LU500032B1 - Low-Cost, High Measurement Speed Capacitive Sensing Circuit for Loading Mode Operation of Capacitive Sensors - Google Patents
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Claims (13)
1. Impedanzmessschaltung zum Bestimmen einer komplexen Impedanz (1, 2) eines kapazitiven Sensors mit mindestens einer Abfühlelektrode, die im Lademodus betreibbar ist, und mindestens einer Schutzelektrode, umfassend - eine Impulsgeneratoreinheit zum Bereitstellen eines periodischen elektrischen Messsignals, das mehrere verschiedene Grundmessfrequenzen umfasst, und zum Bereitstellen eines periodischen elektrischen Schutzsignals, - eine Signalabfühlschaltung, aufweisend Strommessmittel (33, 33') zum Abfühlen eines Abfuhlstroms, der durch die mindestens eine Abfühlelektrode oder die Abfühlelektroden fließt, als Reaktion auf das Messsignal der Impulsgeneratoreinheit, und - eine Steuer- und Auswerteeinheit, die zumindest dafür ausgelegt ist, eine komplexe Impedanz (1, 2) anhand der bestimmten Abfühlstrôme mit Bezug auf ein komplexes Bezugspotential zu bestimmen.
2. Impedanzmessschaltung nach Anspruch 1, ferner umfassend fernsteuerbare elektrische Verbindungsmittel (26, 29) für mindestens eines von dem selektiven Verbinden eines von mindestens zwei bereitgestellten Bezugspotentialen mit einem Bezugseingangsanschluss der Strommessmittel (33, 33') und dem selektiven elektrischen betrieblichen Verbinden mindestens einer Bezugsimpedanz (10, 10', 11, 11') einer a priori bekannten Impedanz parallel entweder zu der mindestens einen Abfühlelektrode oder zu dem bereitgestellten Schutzsignal, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit ferner dafür ausgelegt ist, die fernsteuerbaren elektrischen Verbindungsmittel (26, 29) gemäß einer vorbestimmten Sequenz zu steuern und eine komplexe Impedanz (1, 2) anhand der bestimmten Abfühlströme mit Bezug auf ein komplexes Bezugspotential während vorbestimmter Stufen der vorbestimmten Sequenz zu bestimmen.
3. Impedanzmessschaltung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Impulsgeneratoreinheit als passive und amplitudengesteuerte Generatoreinheit gestaltet ist, die mehrere synchronisierte Pulsdauermodulationseinheiten (13, 14, 15) umfasst, wobei die Impulsgeneratoreinheit dafür ausgelegt ist, Ausgangssignale der mehreren synchronisierten Pulsdauermodulationseinheiten (13, 14, 15) mit den mehreren verschiedenen Grundmessfrequenzen zu gewichten und addieren, und eine passive Tiefpassfiltereinheit (16, 17, 18, 20), die mit den addierten Ausgangssignalen in Reihe geschaltet ist.
4. Impedanzmessschaltung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Impulsgeneratoreinheit dafür ausgelegt ist, einen Digital-Analog-Wandler aufzuweisen, der mit einer digitalen Datenspeichereinheit wirkverbunden ist, und wobei die digitale Datenspeichereinheit dafür ausgelegt ist, dem Digital-Analog- Wandler Daten bereitzustellen, die das periodische elektrische Messsignal darstellen.
5 Impedanzmessschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Impulsgeneratoreinheit ferner dafür ausgelegt ist, ein periodisches Bezugssignal an mindestens eine Bezugsimpedanz (10, 10', 11, 11') einer a priori bekannten Impedanz bereitzustellen, wobei eine Grundfrequenz des periodischen Bezugssignals von jeder der mehreren Grundmessfrequenzen verschieden ist.
6. Impedanzmessschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine fernsteuerbare variable Dämpfungsschaltung, die zwischen dem bereitgestellten Schutzsignal und mindestens einer weiteren Bezugsimpedanz (300, 300') mit einer a priori bekannten Impedanz verbunden ist, wobei die mindestens eine weitere Bezugsimpedanz (300, 300') elektrisch mit der mindestens einen Abfühlelektrode verbunden ist.
7. Impedanzmessschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit einen Mikrokontroller (12) umfasst, der eine Prozessoreinheit, eine digitale Datenspeichereinheit, einen Mikrokontroller- Systemtakt und eine Analog-Digital-Wandlereinheit mit mindestens einem
Analog-Digital-Wandler (9, 9) zumindest zum Umwandeln eines Ausgangssignals der Signalabfühischaltung aufweist.
8. Impedanzmessschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit dafür ausgelegt ist, ein Aquivalent-Zeit- Abtastverfahren auszuführen.
9. Impedanzmessschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit dafür ausgelegt ist, ein Softwaredemodulationsverfahren an einem Spannungssignal anzuwenden, das für einen Abfühlstrom steht und digital durch die Analog-Digital-Wandlereinheit umgewandelt wird, um einen Realteil und einen Imaginärteil der komplexen Impedanz (1, 2) des kapazitiven Sensors zu bestimmen.
10. Impedanzmessschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit dafür ausgelegt ist, eine komplexe diskrete Fourier- Transformierte DFT oder eine komplexe schnelle Fourier-Transformierte FFT an einem Spannungssignal anzuwenden, das für einen Abfühlstrom steht und digital durch die Analog-Digital-Wandlereinheit umgewandelt wird.
11. Kapazitive Abfühlvorrichtung, umfassend - eine Impedanzmessschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, und - einen kapazitiven Sensor mit mindestens einer Abfühlelektrode, die im Lademodus betreibbar ist, und mindestens einer Schutzelektrode.
12. Verwendung einer kapazitiven Abfühlvorrichtung nach Anspruch 11 in einem Fahrzeuglenkrad für eine kapazitive Erkennung, dass keine Handberührung vorliegt.
13. Verwendung einer kapazitiven Abfühlvorrichtung nach Anspruch 11 in einem Fahrzeugsitz für eine Sitzbelegungserkennung und/oder -klassifizierung.
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