to variations in the level of the input signal Se, its frequency, its shape, as well as possible variations in the supply voltage required by the components.

Ainsi, la forme du signal peut être quelconque, par exemple rectangulaire, sa fréquence peut varier dans une large bande, typiquement de 100KHz à 1MHz, et le niveau crête du signal peut être d'environ 5V. Par ailleurs, une variation de la tension d'alimentation de 3 à 20V est autorisée. Thus, the shape of the signal can be arbitrary, for example rectangular, its frequency can vary in a wide band, typically from 100KHz to 1MHz, and the peak level of the signal can be around 5V. In addition, a variation of the supply voltage from 3 to 20V is authorized.

Sur la figure 1, on a représenté un clavier pour lesquels les différents dispositifs de commande sont alimentés en parallèle par le meme circuit d'alimentation 2. In FIG. 1, a keyboard is shown for which the various control devices are supplied in parallel by the same supply circuit 2.

Grâce à l'utilisation de la diode anti-retour D1, il est possible de réaliser, à moindre frais, un clavier dans lequel les dispositifs sont matricés et les signaux sont multiplexés temporellement. Un exemple d'un tel clavier est illustré sur la figure 2, dans le cas non limitatif d'un clavier à quatre touches T11, T12 T21, T22
Le clavier comporte un premier ensemble de deux dispositifs de commande E11 et E12 alimentés en parallèle par un même signal d'entrée
Sel provenant de la borne 1. Ces deux dispositifs sont quasiment identiques à ceux décrits en référence à la figure 1, à ceci près que la résistance de sortie R311 ,R312, qui alimente chaque cellule d'intégration, est reliée au signal d'entrée plutôt qu'à l'alimentation, la mesure de la touche étant réalisée pendant la période active du signal.Conformément à ce qui a été décrit précédemment, les sorties des moyens de comparaison 311. 312 sont délivrées, via une diode anti-retour D11, D12, à une cellule d'intégration Roll ,CD11 et RD12 ,CD12. Thanks to the use of the non-return diode D1, it is possible to produce, at low cost, a keyboard in which the devices are matrixed and the signals are time multiplexed. An example of such a keyboard is illustrated in FIG. 2, in the non-limiting case of a four-key keyboard T11, T12 T21, T22
The keyboard comprises a first set of two control devices E11 and E12 supplied in parallel by the same input signal
Salt from terminal 1. These two devices are almost identical to those described with reference to FIG. 1, except that the output resistance R311, R312, which supplies each integration cell, is connected to the input signal rather than power supply, the measurement of the key being carried out during the active period of the signal. In accordance with what has been described previously, the outputs of the comparison means 311. 312 are delivered, via a non-return diode D11 , D12, to a Roll integration cell, CD11 and RD12, CD12.

Par ailleurs, le clavier comporte un second ensemble de dispositifs de commande E211 E22 recevant, en séquence avec le premier ensemble, un signal Se2 Selon l'invention, les sorties des moyens de comparaison 321 et 322 de ce second ensemble sont reliées aux cellules d'intégration des dispositifs situés sur une même ligne, c'est-à-dire respectivement aux cellules RD11 ,CL11 et RD12 ,CD12, par l'intermédiaire de diodes anti-retour D21, D. Autrement dit, grâce à l'utilisation des diodes anti-retour, une seule cellule d'intégration peut être commune à tous les dispositifs de commande situés sur une même ligne du clavier, de manière à multiplexer temporellement les signaux sur les bomes de sortie 1 et 2. Furthermore, the keyboard comprises a second set of control devices E211 E22 receiving, in sequence with the first set, a signal Se2 According to the invention, the outputs of the comparison means 321 and 322 of this second set are connected to the cells d integration of the devices located on the same line, that is to say respectively to the cells RD11, CL11 and RD12, CD12, by means of non-return diodes D21, D. In other words, thanks to the use of non-return diodes, a single integration cell can be common to all the control devices located on the same line of the keyboard, so as to temporally multiplex the signals on the output terminals 1 and 2.

En conclusion, I'invention présente l'avantage de proposer un dispositif de commande à touche sensitive très simple, indépendant des caractéristiques du signal d'entrée susceptibles de varier, et facilement intégrable dans un clavier tout en optimisant le nombre de composants nécessaires. In conclusion, the invention has the advantage of proposing a very simple sensitive button control device, independent of the characteristics of the input signal liable to vary, and easily integrated into a keyboard while optimizing the number of components required.

Claims

1. Control device with sensitive button of the type comprising at least one button (T1 to TN) with capacitive effect mounted in bypass on an electronic circuit (E1 to EN) supplied, upstream of the button, by an input signal ( SE) alternating, said electronic circuit comprising means for comparing (3) a first signal with a second reference signal, the control device being characterized in that the first signal is formed directly by the signal at the output of the key , in that the second signal is constituted by the alternating input signal, and in that the comparison means deliver an output signal representative of the state of activation of the key to an integration cell (RD, CD).

2. Control device according to claim 1, characterized in that the comparison means comprise a comparator comprising a negative input receiving the signal at the output of the key, and a positive input receiving, via a connection resistor, said signal Entrance.

3. Control device according to any one of the preceding claims, characterized in that the output of the comparison means is connected to the input of the electronic circuit, by means of a feedback resistance (R311; R312 R321; R322

4. Control device according to any one of the preceding claims, characterized in that a non-return diode (D1) is connected in series between the output of the comparison means and the integration cell.

5. Control device according to any one of the preceding claims, characterized in that the input signal is rectangular.

6. Control keyboard comprising at least a first set of at least two control devices (E11, E12) according to claims 1 to 5, characterized in that the electronic circuits of the two control devices receive the same input signal (Se1) alternative.

7. Control keyboard comprising at least a first set of at least two control devices (E11, E12) according to claim 4, characterized in that the electronic circuits corresponding to the two devices receive a first input signal (Sel) alternating, in that the keyboard also comprises a second set of control devices (E21, E22) supplied by a second alternating input signal (Se2), and in that each control device of the second set comprises a cell common integration with a control device of the first set.