專(zhuān)利名稱(chēng)：傳感器電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傳感器電路，一種帶有這種傳感器電路的發(fā)光裝置以及一種用于 借助這種傳感器電路激勵(lì)發(fā)光裝置的方法。
背景技術(shù)：
對(duì)于多種應(yīng)用，可以有利地使用無(wú)需可移動(dòng)的機(jī)械裝置的按鍵或者開(kāi)關(guān)。這種開(kāi) 關(guān)的一個(gè)例子是觸碰敏感的開(kāi)關(guān)或者傳感器(也稱(chēng)為“接觸式傳感器”)。在此要說(shuō)明的是術(shù)語(yǔ)開(kāi)關(guān)在下面不僅考慮開(kāi)關(guān)的功能而且也考慮按鍵的功能。 例如，在按鍵功能的情況下僅僅基本上在激活按鍵的持續(xù)時(shí)間上執(zhí)行功能，而開(kāi)關(guān)功能很 大程度上與激活的持續(xù)時(shí)間無(wú)關(guān)。特別地，根據(jù)實(shí)現(xiàn)情況，按鍵可以執(zhí)行按鍵功能或者開(kāi)關(guān) 功能。已知的是將電容性傳感器與電容器(例如已知的電容器或者寄生半導(dǎo)體電容 器)在電學(xué)上并聯(lián)地設(shè)置。通過(guò)觸碰電容性傳感器，其有效電容在例如0.5pF至30pF的范 圍中升高。由此，觸碰電容性傳感器以如下條件為前提非常小的電容與該電容器并聯(lián)。由 此得到的電荷推移和電壓改變較小，對(duì)其的分析需要復(fù)雜的電子設(shè)備或者比較昂貴的專(zhuān)用 IC。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是，避免前面提及的缺點(diǎn)并且尤其是提出一種傳感器電路，其以高 的可靠性和魯棒性識(shí)別電容性傳感器的操作。該任務(wù)根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的特征來(lái)解決。本發(fā)明的改進(jìn)方案由從屬權(quán)利要求中得 到。為了解決該任務(wù)，提出了一種傳感器電路，其-具有放大器，_具有電容性傳感器，-其中電容性傳感器設(shè)置在放大器的負(fù)反饋支路中。負(fù)反饋支路尤其是將放大器的輸出端與其輸入端相連。由此，可以以高的可靠性來(lái)識(shí)別電容性傳感器的操作。在此，可以有利地使用有利 的器件或者對(duì)放大器所提供的信號(hào)的分析(是否觸碰了電容性傳感器)并不需要大的電路 技術(shù)開(kāi)銷(xiāo)或者實(shí)施開(kāi)銷(xiāo)(例如通過(guò)在后接的處理單元中的合適的軟件分析)?？梢允褂萌我獾囊患?jí)或者多級(jí)放大器來(lái)作為放大器。一個(gè)改進(jìn)方案是，放大器具有以下部件至少之一-晶體管；-MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)；_運(yùn)算放大器；-邏輯門(mén)，尤其是CMOS技術(shù)的邏輯門(mén)；
-電子管。特別地，可以使用省電的器件。也可能的是，放大器至少有時(shí)候被去激活，以便由 此節(jié)省電能。另一改進(jìn)方案是，放大器具有阻抗轉(zhuǎn)換器。例如，放大器可以具有第一級(jí)，其實(shí)施為阻抗轉(zhuǎn)換器。由此可以有利地降低寄生電 容對(duì)電容性傳感器的影響。特別的是一種改進(jìn)方案，其中放大器具有非線(xiàn)性放大級(jí)。特別地，連接在阻抗轉(zhuǎn)換器之后的級(jí)可以實(shí)施為非線(xiàn)性放大級(jí)。這是有利的，因?yàn)?通過(guò)非線(xiàn)性可以減少直流部分并且由此明顯改進(jìn)了對(duì)電容性傳感器的狀態(tài)的識(shí)別。還有一種改進(jìn)方案是，放大器具有雙級(jí)的晶體管電路。特別地，可以設(shè)計(jì)npn晶體管和/或pnp晶體管的序列，其中第一晶體管用作阻抗 轉(zhuǎn)換器，而第二晶體管用作放大器，尤其是用作非線(xiàn)性放大器。此外，一種改進(jìn)方案是，可以將放大器的輸出信號(hào)輸送給處理單元，尤其是微控制
ο例如，輸出信號(hào)可以在處理單元中被相應(yīng)地分析。電容性傳感器的狀態(tài)(觸碰或 者未觸碰)可以區(qū)分得越清楚，則分析越魯棒。替代微控制器也可以使用其他數(shù)字和/或模擬的電路作為處理單元或者用于分 析放大器的輸出信號(hào)。在一種附加的改進(jìn)方案的范圍中，放大器的輸出信號(hào)可以通過(guò)低通濾波器輸送給
處理單元。低通濾波器能夠?qū)崿F(xiàn)改進(jìn)地檢測(cè)電容性傳感器的狀態(tài)。另一改進(jìn)方案是，處理單元根據(jù)放大器的輸出信號(hào)來(lái)執(zhí)行預(yù)先給定的動(dòng)作。由此，可以根據(jù)電容性傳感器的狀態(tài)或者根據(jù)狀態(tài)的預(yù)先給定的序列來(lái)執(zhí)行預(yù)先 給定的動(dòng)作。例如，可以檢測(cè)電容性傳感器的短/長(zhǎng)的觸碰的確定的序列。每個(gè)這種序列可以 與不同的預(yù)先給定的動(dòng)作關(guān)聯(lián)并且引起其激活。一種擴(kuò)展方案是，預(yù)先給定的動(dòng)作包括以下動(dòng)作至少之一_接通執(zhí)行器；-關(guān)斷執(zhí)行器；_借助額定值來(lái)受控地激勵(lì)執(zhí)行器，其中該額定值可以借助輸出信號(hào)來(lái)確定。在此，執(zhí)行器可以是任意的(例如可電激活的)部件。例如，執(zhí)行器可以是發(fā)光裝 置的發(fā)光器，例如發(fā)光裝置的至少一個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光元件。特別地可能的是，在電容性傳感器 的操作持續(xù)時(shí)間上將執(zhí)行器調(diào)節(jié)(例如調(diào)光)到預(yù)先給定的額定值。換言之，可以通過(guò)在 操作持續(xù)時(shí)間上操作電容性傳感器來(lái)相應(yīng)地將發(fā)光器調(diào)光(分別更亮或者更暗)。一種可替選的實(shí)施形式是，借助交流電壓來(lái)激勵(lì)放大器。特別地，交流電壓可以是時(shí)鐘信號(hào)，例如處理單元的時(shí)鐘信號(hào)。由此，時(shí)鐘信號(hào)例 如可以由微控制器提供。另一擴(kuò)展方案是，該電路用直流電壓來(lái)供電，其中直流電壓尤其是由至少一個(gè)電 池提供。
例如，電池可以是可再充電的電池或者其他可再充電的電能源。前面提及的任務(wù)也通過(guò)帶有這里所描述的傳感器電路的發(fā)光裝置來(lái)解決，其中該 發(fā)光裝置實(shí)施為可以借助電容性傳感器來(lái)切換和/或調(diào)光。此外，上面提及的任務(wù)借助一種用于激勵(lì)發(fā)光裝置的方法來(lái)解決，其中根據(jù)這里 所描述的傳感器電路的輸出信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)光裝置。在此，發(fā)光裝置的調(diào)節(jié)例如包括發(fā)光裝置的接通、關(guān)斷以及調(diào)光。下面借助附圖示出并且闡述本發(fā)明的實(shí)施例。其中

圖1示出了用于電容加權(quán)的傳感器電路的示例性電路裝置；圖2示出了用于電容加權(quán)的傳感器電路的可替選的電路裝置；圖3示出了用于電容加權(quán)的傳感器電路的附加的電路例子；圖4示出了在未操作電容性傳感器的情況下電容加權(quán)的傳感器電路的輸出信號(hào)；圖5示出了在操作電容性傳感器的情況下電容加權(quán)的傳感器電路的輸出信號(hào)；圖6示出了用于顯示在觸碰電容性傳感器的情況下輸出信號(hào)的轉(zhuǎn)變的視圖。在電容性傳感器與其他已知的電容直接并聯(lián)連接的情況下，觸碰電容性傳感器僅 僅引起微小的電荷偏移，其相應(yīng)地必須費(fèi)事地進(jìn)行分析。這里所提出的方式利用了放大器并且將電容性傳感器包含到放大器的負(fù)反饋中。 電容性傳感器對(duì)要分析的信號(hào)的影響對(duì)應(yīng)于放大器的放大被明顯提高。由此，電容性傳感 器的狀態(tài)變化可以明顯檢測(cè)或者可以使用價(jià)格低廉的部件來(lái)檢測(cè)這種狀態(tài)變化。信號(hào)的檢 測(cè)或者分析可以借助微控制器、一般的集成電路和/或分立的電子設(shè)備來(lái)進(jìn)行。與僅僅將電容性傳感器與電容器并聯(lián)的情況中相比，通過(guò)放大，傳感器的電容變 化對(duì)應(yīng)于放大被更高地加權(quán)，使得電容性傳感器對(duì)已知的電容器的反作用變大并且此外可 以通過(guò)放大來(lái)參數(shù)化。放大器可以包括以下部件至少之一_運(yùn)算放大器；-晶體管；-MOSFET。例如，可以使用多個(gè)晶體管(例如包括兩個(gè)晶體管)構(gòu)成的有利的電路，以便檢測(cè) 電容性傳感器的信號(hào)。電容性傳感器例如可以通過(guò)如下方式實(shí)現(xiàn)電路的電接觸部在殼體上向外引導(dǎo)并 且將銅面例如設(shè)置在1.6mm厚的FR-I電路板材料之后。在殼體中的銅面并未被觸碰，然而 通過(guò)觸碰電接觸部產(chǎn)生電容變化。可替選地，銅面也可以設(shè)置在殼體內(nèi)壁上。圖4示出了在未操作電容性傳感器的情況下電容加權(quán)的傳感器電路的輸出信號(hào)， 圖5示出了在觸碰電容性傳感器的情況下電路的輸出信號(hào)。圖6示出了在觸碰電容性傳感 器的情況下輸出信號(hào)的轉(zhuǎn)變。在觸碰和未觸碰傳感器的情況下兩個(gè)信號(hào)的差別由于這里所 提出的方式而強(qiáng)烈地表現(xiàn)并且因此可以用小的電學(xué)開(kāi)銷(xiāo)高可靠性地檢測(cè)。圖1示出了用于電容加權(quán)的傳感器電路的示例性電路裝置。電壓源V2以其正端子與節(jié)點(diǎn)102連接并且以其負(fù)端子與節(jié)點(diǎn)103連接。交流電 壓源Vl以其第一極與節(jié)點(diǎn)103連接，并且以其第二極通過(guò)電阻Rl與npn晶體管Ql的基極連接。此外，晶體管Ql的基極通過(guò)電容器Cl與端子101連接。晶體管Ql的集電極與節(jié)點(diǎn) 102連接，并且晶體管Ql的發(fā)射極通過(guò)電阻R2與節(jié)點(diǎn)103連接。此外，晶體管Ql的發(fā)射 極通過(guò)電容器C2與npn晶體管Q2的基極連接。在晶體管Q2的基極和節(jié)點(diǎn)102之間設(shè)置 有電阻R3。晶體管Q2的發(fā)射極與節(jié)點(diǎn)103連接并且晶體管Q2的集電極一方面與端子101 連接，并且另一方面通過(guò)電阻R4與節(jié)點(diǎn)104連接。電容器Cl是電容性的接觸式傳感器(或者該電容器Cl模擬接觸式傳感器的電 容)。電容器Cl設(shè)置在包括晶體管Ql和Q2的放大器的負(fù)反饋支路中。對(duì)應(yīng)于Ql和Q2構(gòu) 成的放大器的參數(shù)化，傳感器的狀態(tài)變化(“接觸”或者“未接觸”)可以用高的識(shí)別率魯棒 地檢測(cè)。帶有兩個(gè)市面上常見(jiàn)的晶體管Ql和Q2的放大器的結(jié)構(gòu)成本極為低廉。晶體管Ql作為阻抗轉(zhuǎn)換器工作，晶體管Q2作為非線(xiàn)性放大器工作，其輸出信號(hào)可 以具有接近OV的平衡位置。交流電壓源Vl可以提供時(shí)鐘信號(hào)，該時(shí)鐘信號(hào)例如由微控制 器(未示出)提供。電壓源V2可以實(shí)施為電池。電容器Cl (接觸式傳感器)的值在沒(méi)有觸碰的情況下非常小，在觸碰的情況下電 容器Cl的值在皮法范圍中(在圖1的例子中為IpF)。任選地，也可以將電阻與電容器Cl 串聯(lián)地設(shè)置。端子101為微控制器(未示出)提供輸出信號(hào)，該微控制器通過(guò)適當(dāng)?shù)姆治鲎R(shí)別 是否觸碰了接觸式傳感器。相應(yīng)地，微控制器可以執(zhí)行預(yù)先給定的動(dòng)作，例如激勵(lì)(接通、 關(guān)斷、調(diào)光)發(fā)光裝置。前面示出的電路裝置的一個(gè)應(yīng)用例子是使用在發(fā)光裝置中，例如便攜式發(fā)光裝置 (手電筒)中。通過(guò)電容性傳感器(通過(guò)圖1中的電容器Cl示意性示出)，接通或者關(guān)斷發(fā) 光裝置。也可能的是，例如通過(guò)預(yù)先給定的觸碰方案來(lái)將發(fā)光裝置調(diào)光。例如，可以檢測(cè)短 觸碰或者長(zhǎng)觸碰。也可以將重復(fù)的敲擊識(shí)別為特別的信號(hào)(例如用于立即關(guān)斷發(fā)光裝置)。 持續(xù)地觸碰電容性傳感器可以啟動(dòng)發(fā)光裝置的無(wú)級(jí)(或者逐級(jí))的調(diào)光，其中該觸碰的結(jié) 束固定了(einfrieren)調(diào)光狀態(tài)并且發(fā)光裝置以所設(shè)置的亮度繼續(xù)發(fā)光。在圖1中示出的器件尤其是可以如下設(shè)計(jì)或者選擇QlBC847C
Q2BC847C
Cl0. Ip (在觸碰時(shí)IpF)
C2In
Rl2. 2M
R222k
R3IM
R415k圖2示出了電容加權(quán)的傳感器電路的一種可替選的電路裝置。直流電壓源V4(例如電池)以其正極與節(jié)點(diǎn)203連接，并且以其負(fù)極與節(jié)點(diǎn)204 連接。交流電壓源V3 —方面與節(jié)點(diǎn)204連接，并且另一方面通過(guò)電阻R5與npn晶體管Q3 的基極連接。晶體管Q3的基極通過(guò)電容器C3與端子202連接，端子202通過(guò)電容器C4與 端子201連接，其中端子201通過(guò)電阻R8與pnp晶體管Q4的集電極連接。晶體管Q3的發(fā) 射極通過(guò)電阻R6與節(jié)點(diǎn)204連接。此外，晶體管Q3的發(fā)射極通過(guò)電容器C5與晶體管Q4
6的基極連接。晶體管Q4的基極也通過(guò)電阻R7與節(jié)點(diǎn)203連接，該節(jié)點(diǎn)此外與晶體管Q4的 發(fā)射極連接。此外，晶體管Q4的集電極通過(guò)電阻R9與節(jié)點(diǎn)204連接。最后，晶體管Q4的 集電極通過(guò)電阻RlO與端子205連接，其中在端子205和節(jié)點(diǎn)204之間設(shè)置有電容器C6。晶體管Q3和Q4的組合是帶有阻抗轉(zhuǎn)換器的非線(xiàn)性放大級(jí)。電容器C3和C5用于 將交流聲(Brumm)最小化。電容器C3必要時(shí)也可以被省去或者通過(guò)直接連接來(lái)替代。電 容器C4對(duì)應(yīng)于電容性傳感器，其一方面與殼體內(nèi)的銅面(端子202)連接并且另一方面與 從殼體引出的接觸部(端子201)連接。在端子205上有可分析的信號(hào)，該信號(hào)任選地借助 電阻RlO和電容器C6構(gòu)成的RC濾波器很大程度上限制到輸出信號(hào)的直流部分。通過(guò)端子205提供的信號(hào)可以直接由微控制器(未示出)來(lái)分析。當(dāng)然，替代微 控制器也可以設(shè)置其他數(shù)字或者模擬分析電路。在圖2中示出的器件尤其是可以如下設(shè)計(jì)或者選擇Q3 BC847CQ4 BC857CC3 47pC4 IpC5 2nC6 IOnR5 1. 2MR6 2. 2kR7 100kR8 3. 3kR9 22kRlO 22k圖3示出了電容加權(quán)的傳感器電路的一個(gè)附加的電路例子。直流電壓源V6以其正極與節(jié)點(diǎn)303連接并且以其負(fù)極與節(jié)點(diǎn)304連接。直流電 壓源V6例如可以包括(可再充電的)電池。交流電壓源V5—方面與節(jié)點(diǎn)304連接并且另 一方面通過(guò)電阻Rll與pnp晶體管Q5的基極連接。此外，晶體管Q5的基極通過(guò)電容器C7 與端子302連接。此外，晶體管Q5的基極通過(guò)電阻R12與晶體管Q5的發(fā)射極連接。晶體 管Q5的集電極與節(jié)點(diǎn)304連接。此外，晶體管Q5的發(fā)射極通過(guò)電阻R13與節(jié)點(diǎn)303連接。 晶體管Q5的發(fā)射極也通過(guò)電容器C9與pnp晶體管Q6的基極連接。晶體管Q6的基極通過(guò) 電阻R14與節(jié)點(diǎn)303連接，該節(jié)點(diǎn)又與晶體管Q6的發(fā)射極連接。端子302通過(guò)電容器C8 與端子301連接，其中端子301通過(guò)電阻R15與晶體管Q6的集電極連接。此外，晶體管Q6 的集電極通過(guò)電阻R16與節(jié)點(diǎn)304連接。晶體管Q6的集電極也通過(guò)電阻R17與端子305 連接。在端子305和節(jié)點(diǎn)304之間設(shè)置有電容器ClO和電阻R18構(gòu)成的并聯(lián)電路。根據(jù)圖3的裝置類(lèi)似于圖2中的電路例子。阻抗變換器Q5與阻抗變換器Q3不同 地實(shí)施為pnp晶體管。此外，平行于電容器ClO還存在電阻R18，用于調(diào)節(jié)在端子305上提 供的信號(hào)的電平。端子301、302和305在功能上對(duì)應(yīng)于根據(jù)圖2的端子201、202和205。在圖3中示出的器件尤其是可以如下設(shè)計(jì)或選擇
Q5BC857C
Q6BC857C
C747p
C8Ip
C92. 2n
ClOIOn
Rll1. 2M
R12IM
R1333k
R14100k
R153. 3k
R1615k
R1747k
R18220k
權(quán)利要求
一種傳感器電路， 具有放大器(Q1，Q2)， 具有電容性傳感器(C1)， 其中電容性傳感器(C1)設(shè)置在放大器(Q1，Q2)的負(fù)反饋支路中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器電路，其中放大器具有以下部件中至少之一 -晶體管；-金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管； -運(yùn)算放大器；-邏輯門(mén)，尤其是使用CMOS技術(shù)的邏輯門(mén)；-電子管。
3.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的傳感器電路，其中放大器具有阻抗轉(zhuǎn)換器(Ql)。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的傳感器電路，其中放大器具有非線(xiàn)性放大級(jí)(Q2)。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的傳感器電路，其中放大器具有雙級(jí)的晶體管電路 (Ql, Q2 ；Q3, Q4 ；Q5, Q6)。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的傳感器電路，其中能夠?qū)⒎糯笃鞯妮敵鲂盘?hào)輸送給處 理單元，尤其是輸送給微控制器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的傳感器電路，其中放大器(Q3，Q4)的輸出信號(hào)能夠通過(guò)低通 濾波器(R10，C6)輸送給處理單元。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的傳感器電路，其中處理單元根據(jù)放大器的輸出信號(hào)來(lái)執(zhí) 行預(yù)先給定的動(dòng)作。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的傳感器電路，其中預(yù)先給定的動(dòng)作包括以下動(dòng)作中至少之-接通執(zhí)行器； -關(guān)斷執(zhí)行器；_借助額定值來(lái)受控地激勵(lì)執(zhí)行器，其中該額定值能夠基于輸出信號(hào)來(lái)確定。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的傳感器電路，其中借助交流電壓(Vl)來(lái)激勵(lì)放大器。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的傳感器電路，其中交流電壓是時(shí)鐘信號(hào)。
12.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的傳感器電路，其中該電路用直流電壓(V2)來(lái)供電， 其中該直流電壓尤其是由至少一個(gè)電池提供。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的傳感器電路，其中所述電池(V2)是可再充電的電池。
14.一種帶有根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的傳感器電路的發(fā)光裝置，其中該發(fā) 光裝置實(shí)施為能夠借助電容性傳感器來(lái)切換和/或調(diào)光。
15.一種用于激勵(lì)發(fā)光裝置的方法，其中按照根據(jù)權(quán)利要求1至13中的任一項(xiàng)所述的 傳感器電路的輸出信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)光裝置。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種傳感器電路，其具有放大器、電容性傳感器，其中電容性傳感器設(shè)置在放大器的負(fù)反饋支路中。此外，提出了一種帶有這種傳感器電路的發(fā)光裝置以及一種用于激勵(lì)發(fā)光裝置的方法。
文檔編號(hào)H03K17/96GK101895287SQ20101018231
公開(kāi)日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月18日
發(fā)明者理查德·迪爾格, 馬庫(kù)斯·黑克曼 申請(qǐng)人:奧斯蘭姆有限公司