JP7090713B2 - スペクトラム拡散検知信号および同期整流器を備えたセンサスイッチ - Google Patents
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Description
クックトップ用のタッチセンサ式スイッチが米国特許第8823393号明細書に開示されている。上記特許では、AC信号がセンサプレートに入力結合されている。評価回路が信号の振幅を測定する。人間の手または別の導電性対象物がセンサプレートに近接して置かれると、センサプレートと手との間に容量性電流が流れ、AC信号の振幅が減少する。評価回路は、振幅の所定の変化を検出し、出力側に制御信号を発するために、閾値検出器およびウィンドウコンパレータを含むことができる。欠点は、センサプレートに入力結合されうる外部信号およびノイズがAC信号の振幅を変化させ、さらに評価回路の出力側に誤った信号をトリガする可能性があることである。こうした種類のセンサのもう1つの欠点は、不要な信号の放射である。AC信号がセンサプレートに供給されると、当該信号は放射されるか、または環境へ出力される。手または別の導電性対象物がセンサプレートに近接して置かれると、信号は手または対象物に容量結合され、これにより放射が大きくなる。
本発明が解決しようとする課題は、外部信号およびノイズに対して高い耐性を提供する静電容量近接センサを提供することである。解決しようとする別の課題は、先行技術から公知のセンサよりも大幅に低いノイズレベルしか生じないセンサを提供することである。さらなる態様は、小型かつ安価で堅牢であり、高い電磁干渉レベルに対して耐性を有し、スイッチの制御のための電子キャビネットを必要とせずに小型センサスイッチハウジング内に統合できる、改良された受信評価回路を見出すことである。
a)送信と受信とに別個の電極を使用することに代えて、センサ電極を信号発生手段および評価手段に直接に接続する、
b)サンプルホールド回路に代えて、積分同期整流器を使用する、
c)センサ電極が、好ましくはセンサハウジング表面の大部分を覆う、
d)スイッチの最大拡張部分を15cm未満に維持する、
によって達成される。
110 PCB(プリント回路基板)
120 センサ回路
210 信号発生器
220 出力増幅器
230 出力バンドパスフィルタ
290 回路グラウンド
310 入力バンドパスフィルタ
320 SPDT(単極双投)スイッチ
321 第1のスイッチ
322 第2のスイッチ
323 インバータ
330 単一入力ローパスフィルタ
331 第1の入力ローパスフィルタ
332 第2の入力ローパスフィルタ
333 第1の抵抗器
334 第2の抵抗器
335 第1のコンデンサ
336 第2のコンデンサ
340 差動増幅器
341 入力増幅器
342 反転増幅器
380 評価ユニット
390 単一入力ADC(アナログデジタルコンバータ)
391 第1の入力ADC(アナログデジタルコンバータ)
392 第2の入力ADC(アナログデジタルコンバータ)
370 差分計算器
400 マイクロコントローラ
510 信号発生回路
511 同期信号
512 出力信号
520 信号評価回路
521 入力信号
522 同期整流器
580 グラウンド
600 液体センサ
610 センサ電極
620 絶縁体
650 液体
660 タンク
800 人間
900 センサスイッチ
901 前面側
902 後面側
910 ハウジング
940 固定手段
951 第1のバスコネクタ
952 第2のバスコネクタ
955 第1のケーブルコネクタ
956 第2のケーブルコネクタ
980 注入成形材
990 カバーディスク
Claims (10)
- センサ電極(100)を備えた静電容量センサであって、前記センサ電極が、前記センサ電極(100)への出力信号(512)を発生させる信号発生回路(510)に接続されており、前記センサ電極が、前記センサ電極(100)からの入力信号(521)を評価する信号評価回路(520)にさらに接続されており、
前記信号発生回路(510)が、ノイズ発生器、疑似ノイズ発生器、チャープ信号発生器または周波数掃引信号発生器のうちの1つである信号発生器(210)を備え、
前記信号評価回路(520)が、同期整流器(522)を含み、
前記同期整流器(522)が、第1のスイッチ(321)および第2のスイッチ(322)を含み、前記第1のスイッチ(321)および前記第2のスイッチ(322)に、それぞれ前記信号発生器(210)と同相および逆相の信号が入力され、前記第1のスイッチ(321)および前記第2のスイッチ(322)が、前記入力信号(521)と同相で交互にスイッチングするように構成されており、
前記同期整流器(522)は、前記第1のスイッチ(321)の出力に接続されている第1の入力ローパスフィルタ(331)と、前記第2のスイッチ(322)の出力に接続されている第2の入力ローパスフィルタ(332)と、前記第1の入力ローパスフィルタ(331)および第2の入力ローパスフィルタ(332)に接続されている差動増幅器(340)とを含み、
前記信号発生回路(510)および前記信号評価回路(520)が、両方とも回路グラウンド(290)を基準としている、
静電容量センサ。 - 前記静電容量センサは、入力バンドパスフィルタ(310)と、前記同期整流器(522)の出力に接続されている1つのADC(390)をさらに含み、
入力バンドパスフィルタ(310)が、前記同期整流器(522)の最も低い出力電圧と前記同期整流器(522)の最も高い出力電圧とを前記1つのADC(390)のダイナミックレンジに収めるために、前記センサ電極(100)からの前記入力信号(521)に直流バイアス電圧を加えるように構成されている、
請求項1記載の静電容量センサ。 - 前記信号発生回路(510)が、前記信号発生器(210)と前記センサ電極(100)との間に接続された出力バンドパスフィルタ(230)を含み、かつ/または前記信号発生回路(510)が、前記信号発生器(210)の後方に接続された出力増幅器(220)を含む、請求項1または2記載の静電容量センサ。
- 前記信号評価回路(520)が、前記第1の入力ローパスフィルタ(331)に接続された第1のADC(391)と、前記第2の入力ローパスフィルタ(332)に接続された第2のADC(392)とを含み、かつ/または前記信号評価回路(520)が、入力分圧器を含む、請求項1から3までのいずれか1項記載の静電容量センサ。
- 前記静電容量センサは、入力バンドパスフィルタ(310)をさらに含み、前記入力バンドパスフィルタ(310)が、前記同期整流器(522)の最も低い出力電圧と前記同期整流器(522)の最も高い出力電圧とを前記第1のADC(391)および/または前記第2のADC(392)のダイナミックレンジに収めるために、前記センサ電極(100)からの前記入力信号(521)に直流バイアス電圧を加えるように構成されている、請求項4記載の静電容量センサ。
- 前記同期整流器(522)および好ましくは前記信号評価回路(520)が、前記第1のADC(391)および前記第2のADC(392)をさらに含むマイクロコントローラ(400)の一部である、請求項4または5記載の静電容量センサ。
- 前記マイクロコントローラ(400)が、前記信号発生回路(510)をさらに含む、請求項6記載の静電容量センサ。
- 前記第1のスイッチ(321)と、前記第2のスイッチ(322)とが、互いに接続されている入力を有する、請求項1から7までのいずれか1項記載の静電容量センサ。
- 前記第1のスイッチ(321)および前記第2のスイッチ(322)が、SPDTスイッチ(320)の一部である、請求項8記載の静電容量センサ。
- 前記回路グラウンド(290)が、環境グラウンド(580)に接続されている、請求項1から9までのいずれか1項記載の静電容量センサ。
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