FR3103564A1 - Anti-noise sensor for motor vehicle - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un capteur (1) capacitif pour véhicule automobile, ledit capteur (1) comprenant une capacité de stockage (Cext) comportant une première branche (B1) et une deuxième branche (B2), une capacité de détection (Ce) comportant une première branche (D1), reliée à la deuxième branche (B2) de la capacité de stockage (Cext) au niveau d’un point milieu (A), et une deuxième branche (D2), destinée à être reliée à une masse (M), un premier interrupteur (S1), un deuxième interrupteur (S2), un troisième interrupteur (S3), ledit capteur (1) capacitif comprenant une résistance de polarisation (Rpolar) connectée d’une part entre le point milieu (A) de la capacité de stockage (Cext) et de la capacité de détection (Ce) et d’autre part à la deuxième branche (S12) du premier interrupteur (S1). Figure 6The invention relates to a capacitive sensor (1) for a motor vehicle, said sensor (1) comprising a storage capacitor (Cext) comprising a first branch (B1) and a second branch (B2), a detection capacitor (Ce) comprising a first branch (D1), connected to the second branch (B2) of the storage capacity (Cext) at a midpoint (A), and a second branch (D2), intended to be connected to a ground ( M), a first switch (S1), a second switch (S2), a third switch (S3), said capacitive sensor (1) comprising a polarization resistor (Rpolar) connected on the one hand between the midpoint (A) of the storage capacity (Cext) and of the detection capacity (Ce) and on the other hand to the second branch (S12) of the first switch (S1). Figure 6
Description
L’invention concerne le domaine des capteurs pour véhicules automobiles et plus particulièrement un capteur capacitif pour véhicule automobile. L’invention vise notamment à améliorer la robustesse au bruit basse-fréquence des capteurs capacitifs pour véhicule automobile.The invention relates to the field of sensors for motor vehicles and more particularly to a capacitive sensor for motor vehicles. The invention aims in particular to improve the robustness to low-frequency noise of capacitive sensors for motor vehicles.
Etat de la techniqueState of the art
Dans un véhicule automobile, il est connu d’utiliser des capteurs capacitifs pour détecter la présence d’un utilisateur. Un capteur capacitif peut par exemple être monté dans une poignée de portière du véhicule afin de détecter la présence d’une main sur ladite poignée et déverrouiller la portière. Un capteur capacitif peut par exemple également être monté sous la malle arrière du véhicule afin de détecter la présence d’un pied à proximité et permettre ainsi l’ouverture de ladite malle.In a motor vehicle, it is known to use capacitive sensors to detect the presence of a user. A capacitive sensor can for example be mounted in a door handle of the vehicle in order to detect the presence of a hand on said handle and unlock the door. A capacitive sensor can for example also be mounted under the rear trunk of the vehicle in order to detect the presence of a foot nearby and thus allow the opening of said trunk.
Différents types de technologie de capteurs capacitifs peuvent être utilisés selon l’application. En particulier, dans le cas d’un capteur de détection de la présence d’un pied sous une malle arrière de véhicule, il est notamment connu d’utiliser un capteur capacitif basé sur le principe de mesure du diviseur capacitif amplifié (Amplified Capacitive Divider ou ACD).Different types of capacitive sensor technology can be used depending on the application. In particular, in the case of a sensor for detecting the presence of a foot under a vehicle trunk, it is known in particular to use a capacitive sensor based on the principle of measurement of the amplified capacitive divider (Amplified Capacitive Divider or ACD).
Ce principe de mesure permet de mesurer la variation d’une capacité au cours du temps. Ce principe est basé sur l’utilisation d’un pont diviseur de tension capacitif réalisé avec une capacité physique dite «de stockage» (composant électronique soudé sur un circuit imprimé) et un élément sensible se présentant sous la forme d’une électrode modélisée par une capacité dite «de détection». Lorsque le pied de l’utilisateur s’approche de l’électrode, il en résulte une augmentation de la valeur de capacitance de l’électrode.This principle of measurement makes it possible to measure the variation of a capacity over time. This principle is based on the use of a capacitive voltage divider bridge made with a so-called "storage" physical capacitance (electronic component soldered on a printed circuit) and a sensitive element in the form of an electrode modeled by a so-called "detection" capability. When the user's foot approaches the electrode, it results in an increase in the capacitance value of the electrode.
On a représenté à la figure 1 un exemple d’un tel capteur 100 capacitif. Le capteur 100 comprend un premier interrupteur S1 connecté d’une part au point milieu de l’ensemble formé par la capacité de stockage Cext et la capacité de détectionCe et d’autre part à une tension d’alimentation Vcc. La capacité de détectionCe est connectée par ailleurs à une masse M tandis que la capacité de stockage Cext est reliée par ailleurs au point milieu d’un ensemble formé par un deuxième interrupteur S2 et un troisième interrupteur S3, ledit deuxième interrupteur S2 étant d’autre part relié à la tension d’alimentation Vcc et ledit troisième interrupteur S3 étant d’autre part relié à la masse M. Une capacité dite «parasite» Cdparasitic est connectée entre la masse et le point milieu de la capacité de stockage Cext et de la capacité de détection Ce. Cette capacité parasite Cdparasitic correspond à une capacité représentant les bruits parasites du circuit.There is shown in Figure 1 an example of such a capacitive sensor 100. The sensor 100 comprises a first switch S1 connected firstly to the midpoint of the assembly formed by the storage capacitor Cext and the detection capacitor Ce and secondly to a supply voltage Vcc. The detection capacitor Ce is also connected to a ground M while the storage capacitor Cext is also connected to the midpoint of an assembly formed by a second switch S2 and a third switch S3, said second switch S2 being on the other hand on the other hand connected to the supply voltage Vcc and said third switch S3 being on the other hand connected to ground M. A so-called "parasitic" capacitance Cparasitic is connected between ground and the midpoint of the storage capacitor Cext and of the detection capacitor Ce. This parasitic capacitance Cparasitic corresponds to a capacitance representing the parasitic noises of the circuit.
La mesure de capacité permettant la détection de présence ou d’absence d’un utilisateur à proximité du capteur 100 est réalisée en deux étapes. Tout d’abord, une étape d’initialisation est réalisée en fermant le premier interrupteur S1 et le deuxième interrupteur S2 et en ouvrant le troisième interrupteur S3, ce qui a pour effet de charger la capacité de détectionCe à la tension d’alimentation Vcc tout en déchargeant la capacité de stockage Cext qui se retrouve court-circuitée. Lorsque le circuit se stabilise, l’étape d’initialisation est interrompue en ouvrant le premier interrupteur S1. Ensuite, une étape de partage est réalisée en ouvrant le deuxième interrupteur S2 et en fermant le troisième interrupteur S3 de sorte que la tension dite «de détection» Vcedéfinie aux bornes de la capacité de détectionCe diminue jusqu’à une valeur définie selon l’équation suivante:The capacitance measurement allowing the detection of the presence or absence of a user close to the sensor 100 is carried out in two steps. First of all, an initialization step is carried out by closing the first switch S1 and the second switch S2 and by opening the third switch S3, which has the effect of charging the detection capacitor Ce to the supply voltage Vcc while by discharging the Cext storage capacity which is short-circuited. When the circuit stabilizes, the initialization step is interrupted by opening the first switch S1. Then, a sharing step is carried out by opening the second switch S2 and by closing the third switch S3 so that the so-called "detection" voltage Vc e defined at the terminals of the detection capacitor Ce decreases to a value defined according to the following equation:
La tension de détection Vceest amplifiée et numérisée par un convertisseur analogique-numérique ADC (Analog Digital Converter). Lorsqu’un utilisateur approche le pied du capteur 100, la capacitance de la capacité de détection Ce augmente, ce qui augmente la valeur de la tension de détection Vce.The detection voltage Vc e is amplified and digitized by an analog-digital converter ADC (Analog Digital Converter). When a user approaches the sensor 100 with his foot, the capacitance of the detection capacitor Ce increases, which increases the value of the detection voltage Vc e .
On a représenté à la figure 2 le capteur de la figure 1 couplé à une source de bruit 200. Cette source de bruit 200 est modélisée sur la figure 2 à l’aide d’un modèle dit «de perturbation BCI» (Bulk Current Injection pour injection de courant), connu en soi, qui teste l’immunité du capteur aux sources de bruits couplées puis conduites au faisceau de câble d’alimentation et de communication connecté au capteur. Ce modèle comporte une source de tension VDISR sinusoïdale à la fréquence de la perturbation et couplée avec le capteur, ce couplage étant modélisé par la capacité de perturbation Cdisruptionconnectée au point milieu de l’ensemble formé par la capacité de stockage Cext et la capacité de détectionCe. Cette source de tension VDISRest caractérisée par sa tension crête (notée ci-après Vpeak) et sa pulsation (notée ci-après w) qui varie en fonction du temps (noté ci-après t).FIG. 2 shows the sensor of FIG. 1 coupled to a noise source 200. This noise source 200 is modeled in FIG. 2 using a so-called “BCI disturbance” model (Bulk Current Injection for current injection), known per se, which tests the immunity of the sensor to noise sources coupled then conducted to the power supply and communication cable harness connected to the sensor. This model has a voltage source VDISR sinusoidal at the disturbance frequency and coupled with the sensor, this coupling being modeled by the disturbance capacitance Cdisruptionconnected to the midpoint of the assembly formed by the storage capacitor Cext and the detection capacitor Ce. This voltage source VDISRis characterized by its peak voltage (denoted below Vpeak) and its pulsation (denoted below w) which varies as a function of time (denoted below t).
On a représenté sur les figures 3 à 5 des exemples de comportement du circuit de la figure 2 en schéma équivalent dit «petits signaux», c’est-à-dire pour des signaux dont les valeurs ne varient pas suffisamment pour que les caractéristiques des composants varient peu et restent dans une approximation linéaire.FIGS. 3 to 5 show examples of the behavior of the circuit of FIG. 2 in an equivalent diagram called “small signals”, that is to say for signals whose values do not vary sufficiently for the characteristics of the components vary little and remain within a linear approximation.
En présence de cette source de bruit 200, lorsque le premier interrupteur S1 est fermé, la capacité de détectionCe n’est pas impactée par la perturbation, la tension de détection Vceest égale à la tension d’alimentation Vcc et la capacité de perturbation Cdisru p tionest connectée à la masse M, illustrée à la figure 3, en schéma équivalent petits signaux.In the presence of this noise source 200, when the first switch S1 is closed, the detection capacitance Ce is not impacted by the disturbance, the detection voltage Vc e is equal to the supply voltage Vcc and the disturbance capacitance C disruption is connected to ground M, illustrated in FIG. 3, in a small-signal equivalent diagram.
En présence de cette source de bruit 200, lorsque le premier interrupteur S1 est ouvert (le deuxième interrupteur S2 étant ouvert et le troisième interrupteur S3 étant fermé dans l’étape de partage), la capacité de détection Ce se retrouve en parallèle de la capacité de stockage Cext si bien que les valeurs de ces deux capacités s’ajoutent (figure 4).In the presence of this noise source 200, when the first switch S1 is open (the second switch S2 being open and the third switch S3 being closed in the sharing step), the detection capacitor Ce is found in parallel with the capacitor of storage Cext so that the values of these two capacities are added (figure 4).
La tension de détection Vcerésultante dépend du temps et s’exprime selon l’équation suivante:The resulting detection voltage Vc e depends on time and is expressed according to the following equation:
où ∆Vdisruptionest le décalage de tension lorsque la moyenne du terme additionnel VDC_Addedn’est pas nulle.where ∆V disruption is the voltage shift when the average of the additional term V DC_Added is not zero.
Plus précisément, le décalage de tension ∆Vdisruptionen fonction du temps t s’écrit:More precisely, the voltage shift ∆V disruption as a function of time t is written:
où t0correspond à l’instant d’ouverture du premier interrupteur S1, Vpeakest la tension crête du signal et w est la pulsation du signal.where t 0 corresponds to the instant of opening of the first switch S1, V peak is the signal peak voltage and w is the signal pulsation.
L’effet de ce décalage de tension est illustré sur la figure 5 qui décrit trois exemples d’évolution de la tension de détection Vce en fonction de l’état du premier interrupteur S1 et de la présence ou non d’une source de bruit 200 qui créée une perturbation.The effect of this voltage shift is illustrated in figure 5 which describes three examples of the evolution of the detection voltage Vce depending on the state of the first switch S1 and the presence or absence of a noise source 200 which creates a disturbance.
Dans le premier exemple (à gauche de la figure 5), la tension de détection Vcevarie en l’absence de source de bruit 200. On constate que, lorsque le premier interrupteur S1 passe de l’état ouvert (état (I) sur la figure 5) à l’état fermé (état (II) sur la figure 5) et que le deuxième interrupteur S2 est ouvert, puis que le troisième interrupteur S3 est fermé, la tension de détection Vcepasse à Vcc / 2 (dans cette simulation, les capacités Ce et Cext sont de valeur égale).In the first example (on the left of FIG. 5), the detection voltage Vc e varies in the absence of noise source 200. It can be seen that, when the first switch S1 passes from the open state (state (I) in Figure 5) in the closed state (state (II) in Figure 5) and the second switch S2 is open, then the third switch S3 is closed, the detection voltage Vc e changes to Vcc / 2 ( in this simulation, the capacities Ce and Cext are of equal value).
Dans le deuxième exemple (milieu de la figure 5), la tension de détection Vcevarie en présence d’une source de bruit 200 déphasée de 90°. Dans cet exemple, la perturbation DISR causée par la source de bruit 200 est à la valeur maximale lorsque le premier interrupteur S1 s'ouvre (passage de l’état (I) à l’état (II) sur la figure 5). A l’ouverture, la capacité Ce devient flottante et une fraction de la perturbation DISR s’ajoute au signal de tension de détection Vce. Autrement dit, une tension continue s’ajoute à la tension de détection Vce. La valeur de cette tension continue est égale à:In the second example (middle of FIG. 5), the detection voltage Vc e varies in the presence of a noise source 200 phase shifted by 90°. In this example, the disturbance DISR caused by the noise source 200 is at the maximum value when the first switch S1 opens (transition from state (I) to state (II) in FIG. 5). On opening, capacitor Ce becomes floating and a fraction of disturbance DISR is added to detection voltage signal Vc e . In other words, a DC voltage is added to the detection voltage Vc e . The value of this DC voltage is equal to:
où Vpeakest la tension crête du signal en présence de la perturbation DISR.where V peak is the peak voltage of the signal in the presence of the DISR disturbance.
Dans le troisième exemple (à droite de la figure 5), la tension de détection Vcevarie en présence d’une source de bruit 200 déphasée de 270°. Dans cet exemple, la perturbation DISR causée par la source de bruit 200 est à la valeur minimale lorsque le premier interrupteur S1 s'ouvre (passage de l’état (I) à l’état (II) sur la figure 5). A l’ouverture, la capacité Ce devient flottante et une fraction de la perturbation DISR s’ajoute au signal de tension de détection Vce. Autrement dit, une tension continue s’ajoute à la tension de détection Vce. La valeur de cette tension continue est égale à:In the third example (to the right of FIG. 5), the detection voltage Vc e varies in the presence of a noise source 200 phase shifted by 270°. In this example, the disturbance DISR caused by the noise source 200 is at the minimum value when the first switch S1 opens (transition from state (I) to state (II) in FIG. 5). On opening, capacitor Ce becomes floating and a fraction of disturbance DISR is added to detection voltage signal Vc e . In other words, a DC voltage is added to the detection voltage Vc e . The value of this DC voltage is equal to:
où Vpeakest la tension crête du signal en présence de la perturbation DISR.where V peak is the peak voltage of the signal in the presence of the DISR disturbance.
Ainsi, on constate que le terme additionnel VDC_Addedpeut s’écrire plus généralement selon l’équation suivante:Thus, we see that the additional term V DC_Added can be written more generally according to the following equation:
où φ est la phase du sinus de la perturbation DISR à l’instant d’ouverture du premier interrupteur S1.where φ is the phase of the sine of the disturbance DISR at the instant of opening of the first switch S1.
En résumé, le capteur capacitif amplifie puis mesure la valeur de la tension de détection Vcequi résulte du pont diviseur capacitif. Si la valeur de la tension continue varie en fonction d’une perturbation cela se traduit par du bruit de mesure. A chaque mesure le phasage entre la fermeture du premier interrupteur S1 et le sinus de la perturbation à une très grande probabilité d’être différente, générant alors l’ajout d’une tension continue VDC_Addedaléatoire à chaque mesure. 6. Lors des tests réalisés à partir de la source de bruit 200, cette valeur de tension peut être largement plus grande que la variation de tension généré par l’approche d’un pied rendant ainsi impossible la détection dudit pied, mais pouvant aussi causer des fausses détections si la signature de la variation de tension dû à la perturbation ressemble à la signature du passage d’un pied.In summary, the capacitive sensor amplifies then measures the value of the detection voltage Vc e which results from the capacitive divider bridge. If the value of the DC voltage varies according to a disturbance, this results in measurement noise. At each measurement, the phasing between the closing of the first switch S1 and the sine of the disturbance has a very high probability of being different, then generating the addition of a random DC voltage V DC_Added to each measurement. 6. During tests carried out from the noise source 200, this voltage value may be much greater than the voltage variation generated by the approach of a foot, thus making it impossible to detect said foot, but may also cause false detections if the signature of the voltage variation due to the disturbance resembles the signature of the passage of a foot.
Il existe donc le besoin d’une solution simple, fiable et efficace permettant de remédier au moins en partie à ces inconvénients.There is therefore a need for a simple, reliable and effective solution making it possible to at least partially remedy these drawbacks.
A cette fin, l’invention concerne tout d’abord un capteur capacitif pour véhicule automobile, ledit capteurcomprenant :To this end, the invention firstly relates to a capacitive sensor for a motor vehicle, said sensor comprising:
une capacité de stockage comportant une première branche et une deuxième branche,a storage capacity comprising a first branch and a second branch,
une capacité de détectioncomportant une première branche, reliée à la deuxième branche de la capacité de stockage au niveau d’un point milieu, et une deuxième branche, destinée à être reliée à une masse,a detection capacitor comprising a first branch, connected to the second branch of the storage capacitor at the level of a midpoint, and a second branch, intended to be connected to ground,
un premier interrupteur comportant une première branche, destinée à être reliée à une tension d’alimentation, et une deuxième branche,a first switch comprising a first branch, intended to be connected to a supply voltage, and a second branch,
un deuxième interrupteur, comportant une première branche, destinée à être reliée à la tension d’alimentation, et une deuxième branche,a second switch, comprising a first branch, intended to be connected to the supply voltage, and a second branch,
un troisième interrupteur, comportant une première branche, reliée à la deuxième branche du deuxième interrupteur au niveau d’un point milieu, et une deuxième branche, destinée à être reliée à la masse, la première branche de la capacité de stockage étant reliée audit point milieu,
ledit capteur capacitif étant remarquable en ce qu’il comprend une résistance de polarisation connectée d’une part entre le point milieu de la capacité de stockage et de la capacité de détection et d’autre part à la deuxième branche du premier interrupteur.a third switch, comprising a first branch, connected to the second branch of the second switch at the level of a midpoint, and a second branch, intended to be connected to ground, the first branch of the storage capacitor being connected to said point environment,
said capacitive sensor being remarkable in that it comprises a bias resistor connected on the one hand between the midpoint of the storage capacitor and of the detection capacitor and on the other hand to the second branch of the first switch.
Le capteur selon l’invention permet d’atténuer voire de supprimer l’influence des bruits du moteur du véhicule sur les mesures du capteur de manière à réduire voire éviter à la fois les non-détections ou les fausses détections par le capteur.The sensor according to the invention makes it possible to attenuate or even eliminate the influence of vehicle engine noise on the measurements of the sensor so as to reduce or even avoid both non-detections or false detections by the sensor.
Avantageusement, la valeur de la résistance de polarisation est supérieure à 20 kΩ, voire 50 kΩ.Advantageously, the value of the bias resistor is greater than 20 kΩ, or even 50 kΩ.
De préférence, la valeur de la résistance de polarisation est supérieure à 65 kΩ.Preferably, the value of the bias resistor is greater than 65 kΩ.
De préférence encore, la valeur de la résistance de polarisation est supérieure à 100 kΩ voire à 150 kΩ.Preferably again, the value of the bias resistor is greater than 100 kΩ or even 150 kΩ.
Selon un aspect de l’invention, le capteur comprend un circuit imprimé sur lequel est montée la résistance de polarisation.According to one aspect of the invention, the sensor comprises a printed circuit on which the bias resistor is mounted.
De manière avantageuse, la capacité de stockage est montée sur le circuit imprimé.Advantageously, the storage capacitor is mounted on the printed circuit.
L’invention concerne également un véhicule automobile comprenant au moins un capteur capacitif tel que présenté précédemment.The invention also relates to a motor vehicle comprising at least one capacitive sensor as presented above.
Selon une caractéristique de l’invention, le véhicule comprend une unité de contrôle électronique reliée à l’au moins un capteur et apte à contrôler le premier interrupteur, le deuxième interrupteur et le troisième interrupteur en ouverture et en fermeture.According to a characteristic of the invention, the vehicle comprises an electronic control unit connected to the at least one sensor and able to control the first switch, the second switch and the third switch in opening and in closing.
Description des figuresDescription of figures
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels:Other characteristics and advantages of the invention will become apparent on reading the description which follows. This is purely illustrative and should be read in conjunction with the attached drawings on which:
Description détaillée d’au moins un mode de réalisation
Detailed description of at least one embodiment
Le capteur capacitif selon l’invention est destiné à être monté dans un véhicule automobile, par exemple afin de détecter la présence d’un utilisateur, notamment un pied ou une main, à proximité dudit capteur afin de permettre d’activer une ou plusieurs fonctions du véhicule. Par exemple, le capteur capacitif selon l’invention peut être utilisé pour détecter la présence d’un pied humain et déverrouiller une malle arrière de véhicule lorsque ledit pied passe ou se positionne suffisamment près du capteur, par exemple à moins de 10 ou 20 cm.The capacitive sensor according to the invention is intended to be mounted in a motor vehicle, for example in order to detect the presence of a user, in particular a foot or a hand, close to said sensor in order to enable one or more functions to be activated. of the vehicle. For example, the capacitive sensor according to the invention can be used to detect the presence of a human foot and unlock a vehicle trunk when said foot passes or is positioned sufficiently close to the sensor, for example less than 10 or 20 cm .
On a représenté à la figure 6 une forme de réalisation du capteur 1 capacitif selon l’invention. Le capteur1 comprend une capacité de stockage Cext, une électrode se présentant sous la forme d’une capacité de détection Ce, un premier interrupteur S1, un deuxième interrupteur S2, un troisième interrupteur S3 et une résistance de polarisation Rpolar. Le capteur 1 est destiné à être relié à une unité de contrôle électronique du véhicule (non représentée) qui est apte à contrôler le premier interrupteur S1, le deuxième interrupteur S2 et le troisième interrupteur S3 en ouverture et en fermeture.There is shown in Figure 6 an embodiment of the capacitive sensor 1 according to the invention. Sensor1 comprises a storage capacitor Cext, an electrode in the form of a detection capacitor Ce, a first switch S1, a second switch S2, a third switch S3 and a polarization resistor R polar . The sensor 1 is intended to be connected to an electronic control unit of the vehicle (not shown) which is able to control the first switch S1, the second switch S2 and the third switch S3 in opening and in closing.
Le capteur 1 est couplé à une source de bruit 2 générée par le moteur de véhicule. Cette source de bruit 200 est modélisée sur la figure 6 à l’aide d’un modèle dit « de perturbation BCI » (Bulk Current Injection) qui teste l’immunité du capteur aux sources de bruits couplées puis conduites au faisceau de câble d’alimentation et de communication connecté au capteur. Ce modèle comporte une source de tension sinusoïdale VDISRà la fréquence de la perturbation et couplée avec le capteur, ce couplage étant modélisé par la capacité de perturbation Cdisruptionconnectée au point milieu de l’ensemble formé par la capacité de stockage Cext et la capacité de détection Ce.Sensor 1 is coupled to a noise source 2 generated by the vehicle engine. This noise source 200 is modeled in FIG. 6 using a so-called “BCI disturbance” (Bulk Current Injection) model which tests the immunity of the sensor to noise sources coupled then conducted to the cable harness of power and communication connected to the sensor. This model comprises a source of sinusoidal voltage V DISR at the frequency of the disturbance and coupled with the sensor, this coupling being modeled by the disturbance capacitor C disruption connected to the midpoint of the assembly formed by the storage capacitor Cext and the Ce detection capability.
La capacité de stockage Cext comporte une première branche B1 et une deuxième branche B2. La capacité de détectionCe comporte une première branche D1, reliée à la deuxième branche B2 de la capacité de stockage Cext au niveau d’un point milieu A, et une deuxième branche D2, reliée à une masse M.The storage capacity Cext comprises a first branch B1 and a second branch B2. The detection capacitor Ce comprises a first branch D1, connected to the second branch B2 of the storage capacitor Cext at the level of a midpoint A, and a second branch D2, connected to a ground M.
Le premier interrupteur S1 comporte une première branche S11, reliée à une tension d’alimentation Vcc, et une deuxième branche S12. Le deuxième interrupteur S2 comporte une première branche S21, reliée à la tension d’alimentation Vcc, et une deuxième branche S22. Le troisième interrupteur S3 comporte une première branche S31, reliée à la deuxième branche S22 du deuxième interrupteur S2 au niveau d’un point milieu B, et une deuxième branche S32, reliée à la masse M, la première branche de la capacité de stockage Cext étant reliée audit point milieu B.The first switch S1 comprises a first branch S11, connected to a supply voltage Vcc, and a second branch S12. The second switch S2 comprises a first branch S21, connected to the supply voltage Vcc, and a second branch S22. The third switch S3 comprises a first branch S31, connected to the second branch S22 of the second switch S2 at the level of a midpoint B, and a second branch S32, connected to ground M, the first branch of the storage capacitor Cext being connected to said midpoint B.
La résistance de polarisation Rpolarconnectée d’une part entre le point milieu A de la capacité de stockage Cext et de la capacité de détection Ce et d’autre part à la deuxième branche S12 du premier interrupteur S1.The polarization resistor R polar connected on the one hand between the midpoint A of the storage capacitor Cext and of the detection capacitor Ce and on the other hand to the second branch S12 of the first switch S1.
La mise en œuvre du capteur capacitif va maintenant être décrite en référence aux figures 7 à 9.The implementation of the capacitive sensor will now be described with reference to Figures 7 to 9.
Tout d’abord, lorsque le premier interrupteur S1 est fermé, la capacité de détection Ce se trouve en parallèle de la capacité de stockage Cext en schéma équivalent petits signaux si bien que les valeurs de ces deux capacités s’ajoutent comme illustré sur la figure 7, la résistance de polarisation Rpolarétant elle-même en parallèle de la capacité de détection Ce et de la capacité de stockage Cext. En effet, en schéma équivalent petits signaux, la résistance de polarisation Rpolarest connectée à la tension d’alimentation Vcc qui peut être considée comme la masse M en schéma équivalent petits signaux.First of all, when the first switch S1 is closed, the detection capacitor Ce is in parallel with the storage capacitor Cext in the small-signal equivalent diagram so that the values of these two capacitors are added as shown in the figure 7, the polarization resistor R polar itself being in parallel with the detection capacitor Ce and the storage capacitor Cext. In fact, in the small-signal equivalent diagram, the polarization resistor R polar is connected to the supply voltage Vcc which can be considered as ground M in the small-signal equivalent diagram.
Dans ce cas, la tension de détection Vceaux bornes de la capacité de détection Ce en fonction du temps t est définie selon l’équation suivante:In this case, the detection voltage Vc e at the terminals of the detection capacitor Ce as a function of time t is defined according to the following equation:
où Z1 est l’impédance équivalente à la pulsation de perturbation w de l’ensemble formé par la résistance de polarisation Rpolarconnectée en parallèle avec la somme de la capacité de stockage Cext et de la capacité de détection Ce et ZCdisruptest l’impédance équivalente à la pulsation de perturbation w de la capacité Cdisruption.where Z1 is the impedance equivalent to the disturbance pulsation w of the assembly formed by the polarization resistor R polar connected in parallel with the sum of the storage capacitance Cext and the detection capacitance Ce and Z Cdisrupt is the impedance equivalent to the disturbance pulsation w of the capacitance C disruption .
Ensuite, lorsque le premier interrupteur S1 est ouvert, la résistance de polarisation Rpolarest déconnectée et la capacité de détection Ce se trouve en parallèle de la capacité de stockage Cext si bien que les valeurs de ces deux capacités s’ajoutent comme illustré sur la figure 8.Then, when the first switch S1 is open, the polarization resistor R polar is disconnected and the detection capacitor Ce is in parallel with the storage capacitor Cext so that the values of these two capacitors are added as illustrated in figure figure 8.
Dans ce cas, la tension de détection Vceaux bornes de la capacité de détection Ce est définie selon l’équation suivante:In this case, the detection voltage Vc e at the terminals of the detection capacitor Ce is defined according to the following equation:
où Z2 est l’impédance équivalente à la pulsation de perturbation w de l’ensemble formé par la capacité de stockage Cext et la capacité de détection Ce connectées en parallèle et ZCdisruptest l’impédance équivalente à la pulsation de perturbation w de la capacité Cdisruption..where Z2 is the impedance equivalent to the disturbance pulse w of the assembly formed by the storage capacitor Cext and the detection capacitor Ce connected in parallel and Z Cdisrupt is the impedance equivalent to the disturbance pulse w of the capacitor C disruption ..
Ainsi, pour éviter que la perturbation ajoute une composante continue à l’ouverture du premier interrupteur S1, il faut que la tension de détection Vceaux bornes de la capacité de détection Ce reste constante, c’est-à-dire gare la même valeur avant et après l’ouverture du premier interrupteur S1.Thus, to prevent the disturbance from adding a DC component to the opening of the first switch S1, the detection voltage Vc e at the terminals of the detection capacitor Ce must remain constant, that is to say station the same value before and after the opening of the first switch S1.
Il faut donc idéalement que:It is therefore ideally necessary that:
L’impédance de la résistance de polarisation Rpolaren parallèle avec l’impédance Z2 correspond à l’impédance Z1. Par conséquent, si l’impédance de la résistance de polarisation Rpolarest grande devant Z2 alors Z1 tendra vers Z2 et la valeur de la tension de détection Vcesera sensiblement la même quel que soit l’état du premier interrupteur S1. Il convient donc de choisir une valeur de résistance de polarisation Rpolartrès supérieure à Z2 afin de réduire significativement, voire quasiment annuler, les effets des perturbations causées par une source de bruit 2.The impedance of the polarization resistor R polar in parallel with the impedance Z2 corresponds to the impedance Z1. Consequently, if the impedance of the polarization resistor R polar is high compared to Z2 then Z1 will tend towards Z2 and the value of the detection voltage Vc e will be substantially the same regardless of the state of the first switch S1. It is therefore advisable to choose a polarization resistor value R polar much higher than Z2 in order to significantly reduce, or even almost cancel, the effects of the disturbances caused by a noise source 2.
Les termesTerms
etAnd
sont les ratios d’impédances vu par la perturbation DISR quand le premier interrupteur S1 est respectivement ouvert et fermé. Pour simplifier l’écriture ils seront par la suite appelés
Le ratioThe ratio
peut alors être analysé afin de juger de l’amélioration. Sans la résistance de polarisation Rpolar, l’impédancecan then be analyzed to judge the improvement. Without the bias resistor Rpolar, the impedance
Exemple numériqueNumerical example
En prenant Cdisruption= 0,5 pF; Ce + Cext = 50 pF; w = 2*(100 kHz), on a:By taking Cdisruption= 0.5 pF; Ce + Cext = 50 pF; w = 2*(100 kHz), we have:
Le calcul deThe calculation of
pour différentes valeurs de la résistance de polarisation Rpolarest donné dans le tableau suivant:for different values of the bias resistor R polar is given in the following table:
On a illustré à la figure 9 l’évolution du rapport de l’impédance du premier interrupteur fermé sur l’impédance du premier interrupteur ouvertWe have illustrated in Figure 9 the evolution of the ratio of the impedance of the first closed switch to the impedance of the first open switch
en fonction de la valeur de la résistance de polarisation Rpolarpour les valeurs de l’exemple utilisé précédemment (Table 1).as a function of the value of the polarization resistor R polar for the values of the example used previously (Table 1).
Ainsi, on remarque qu’une valeur de la résistance de polarisation Rpolarsupérieure à 65 kΩ permet de supprimer plus de 90 % du phénomène de perturbation dû à la source de bruit 2.Thus, it can be seen that a value of the polarization resistor R polar greater than 65 kΩ makes it possible to eliminate more than 90% of the disturbance phenomenon due to noise source 2.
L’invention permet ainsi de réduire drastiquement les perturbations des capteurs capacitifs dues au bruit généré par un moteur de véhicule automobile de manière simple, fiable et efficace.
The invention thus makes it possible to drastically reduce the disturbances of the capacitive sensors due to the noise generated by a motor vehicle engine in a simple, reliable and efficient manner.
Claims (10)
- une capacité de stockage (Cext) comportant une première branche (B1) et une deuxième branche (B2),
- une capacité de détection(Ce) comportant une première branche (D1), reliée à la deuxième branche (B2) de la capacité de stockage (Cext) au niveau d’un point milieu (A), et une deuxième branche (D2), destinée à être reliée à une masse (M),
- un premier interrupteur (S1) comportant une première branche (S11), destinée à être reliée à une tension d’alimentation (Vcc), et une deuxième branche (S12),
- un deuxième interrupteur (S2), comportant une première branche (S21), destinée à être reliée à la tension d’alimentation (Vcc), et une deuxième branche (S22),
- un troisième interrupteur (S3), comportant une première branche (S31), reliée à la deuxième branche (S22) du deuxième interrupteur (S2) au niveau d’un point milieu (B), et une deuxième branche (S32), destinée à être reliée à la masse (M), la première branche (B1) de la capacité de stockage (Cext) étant reliée audit point milieu (B),
- a storage capacity (Cext) comprising a first branch (B1) and a second branch (B2),
- a detection capacitor (Ce) comprising a first branch (D1), connected to the second branch (B2) of the storage capacitor (Cext) at the level of a midpoint (A), and a second branch (D2), intended to be connected to a mass (M),
- a first switch (S1) comprising a first branch (S11), intended to be connected to a supply voltage (Vcc), and a second branch (S12),
- a second switch (S2), comprising a first branch (S21), intended to be connected to the supply voltage (Vcc), and a second branch (S22),
- a third switch (S3), comprising a first branch (S31), connected to the second branch (S22) of the second switch (S2) at the level of a midpoint (B), and a second branch (S32), intended to be connected to ground (M), the first branch (B1) of the storage capacitor (Cext) being connected to said midpoint (B),
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