ES2342297T3 - Disposicion de circuito para varios conmutadores tactiles capacitivos. - Google Patents
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Abstract
Disposición de circuito para varios conmutadores táctiles capacitivos, con varios circuitos de sensor con respectivamente un elemento de sensor capacitivo (S), que al ser tocado varía su valor de capacidad (Ct); y con un circuito de valoración, al que son conducidas las señales de salida (Out1, Out2, Out3) de los varios circuitos de sensor a través de un conmutador (SW1) de forma alternativa, para determinar si los elementos de sensor capacitivos (S) son activados o no, en que cada uno de los varios circuitos de sensor tiene un circuito en paralelo compuesto por un elemento de capacidad (C1) y por el elemento de sensor capacitivo (S), y al circuito en paralelo está unido respectivamente un convertidor de capacidad/frecuencia (Cf), que genera en su salida una señal de frecuencia, cuya frecuencia depende de la capacidad total del respectivo circuito en paralelo del elemento de capacidad (C1) y del elemento de sensor capacitivo (S), caracterizada porque cada uno de los varios circuitos de sensor tiene un oscilador rectangular desconectable, que está constituido por el convertidor de capacidad/frecuencia (Cf) y por el elemento de capacidad (C1), y simultáneamente sólo está activado uno de los varios osciladores rectangulares.
Description
Disposición de circuito para varios conmutadores
táctiles capacitivos.
La presente invención se refiere a una
disposición de circuito para varios conmutadores táctiles
capacitivos.
En muchos aparatos eléctricos, en particular
también en aparatos domésticos tales como cocinas, encimeras de
cocción, hornos microondas, lavavajillas, lavadoras y similares, se
emplean cada vez más frecuentemente conmutadores táctiles, que al
ser sencillamente tocados por un usuario desencadenan un determinado
proceso de conmutación. En el caso de un sensor o respectivamente
conmutador táctil capacitivo, el circuito de sensor tiene por
ejemplo un elemento superficial de condensador, que junto con el
usuario forma una capacidad que varía correspondientemente a la
activación del elemento de sensor capacitivo, es decir según sea
tocado o no tocado el elemento superficial de condensador. La
modificación de la capacidad del elemento de sensor capacitivo al
ser tocado por el usuario afecta correspondientemente a una señal de
salida del circuito de sensor, lo que es valorado
correspondientemente por un circuito de valoración conectado como
una activación del conmutador táctil capacitivo.
Una disposición de circuito de este tipo para un
conmutador táctil capacitivo es conocida por ejemplo a partir de
los documentos DE 32 45 803 A1, DE 103 03 480 A1 ó EP 0 859 468
B1.
Además, el documento EP 0 632 593 A1 da a
conocer una disposición de circuito para un conmutador táctil
capacitivo, que tiene un circuito de sensor con un elemento de
sensor capacitivo y un circuito de valoración unido a dicho
circuito de sensor, en que el circuito de sensor tiene un elemento
de capacidad que está conectado en paralelo al elemento de sensor
capacitivo, y un convertidor de capacidad/frecuencia, que está unido
al circuito en paralelo compuesto por el elemento de capacidad y el
elemento de sensor capacitivo y que genera en su salida una señal
de frecuencia, cuya frecuencia depende de la capacidad total del
circuito en paralelo compuesto por el elemento de capacidad y el
elemento de sensor capacitivo.
La presente invención tiene como base la tarea
de crear una disposición de circuito para varios conmutadores
táctiles capacitivos, que haga posible una valoración sencilla de
las señales de salida de los circuitos de sensor.
Esta tarea es resuelta mediante una disposición
de circuito con las características de la reivindicación 1.
Estructuraciones y perfeccionamientos ventajosos de la invención son
el objeto de las reivindicaciones dependientes.
La disposición de circuito para varios
conmutadores táctiles capacitivos contiene varios circuitos de
sensor con respectivamente un elemento de sensor capacitivo, que
varía su valor de capacidad al ser tocado, y un circuito de
valoración, al que deben ser conducidas de forma alternativa a
través de un conmutador las señales de salida de los varios
circuitos de sensor, para determinar si los elementos de sensor
capacitivos son activados o no. Cada uno de los varios circuitos de
sensor tiene un circuito en paralelo compuesto por un elemento de
capacidad y por el elemento de sensor capacitivo, en que al circuito
en paralelo está unido respectivamente un convertidor de
capacidad/frecuencia, que genera una señal de frecuencia en su
salida, cuya frecuencia depende de la capacidad total del
respectivo circuito en paralelo del elemento de capacidad y del
elemento de sensor capacitivo. Además, cada uno de los varios
circuitos de sensor tiene un oscilador rectangular desconectable,
que está constituido por el convertidor de capacidad/frecuencia y
por el elemento de capacidad, en que simultáneamente sólo está
activado uno de los varios osciladores rectangulares.
La capacidad total en la entrada del convertidor
de capacidad/frecuencia es determinada por un lado por la capacidad
fija y por otro lado por el valor de capacidad del elemento de
sensor capacitivo del circuito de sensor seleccionado
respectivamente a través del conmutador. La modificación del valor
de capacidad del respectivo elemento de sensor capacitivo al ser
tocado lleva a una variación correspondiente de la capacidad total
del respectivo circuito de sensor, lo que lleva a su vez a una
modificación de la frecuencia de la señal de salida del convertidor
de capacidad/frecuencia. Como simultáneamente sólo está activado uno
de los varios osciladores rectangulares desconectables, lo que
excluye una influencia mutua negativa entre las señales de los
circuitos de sensor, el circuito de valoración, para determinar si
los conmutadores táctiles capacitivos son activados, sólo tiene que
valorar una modificación de frecuencia de la señal de salida del
convertidor de capacidad/frecuencia, lo que es posible con medios
sencillos.
La entrada del convertidor de
capacidad/frecuencia está conectada preferentemente en paralelo al
circuito en paralelo del elemento de capacidad y del elemento de
sensor capacitivo.
En una forma de realización de la invención, el
convertidor de capacidad/frecuencia está formado respectivamente
por un elemento lógico "Y" negador (NAND) con histéresis de
entrada. A través de la segunda salida del elemento lógico "Y"
negador es posible entonces desconectar, o respectivamente llevar a
un estado estático, el oscilador rectangular así formado, cuya
frecuencia de oscilación depende de la capacidad total de la
disposición de circuito.
Además, el circuito de valoración contiene por
ejemplo un contador de sucesos para contar los impulsos de la señal
de salida de los varios circuitos de sensor.
Además es ventajoso que el circuito de
valoración compare la frecuencia de una señal de salida de los
varios circuitos de sensor con una frecuencia de base respectiva,
en que la frecuencia de base respectiva es una frecuencia,
promediada sobre un periodo de tiempo grande, de la señal de salida
del respectivo circuito de sensor cuando no es tocado el respectivo
elemento de sensor capacitivo, para compensar una deriva de los
umbrales de conmutación y de los valores de componentes de la
disposición de circuito.
Las anteriores características y ventajas de la
invención, así como otras adicionales, se entenderán mejor a partir
de la siguiente descripción de ejemplos de realización preferidos,
no limitativos, con referencia a los dibujos adjuntos. En ellos
muestran:
la figura 1 un diagrama de bloques para la
explicación del principio básico de la disposición de circuito
conforme a la presente invención;
la figura 2 un diagrama de bloques de una
disposición de circuito para un conmutador táctil capacitivo
conforme a un primer ejemplo;
la figura 3 un diagrama de bloques de una
disposición de circuito para varios conmutadores táctiles
capacitivos conforme a un segundo ejemplo;
la figura 4 un diagrama de bloques de una
disposición de circuito para varios conmutadores táctiles
capacitivos conforme a un tercer ejemplo;
la figura 5 un diagrama de bloques de una
disposición de circuito para un conmutador táctil capacitivo
conforme a un cuarto ejemplo; y
la figura 6 un diagrama de bloques de una
disposición de circuito para varios conmutadores táctiles
capacitivos conforme a un primer ejemplo de realización de la
presente invención.
La figura 1 muestra la estructura básica de una
disposición de circuito para un conmutador táctil capacitivo que
puede emplearse en aparatos eléctricos, en particular en aparatos
domésticos tales como cocinas, encimeras de cocción, hornos
microondas, lavavajillas, lavadoras y similares. Con ayuda de la
figura 1 se explicará primeramente el principio básico de la
presente invención; a continuación se describen con referencia a las
figuras 2 hasta 5 diferentes ejemplos comparativos así como con
referencia a la figura 6 un ejemplo de realización de una
disposición de circuito conforme a la invención.
La disposición de circuito para un conmutador
táctil capacitivo comprende un circuito de sensor y un circuito de
valoración, en que en las figuras sólo está representado
respectivamente el circuito de sensor, cuya señal de salida es
conducida al circuito de valoración. El circuito de sensor contiene
en particular un elemento de sensor capacitivo S, por ejemplo en
forma de un elemento superficial de condensador, que junto con un
usuario forma, a través de un dieléctrico D como parte de un panel
de control del aparato doméstico, una capacidad Ct. Esta capacidad
Ct del elemento de sensor S es variable correspondientemente a la
activación del conmutador táctil capacitivo, es decir a que sea
tocado o no sea tocado el elemento de sensor capacitivo S. Debe
hacerse notar sin embargo expresamente en este punto que la
presente invención no está limitada a un tipo o disposición
especial del elemento de sensor capacitivo S.
En paralelo a este elemento de sensor capacitivo
S está conectado un elemento de capacidad C1. En paralelo al
circuito en paralelo, así formado a partir del elemento de capacidad
C1 y del elemento de sensor capacitivo S, está conectada la entrada
de un convertidor de capacidad/frecuencia Cf. Este convertidor de
capacidad/frecuencia Cf genera en la salida una señal rectangular
de frecuencia Out, cuya frecuencia depende de la capacidad en la
entrada del convertidor de capacidad/frecuencia Cf.
En caso de que el conmutador táctil capacitivo
no sea activado, es decir que el elemento de sensor capacitivo S no
sea tocado, no hay capacidad Ct del elemento de sensor (Ct=0) y la
capacidad total en la entrada del convertidor de
capacidad/frecuencia Cf está formada sólo por la capacidad C1. En
este caso, la señal de salida Out del convertidor de
capacidad/frecuencia tiene una frecuencia de base determinada. Si
por el contrario es activado el conmutador táctil capacitivo, es
decir es tocado el elemento de sensor capacitivo S, la capacidad
total en la entrada del convertidor de capacidad/frecuencia Cf está
formada por la conexión en paralelo de la capacidad C1 y del valor
de capacidad Ct del elemento de sensor capacitivo S. A través de
ello varia la frecuencia de la señal de salida Out del convertidor
de capacidad/frecuencia Cf.
El circuito de valoración, al que es conducida
la señal de salida Out del convertidor de capacidad/frecuencia Cf,
puede detectar, por medición de la frecuencia o respectivamente
recuento de los impulsos de la señal de salida Out del circuito de
sensor anteriormente descrito, que el elemento de sensor capacitivo
S es tocado. El recuento de los impulsos se produce por ejemplo
mediante un contador de sucesos integrado en un
microcontrolador.
Para compensar una deriva, que se produce en la
práctica, de los umbrales de conmutación y de los valores de
componentes del circuito de sensor, el circuito de valoración
utiliza como frecuencia de base preferentemente la frecuencia,
promediada sobre un periodo de tiempo relativamente grande, cuando
no es tocado el elemento de sensor capacitivo S. Una activación del
conmutador táctil capacitivo puede detectarse correspondientemente
a ello de forma sencilla mediante un salto de frecuencia de la señal
de salida Out con relación a esta frecuencia de base. La
sensibilidad del conmutador táctil capacitivo puede ajustarse
mediante la magnitud del valor umbral para la variación de
frecuencia con relación a la frecuencia de base.
Con ayuda de la figura 2 se explica ahora más
detalladamente un primer ejemplo de una disposición de circuito.
El convertidor de capacidad/frecuencia Cf de la
disposición de circuito de base de la figura 1 está formado por un
inversor IC1, que está conectado con realimentación a través de una
resistencia y tiene una histéresis de entrada. Incluyendo la
capacidad C1, esta disposición forma un oscilador rectangular. Son
determinantes para la frecuencia de la señal de salida Out del
oscilador rectangular así formado, junto a las magnitudes de los
umbrales de conexión y desconexión de entrada, en particular la
resistencia R1, la capacidad C1 y el valor de capacidad Ct
introducido a través del elemento de sensor capacitivo S.
Como se ilustra en el segundo ejemplo de la
figura 3, esta disposición de circuito para un conmutador táctil
capacitivo puede tener también varios circuitos de sensor, cuyas
señales de salida Out1, Out2, Out3 son conducidas a un circuito de
valoración común (no representado).
Los circuitos de sensor individuales
corresponden en su estructura y modo de funcionamento al circuito de
sensor anteriormente explicado con ayuda de la figura 2; en
particular, cada uno de los circuitos de sensor contiene un
elemento de sensor capacitivo S, un elemento de capacidad C1 y un
convertidor de capacidad/frecuencia Cf. Las señales de salida Out1,
Out2, Out3 de los (en este caso tres) circuitos de sensor son
conducidas a las (en este caso tres) entradas del conmutador
alternativo SW. Este conmutador alternativo conecta mediante un
control del circuito de valoración sus entradas a su salida de forma
temporalmente consecutiva, de forma que al circuito de salida son
conducidas de forma temporalmente consecutiva las señales de salida
Out1, Out2, Out3 individuales para una valoración
adicional.
adicional.
El conmutador alternativo SW puede estar formado
por ejemplo por un componente multiplexor digital, que pone en la
salida las señales de salida Out1, Out2, Out3 de los varios
circuitos de sensor según un procedimiento de multiplexación en el
tiempo. Para la valoración de por ejemplo seis elementos de sensor
capacitivos S son necesarios sólo un componente multiplexor, un
componente inversor séxtuple con histéresis de entrada así como
seis condensadores y resistencias.
Se da por supuesto que la disposición de
circuito representada en la figura 3 no está limitada sólo a los
tres circuitos de sensor con en conjunto tres elementos de sensor
capacitivos S. En vez de ello, al circuito de valoración común
pueden ser conducidas también las señales de salida Out de sólo dos
o de más de tres circuitos de sensor a través del conmutador
alternativo SW.
La figura 4 muestra como tercer ejemplo una
variante del segundo ejemplo de una disposición de circuito con
varios circuitos de sensor.
La disposición de circuito de la figura 4 se
diferencia por el hecho de que aquí el circuito en paralelo
compuesto por la capacidad C1 y el valor de capacidad Ct del
elemento de sensor capacitivo S de los varios circuitos de sensor
está unido directamente a las entradas del conmutador alternativo
SW. La salida del conmutador alternativo SW está unida en este caso
a través de un inversor IC1 al circuito de valoración. La salida del
inversor IC1 común está conectada con realimentación
respectivamente a través de la resistencia R1 hacia los circuitos
de sensor individuales.
Esta disposición de circuito hace posible, para
el caso de varios circuitos de sensor, una reducción adicional de
los componentes necesarios, ya que tiene que emplearse un único
inversor IC1 para todos los circuitos de sensor.
A continuación se explican más detalladamente
con ayuda de las figuras 5 y 6 un cuarto ejemplo o respectivamente
un primer ejemplo de realización.
El cuarto ejemplo y el primer ejemplo de
realización se diferencian del primer o respectivamente segundo
ejemplo anteriormente descrito por el hecho de que el convertidor
de capacidad/frecuencia Cf de los circuitos de sensor tiene, en vez
de un inversor con histéresis de entrada IC1, un elemento lógico
"Y" negador (NAND) con histéresis de entrada IC2. Otros
componentes de las disposiciones de circuito y sus modos de
funcionamiento son iguales a los descritos anteriormente, de modo
que se renuncia a una explicación repetida de ellos en detalle.
Como se representa en la figura 5, una entrada
del elemento lógico "Y" negador IC2, que tiene una histéresis
de entrada, está conectada en paralelo al circuito en paralelo del
elemento de capacidad fija C1 y del elemento de sensor capacitivo
S. A través de la otra entrada del elemento lógico "Y" negador
IC2, en la que no es necesaria ninguna histéresis de entrada, es
por ello posible en caso necesario desconectar o respectivamente
llevar a un estado estático el oscilador rectangular constituido
por el elemento lógico "Y" negador.
Esta desconexión en caso necesario del oscilador
rectangular tiene, en particular cuando hay varios circuitos de
sensor que operan según un procedimimento de multiplexación en el
tiempo, la ventaja de que es posible poner sólo en estado de
oscilación respectivamente aquel oscilador rectangular que debe ser
valorado en ese momento; todos los demás osciladores rectangulares
pueden ser desconectados. A través de ello puede evitarse en
particular en caso de líneas de sensor densamente agrupadas (líneas
de unión entre los elementos de sensor S y las entradas del
convertidor de capacidad/frecuencia Cf) un acoplamiento mutuo de
señales, que de otro modo sería fácilmente posible debido a la gran
sensibilidad de las entradas del convertidor de capacidad/frecuencia
Cf.
La estructura de circuito de un ejemplo de
realización así con varios circuitos de sensor, cuyos convertidores
de capacidad/frecuencia Cf contienen respectivamente el elemento
lógico "Y" negador con histéresis de entrada IC2, está
ilustrada en la figura 6.
Los circuitos de sensor individuales de la
disposición de circuito de la figura 6 corresponden en su estructura
y modo de funcionamiento al circuito de sensor explicado
anteriormente con ayuda de la figura 5; en particular, cada uno de
los circuitos de sensor contiene un elemento de sensor capacitivo S,
un elemento de capacidad C1 y un convertidor de
capacidad/frecuencia Cf con un elemento lógico "Y" negador IC2
con histéresis de entrada. Las señales de salida Out1, Out2, Out3
de los (en este caso tres) circuitos de sensor son conducidas a las
(en este caso tres) entradas de un primer conmutador alternativo
SW1. Este primer conmutador alternativo SW1 conecta mediante un
control del circuito de valoración sus entradas a su salida de forma
temporalmente consecutiva, de forma que al circuito de salida son
conducidas de forma temporalmente consecutiva las señales de salida
individuales Out1, Out2, Out3 para una valoración adicional.
En el procedimiento de multiplexación en el
tiempo puede conectarse, para el periodo de tiempo en el que debe
ser valorada la frecuencia del circuito de sensor respectivo, el
oscilador rectangular correspondiente, mientras que los osciladores
rectangulares de los demás circuitos de sensor permanecen
desconectados para evitar un eventual acoplamiento mutuo de
señales. La conexión en el momento justo de los osciladores
rectangulares puede producirse por ejemplo a través de otro
conmutador alternativo SW2, por ejemplo en la forma de un
desmultiplexor, que es accionado de forma síncrona con el primer
conmutador alternativo SW1. Con ello es posible emplear para el
primer y el segundo conmutador alternativo SW1 y SW2 las mismas
señales de control ("Control" en la figura), lo que tiene como
ventaja que no son necesarias más líneas de control.
A diferencia del primer conmutador alternativo
SW1 para la señal de salida Out, en el segundo conmutador
alternativo SW2 para la conexión de los osciladores rectangulares
el sentido de las señales es inverso, es decir una entrada (VS)
debe ser guiada a varias salidas. Hacia la entrada del segundo
conmutador alternativo SW2 puede ser conducida una señal ON (señal
de conectar) fija, por ejemplo como tensión de operación Vs, como
"Uno" lógico o como valor "Alto". Alternativamente, hacia
la entrada del segundo conmutador alternativo SW2 puede ser
conducida también una señal ON variable (controlada), de forma que
en caso necesario pueden ser desconectados también todos los
osciladores rectangulares de los circuitos de sensor.
La señal ON es distribuida por el segundo
conmutador alternativo SW2 a los diversos osciladores rectangulares
de los circuitos de sensor. En caso de que las salidas, para una
señal ON no transferida, estén sin definir (por ejemplo con
resistencia alta), las salidas del segundo conmutador alternativo
SW2 son unidas respectivamente a una resistencia
pull-down (de reducción de tensión)
R4-R6, para conducir a los osciladores rectangulares
que hay que desconectar una señal OFF (señal de desconectar), por
ejemplo como masa, como "Cero" lógico o como valor
"Bajo".
Se da por supuesto que tampoco la disposición de
circuito representada en la figura 6 está limitada sólo a los tres
circuitos de sensor con en conjunto tres elementos de sensor
capacitivos S. En vez de ello, al circuito de valoración común
pueden ser conducidas también las señales de salida Out de sólo dos
o de más de tres circuitos de sensor a través del primer conmutador
alternativo SW1.
Aunque no se haya representado expresamente,
como ejemplo adicional es también posible construir sobre la base
de la disposición de circuito con un circuito de sensor de la figura
5 una disposición de circuito con varios circuitos de sensor de
forma análoga a la figura 4. Esto quiere decir que los circuitos en
paralelo compuestos por la capacidad fija C1 y el valor de
capacidad Ct del elemento de sensor capacitivo S de los varios
circuitos de sensor son unidos directamente a las entradas del
primer conmutador alternativo SW1, cuya salida está unida a través
de un elemento lógico "Y" negador con histéresis de entrada IC2
al circuito de valoración.
Las explicaciones realizadas anteriormente con
relación a la figura 1 respecto al circuito de valoración son por
supuesto válidas igualmente para todos los ejemplos y para el
ejemplo de realización.
Claims (6)
1. Disposición de circuito para varios
conmutadores táctiles capacitivos, con varios circuitos de sensor
con respectivamente un elemento de sensor capacitivo (S), que al
ser tocado varía su valor de capacidad (Ct); y con un circuito de
valoración, al que son conducidas las señales de salida (Out1, Out2,
Out3) de los varios circuitos de sensor a través de un conmutador
(SW1) de forma alternativa, para determinar si los elementos de
sensor capacitivos (S) son activados o no, en que cada uno de los
varios circuitos de sensor tiene un circuito en paralelo compuesto
por un elemento de capacidad (C1) y por el elemento de sensor
capacitivo (S), y al circuito en paralelo está unido
respectivamente un convertidor de capacidad/frecuencia (Cf), que
genera en su salida una señal de frecuencia, cuya frecuencia
depende de la capacidad total del respectivo circuito en paralelo
del elemento de capacidad (C1) y del elemento de sensor capacitivo
(S), caracterizada porque cada uno de los varios circuitos
de sensor tiene un oscilador rectangular desconectable, que está
constituido por el convertidor de capacidad/frecuencia (Cf) y por
el elemento de capacidad (C1), y simultáneamente sólo está activado
uno de los varios osciladores rectangulares.
2. Disposición de circuito según la
reivindicación 1, caracterizada porque la entrada del
convertidor de capacidad/frecuencia (Cf) está conectada
respectivamente en paralelo al circuito en paralelo del elemento de
capacidad (C1) y del elemento de sensor capacitivo (S).
3. Disposición de circuito según la
reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque el convertidor de
capacidad/
frecuencia (Cf) está formado respectivamente por un elemento lógico "Y" negador (IC2), cuya entrada, unida al circuito en paralelo del elemento de capacidad (C1) y del elemento de sensor capacitivo (S), tiene una histéresis.
frecuencia (Cf) está formado respectivamente por un elemento lógico "Y" negador (IC2), cuya entrada, unida al circuito en paralelo del elemento de capacidad (C1) y del elemento de sensor capacitivo (S), tiene una histéresis.
4. Disposición de circuito según la
reivindicación 1, caracterizada porque el convertidor de
capacidad/frecuencia (Cf) tiene respectivamente un elemento lógico
"Y" negador con histéresis de entrada (IC2), cuya señal de
salida (Out1, Out2, Out3) es conducida al conmutador (SW1).
5. Disposición de circuito según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el
circuito de valoración contiene un contador de sucesos para contar
los impulsos de una señal de salida (Out1, Out2, Out3) de los
circuitos de sensor.
6. Disposición de circuito según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el
circuito de valoración compara la frecuencia de una señal de salida
(Out1, Out2, Out3) de los circuitos de sensor con una frecuencia de
base respectiva, en que la frecuencia de base respectiva es una
frecuencia, promediada sobre un periodo de tiempo grande, de la
señal de salida (Out1, Out2, Out3) del respectivo circuito de sensor
cuando no se toca el respectivo elemento de sensor capacitivo
(S).
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