电容式触摸开关的制作方法
【专利摘要】一种电容式触摸开关，包括单火线单元、保持单元、抗扰单元和触摸单元，通过电容式触摸按键控制可控交流开关电路的通断实现开关功能。所述电容式触摸开关能够有效地将工频干扰及工频以上的干扰脉冲滤除，即允许宽度大于规定值的正常触摸操作脉冲信号通过，自动过滤负宽脉冲期间的正窄脉冲和正宽脉冲期间的负窄脉冲，特别是能够快速恢复过滤能力过滤连续的正窄脉冲或者负窄脉冲干扰信号；需要过滤的正窄脉冲和负窄脉冲最大宽度能够分别通过改变充电时间常数和放电时间常数进行调整。所述电容式触摸开关可以作为普通开关的替代产品。
【专利说明】
电容式触摸开关
技术领域
[0001]本发明涉及一种电器设备的控制开关，尤其是一种电容式触摸开关。【背景技术】
[0002]目前市场上采用MCU进行控制电容式触摸开关，其MCU容易受到各种干扰影响，开关易出现非受控的误动作。采用触发式输出的触发1C模块，特别是电容触摸1C，其本身的抗干扰能力低，开关同样易出现非受控的误动作。
【发明内容】
[0003]为了解决现有电容式触摸开关存在的容易出现误动作问题，本发明提供了一种电容式触摸开关，包括单火线单元、保持单元、抗扰单元和触摸单元。
[0004]所述单火线单元包括单火线取电模块和单火线通断控制模块，设置有单火线输入端、n个单火线输出端、n个单火线通断控制信号输入端和直流工作电源输出端。
[0005]所述保持单元设置有n个单火线通断控制信号输出端和n个控制脉冲输入端;所述 n个单火线通断控制信号输出端连接至n个单火线通断控制信号输入端。
[0006]所述抗扰单元设置有n个控制脉冲输出端和n个触摸脉冲输入端;所述n个控制脉冲输出端连接至n个控制脉冲输入端。
[0007]所述触摸单元设置有n个触摸脉冲输出端，所述n个触摸脉冲输出端连接至n个触摸脉冲输入端。
[0008]所述n为大于等于1的整数。
[0009]所述单火线通断控制模块由n个可控交流开关电路组成;所述n个可控交流开关电路分别由n个单火线通断控制信号输入端输入的n个单火线通断控制信号控制。
[0010]所述单火线取电模块具有单火线开态取电功能和关态取电功能，用于向单火线通断控制模块以及触摸单元、保持单元、抗扰单元提供直流工作电源;所述直流工作电源的地端为单火线通断控制模块以及触摸单元、保持单元、抗扰单元的公共地。
[0011]所述触摸单元采用电容式触摸按键，输出n个触摸脉冲。[0012 ]所述抗扰单元由n个抗扰电路组成;所述抗扰电路包括正向抗干扰电路、反向抗干扰电路、数据选择器。
[0013]所述抗高频干扰脉冲信号电路的触摸脉冲从触摸脉冲端输入，控制脉冲从控制脉冲端输出；所述正向抗干扰电路和反向抗干扰电路的输入端连接至触摸脉冲端;所述数据选择器为二选一数据选择器;所述数据选择器的二个数据输入端分别连接至正向抗干扰电路和反向抗干扰电路的输出端;所述数据选择器的数据输出端为控制脉冲端;所述数据选择器由控制脉冲进行数据选择控制。[〇〇14]所述正向抗干扰电路包括快速放电二极管、充电电阻、正向抗干扰电容、正向抗干扰施密特电路;所述快速放电二极管阴极为正向抗干扰电路的输入端，阳极连接至正向抗干扰施密特电路输入端;所述充电电阻与快速放电二极管并联;所述正向抗干扰电容的一端连接至正向抗干扰施密特电路输入端，另外一端连接至抗高频干扰脉冲信号电路的公共地或者是直流工作电源。
[0015]所述反向抗干扰电路包括快速充电二极管、放电电阻、反向抗干扰电容、反向抗干扰施密特电路;所述快速充电二极管阳极为反向抗干扰电路的输入端，阴极连接至反向抗干扰施密特电路输入端;所述放电电阻与快速充电二极管并联;所述反向抗干扰电容的一端连接至反向抗干扰施密特电路输入端，另外一端连接至抗高频干扰脉冲信号电路的公共地或者是直流工作电源。
[0016]所述正向抗干扰施密特电路输出端为正向抗干扰电路输出端，反向抗干扰施密特电路输出端为反向抗干扰电路输出端。
[0017]所述数据选择器输出信号与正向抗干扰电路输入信号之间为同相关系时，数据选择器输出信号与反向抗干扰电路输入信号之间也为同相关系;所述数据选择器输出信号与正向抗干扰电路输入信号之间为反相关系时，数据选择器输出信号与反向抗干扰电路输入信号之间也为反相关系。
[0018]所述数据选择器由控制脉冲进行数据选择控制的具体方法是，当数据选择器输出信号与正向抗干扰电路输入信号之间为同相关系、数据选择器输出信号与反向抗干扰电路输入信号之间为同相关系时，控制脉冲的低电平控制数据选择器选择正向抗干扰施密特电路的输出信号送到数据选择器的输出端，高电平控制数据选择器选择反向抗干扰施密特电路的输出信号送到数据选择器的输出端；当数据选择器输出信号与正向抗干扰电路输入信号之间为反相关系、数据选择器输出信号与反向抗干扰电路输入信号之间为反相关系时， 控制脉冲的低电平控制数据选择器选择反向抗干扰施密特电路的输出信号送到数据选择器的输出端，高电平控制数据选择器选择正向抗干扰施密特电路的输出信号送到数据选择器的输出端。
[0019]所述抗扰电路能够过滤的正窄脉冲宽度通过改变充电时间常数来进行控制，能够过滤的负窄脉冲宽度通过改变放电时间常数来进行控制。
[0020]所述充电时间常数为充电电阻与正向抗干扰电容的乘积;所述放电时间常数为放电电阻与反向抗干扰电容的乘积。
[0021]本发明的有益效果是:所述电容式触摸开关允许宽度大于规定值的正常触摸操作脉冲信号通过，自动过滤负宽脉冲期间的正窄脉冲和正宽脉冲期间的负窄脉冲，特别是能够快速恢复过滤能力过滤连续的正窄脉冲或者负窄脉冲干扰信号；需要过滤的正窄脉冲和负窄脉冲最大宽度能够分别通过改变充电时间常数和放电时间常数进行调整;可以替代普通开关。【附图说明】
[0022]图1是电容式触摸开关实施例结构图；
[0023]图2是单火线单元实施例1电路；[〇〇24]图3是单火线单元实施例2电路；[〇〇25]图4是单火线单元实施例3电路；
[0026]图5是单火线单元实施例4电路；[〇〇27]图6是触摸单元实施例1电路；
[0028]图7是触摸单元实施例2电路；[〇〇29]图8为第1路开关抗扰电路实施例；[〇〇3〇]图9为抗扰电路实施例的波形。【具体实施方式】[〇〇31]以下结合附图对本发明作进一步说明。
[0032]如图1所示为电容式触摸开关实施例结构图，包括单火线单元10、保持单元20、抗扰单元30和触摸单元40。
[0033]触摸单元输出的n个触摸脉冲P1 — Pn被送至抗扰单元，抗扰单元对n个触摸脉冲分别进行抗干扰处理后，输出的n个控制脉冲Ml — Mn被送至保持单元，保持单元对n个控制脉冲分别进行触发及状态保持处理后，输出的n个单火线通断控制信号G1 — Gn被送至单火线单元。n为电容式触摸开关的开关数量，即所述电容式触摸开关有n路开关。
[0034]所述单火线单元包括单火线取电模块和单火线通断控制模块，设置有单火线输入端AC、n个单火线输出端AC1 — ACn、n个单火线通断控制信号输入端G1 — Gn和直流工作电源输出端+VCC。单火线取电模块具有单火线开态取电功能和关态取电功能，用于向单火线通断控制模块以及触摸单元、保持单元、抗扰单元提供直流工作电源。直流工作电源的地端为单火线通断控制模块以及触摸单元、保持单元、抗扰单元的公共地。
[0035]如图2所示为n等于3的单火线单元实施例1的电路。单火线取电模块包括单火线稳压器U01及其外围元件二极管D51、二极管D61、二极管D71、电容CO 1、电容C02、电感L01、电感 L02,以及低压差稳压器U02及其外围元件电容C03、电容C04。单火线单元实施例1中，单火线稳压器U01的型号为MP-6V-02S，低压差稳压器U02的型号为HT7350。[0〇36]单火线输入端AC是单火线单元的模拟地AGND，连接至单火线稳压器U01的交流电压公共端COM;电容C01的两端分别连接至单火线稳压器U01的滤波电容输入端FIL和交流电压公共端COM;单火线稳压器U01的直流输出电压地GND端为单火线单元的公共地，电感L02 的两端分别连接至单火线单元的公共地和模拟地;二极管D51、二极管D61、二极管D71、电感 L01和电容C02组成半波整流滤波电路，半波整流滤波电路的输入由二极管D51、二极管D61、 二极管D71分别连接至3个单火线输出端六(:1^02^03，输出连接至单火线稳压器1]01的直流高压输入端HDC。单火线稳压器U01还设有直流电压输出端VCC、交流电压端AC。二极管D51、 二极管D61、二极管D71组成或逻辑关系，3个单火线输出端AC1、AC2、AC3中只要有一个有 220V交流电，则U01的直流高压输入端HDC得到直流高压输入。[〇〇37]低压差稳压器U02的输入端VIN连接至单火线稳压器U01的直流电压输出端VCC，U01的直流电压输出端输出直流电压+VCC1;低压差稳压器U02输出端V0UT输出+5V的直流工作电源+VCC;单火线稳压器U01的地端GND连接至单火线单元的公共地;电容C03、电容C04分别为低压差稳压器U02的输入电压、输出电压滤波电容。
[0038]单火线单元实施例1的单火线通断控制模块为3个结构相同的双向晶闸管开关电路，分别由单火线通断控制信号G1、G2、G3控制通断。第1路包括双向晶闸管V51、可控硅输出光耦U51、电阻R51、电阻R52、电阻R53;第2路包括双向晶闸管V61、可控硅输出光耦U61、电阻 R61、电阻R62、电阻R63;第3路包括双向晶闸管V71、可控硅输出光耦U71、电阻R71、电阻R72、 电阻R73。可控硅输出光耦U51、U61、U71为移相型，单火线单元实施例1中，他们的型号为M0C3053。增加开关数量时，需要增加结构相同的双向晶闸管开关电路，以及相应的组成或逻辑关系的半波整流二极管;减少开关数量时，去掉1 一 2路双向晶闸管开关电路，以及相应的组成或逻辑关系的半波整流二极管即可。
[0039]以图2中第1路双向晶闸管开关电路为例说明。双向晶闸管V51的两个阳极端分别连接至单火线输出端AC1和单火线稳压器U01的交流电压端AC;电阻R51并联在双向晶闸管 V51的两个阳极端;可控硅输出光耦U51的输出可控硅与电阻R52串联，其串联支路连接至双向晶闸管V51的第一阳极和控制极;可控娃输出光親U51的输入发光二极管与电阻R53串联， 其串联支路一端连接至直流工作电源+VCC，另外一端为单火线通断控制信号输入端G1。单火线通断控制信号G1为低电平时，双向晶闸管V51导通，第1路开关为开态;单火线通断控制信号G1为高电平时，双向晶闸管V51截止，第1路开关为关态。
[0040]图2中，当双向晶闸管V51、V61、V71中有1个截止时，经二极管D51、二极管D61、二极管D71组成的或逻辑半波整流和电感L01、电容C02的滤波后，得到300V以上的直流电压送至单火线稳压器U01的直流高压输入端HDC，单火线稳压器U01经DC/DC后输出直流电压+VCC1， 实现关态取电。当双向晶闸管V51、V61、V71全部导通时，负载电流经由单火线稳压器U01的交流电压端AC和交流电压公共端COM导通，单火线稳压器U01通过负载电流进行取电，实现开态取电，电容C01为开态取电滤波电容。单火线稳压器U01开态取电输出的直流电压+VCC1 与负载功率有关，即功率越大输出直流电压+VCC1相应增大。
[0041]如图3所示为n等于3的单火线单元实施例2的电路。单火线单元实施例2的单火线取电模块结构与工作原理与单火线单元实施例1完全一样，包括单火线稳压器U01及其外围元件二极管D51、二极管D61、二极管D71、电容C01、电容C02、电感L01、电感L02，以及低压差稳压器U02及其外围元件电容C03、电容C04。
[0042]单火线单元实施例2的单火线通断控制模块为3个结构相同的继电器开关电路，分别由单火线通断控制信号G1、G2、G3控制通断。第1路包括继电器开关J54、继电器线圈J50、 三极管V50、二极管D50、电阻R50、电阻R54;第2路包括继电器开关J64、继电器线圈J60、三极管V60、二极管D60、电阻R60、电阻R64;第3路包括继电器开关J74、继电器线圈J70、三极管 V70、二极管D70、电阻R70、电阻R74。增加开关数量时，需要增加结构相同的继电器开关电路，以及相应的组成或逻辑关系的半波整流二极管;减少开关数量时，去掉1 一2路继电器开关电路，以及相应的组成或逻辑关系的半波整流二极管即可。[〇〇43]以图3中第1路继电器开关电路为例说明。继电器开关J54的两端分别连接至单火线输出端AC1和单火线稳压器U01的交流电压端AC;电阻R54并联在继电器开关J54的两端； 继电器线圈J50为三极管V50的集电极负载，继电器线圈J50的供电电源为U01输出端输出的直流电压+VCC1;二极管D50为继电器线圈J50的续流二极管；电阻R50为三极管V50基极的限流电阻，连接单火线通断控制信号输入端G1与三极管V50基极。单火线通断控制信号G1为高电平时，三极管V50导通，继电器线圈J50得电，继电器开关J54闭合，第1路开关为开态;单火线通断控制信号G1为低电平时，三极管V50截止，继电器线圈J50失电，继电器开关J54断开， 第1路开关为关态。[〇〇44]图3中，当继电器开关J54、J64、J74中有1个断开时，经二极管D51、二极管D61、二极管D71组成的或逻辑半波整流和电感L01、电容C02的滤波后，得到300V以上的直流电压送至单火线稳压器U01的直流高压输入端HDC，单火线稳压器U01经DC/DC后输出直流电压+VCC1，实现关态取电。当继电器开关J54、J64、J74全部闭合导通时，负载电流经由单火线稳压器 U01的交流电压端AC和交流电压公共端COM导通，单火线稳压器U01通过负载电流进行取电， 实现开态取电，电容C01为开态取电滤波电容。单火线稳压器U01开态取电输出的直流电压+ VCC1与负载功率有关，即功率越大输出直流电压+VCC1相应增大。
[0045]如图4所示为n等于2的单火线单元实施例3的电路。单火线取电模块包括单火线稳压器U05及其外围元件电容C05、电容C06、电感L05、二极管D55、二极管D65、整流桥U56,以及低压差稳压器U06及其外围元件电容C07、电容C08。单火线单元实施例3中，单火线稳压器 U05的型号为BSW-6V-03S，低压差稳压器U06的型号为HT7350。[〇〇46]单火线稳压器U05设置有直流高压输入端HDC、直流输出电压地端GND、直流电压输出端VCC、开态输入直流电压端ACC，其直流输出电压地GND为单火线单元的公共地。[〇〇47]二极管D55、二极管D65、电感L05和电容C05组成半波整流滤波电路，半波整流滤波电路的输入由二极管D55、二极管D65分别连接至2个单火线输出端AC1、AC2,输出连接至单火线稳压器U05的直流高压输入端HDC。二极管D55、二极管D65组成或逻辑关系，2个单火线输出端AC1、AC2中只要有一个有220V交流电，则U05的直流高压输入端HDC得到直流高压输入。[〇〇48]低压差稳压器U06的输入端VIN连接至单火线稳压器U05的直流电压输出端VCC，U05的直流电压输出端输出直流电压+VCC2;低压差稳压器U06输出端V0UT输出+5V的直流工作电源+VCC;电容C07、电容C08分别为低压差稳压器U06的输入电压、输出电压滤波电容。
[0049]单火线单元实施例3的单火线通断控制模块为2个结构相同的双向晶闸管开关电路，分别由单火线通断控制信号G1、G2控制通断。第1路包括双向晶闸管V55、可控硅输出光耦U55、电阻R55、电阻R56、电阻R57、稳压管D56、稳压管D57;第2路包括双向晶闸管V65、可控娃输出光親U65、电阻R65、电阻R66、电阻R67、稳压管D66、稳压管D67。可控娃输出光親U55、 U65为移相型，单火线单元实施例3中，U55、U65的型号为M0C3023。增加开关数量时，需要增加与第2路结构相同的双向晶闸管开关电路，以及相应的组成或逻辑关系的半波整流二极管;减少开关数量时，去掉第2路双向晶闸管开关电路，以及相应的组成或逻辑关系的半波整流二极管即可。
[0050]以图4中第1路双向晶闸管开关电路为例说明。双向晶闸管V55的第一阳极连接至单火线输出端AC1、第二阳极连接至单火线输入端AC;电阻R55并联在双向晶闸管V55的两个阳极端;稳压管D56与稳压管D57反向串联后，一端连接至可控娃输出光親U55的输出可控娃的一端和整流桥U56的一个交流输入端，另外一端连接至双向晶闸管V55的控制极;可控娃输出光耦U55的输出可控硅的另外一端连接至双向晶闸管V55的第一阳极;整流桥U56的另外一个交流输入端连接至单火线输入端AC;电阻R56并联在双向晶闸管V55的控制极和第二阳极;可控硅输出光耦U55的输入发光二极管与电阻R57串联，其串联支路一端连接至直流工作电源+VCC，另外一端为单火线通断控制信号输入端G1。单火线通断控制信号G1为低电平时，双向晶闸管V55导通，第1路开关为开态;单火线通断控制信号G1为高电平时，双向晶闸管V55截止，第1路开关为关态。[0051 ]图4中，当双向晶闸管V55、V65中有1个截止时，经二极管D55、二极管D65组成的或逻辑半波整流和电感L05、电容C05的滤波后，得到300V以上的直流电压送至单火线稳压器 U05的直流高压输入端HDC，单火线稳压器U05经DC/DC后输出直流电压+VCC2,实现关态取电。
[0052]图4中，当2路开关全部为开态时，可控硅输出光耦U55的输出可控硅导通，由于其触发通道有2个反向串联的稳压管D56、稳压管D57,在交流电压过零但小于稳压管D56、稳压管D57的导通阈值电压时，稳压管D56、稳压管D57截止，双向晶闸管V55截止;整流桥U56的2 个交流输入端经由U5 5的输出可控硅连接至单火线输出端AC 1和单火线输入端AC;整流桥 U56的整流输出负端连接至公共地，正端连接至单火线稳压器U05的开态输入直流电压端 ACC，实现开态取电；电容C06为整流桥U56的整流输出滤波电容。当交流电压过零后电压达到稳压管D56、稳压管D57的导通阈值电压时，稳压管D56、稳压管D57导通，控制双向晶闸管 V55导通向负载供电。因此，图4所示的单火线单元实施例3在开态向负载供电时，负载是得到的不是完整的正弦波，而是有一定移相角才导通的交流电压。[〇〇53]如图5所示为n等于1的单火线单元实施例4的电路。单火线通断控制模块为单向晶闸管交流开关电路，由二极管D85、二极管D86、二极管D87、二极管D88、单向晶闸管V85组成。 二极管D85、二极管D86、二极管D87、二极管D88组成单相桥式整流电路，其2个交流输入端分别为单火线输入端AC、单火线输出端AC1。单相桥式整流电路的整流输出正端为全波整流端 AD1，整流输出负端为公共地GND。单向晶闸管V85的阳极、阴极分别连接至全波整流端AD1、 公共地。[〇〇54]单火线取电模块为DC/DC稳压电路。图5实施例中，单火线取电模由DC/DC稳压器 U85、三端稳压器U86、电阻R85、二极管D89、电容C85、电容C86、电容C87、电容C88组成，DC/DC 稳压器U85的型号是DY10、三端稳压器U86的型号是HT7250。电容C85、电阻R85、电容C86组成滤波电路;滤波电路的输入连接至二极管D89阴极、输出连接至DC/DC稳压器U85输入端；二极管D89阳极连接至全波整流端AD1;三端稳压器U86输入端连接至DC/DC稳压器U85输出端， DC/DC稳压器U85输出端输出的是直流电压+VCC3;三端稳压器U86输出端为直流工作电源+ VCC;电容C87为DC/DC稳压器U85的输出滤波电容，电容C88为三端稳压器U86的输出滤波电容。[〇〇55]HT7250输出+5V电压。如果DC/DC稳压器U85的输出电压满足的直流工作电源的供电要求，三端稳压器U86可以省略。DC/DC稳压器U85还可以选择其他具有宽范围的电压输入特性的DC/DC稳压器。[〇〇56]图5实施例中，单向晶闸管V85的触发控制电路由三极管V86、稳压管V87、电阻R86、 电阻R87、电阻R88、电阻R89组成；三极管V86集电极串联电阻R86后连接至稳压管V87阳极， 稳压管V87阴极连接至全波整流端AD1;三极管V86发射极经电阻R87连接至公共地;三极管 V86基极分别连接至电阻R88、电阻R89的一端；电阻R88的另外一端连接至公共地;三极管 V86发射极为触发信号输出端，连接至单向晶闸管V85控制极；电阻R89的另外一端为单火线通断控制信号G1输入端。[〇〇57]当单火线通断控制信号G1为低电平时，三极管V86截止，单向晶闸管V85截止，全波整流端AD 1得到的是2 20V交流整流后的全波电压，经电容C85、电阻R85、电容C86后，DC/DC稳压器U85输入端得到超过300V的直流电压，单火线取电模块实现了关态取电。[〇〇58]交流电源过零时，单向晶闸管V85关断。当单火线通断控制信号G1为高电平时，因三极管V85集电极经由稳压管V87连接至全波整流端AD1，只有当全波整流端AD1的电压大于稳压管V87的稳压值，三极管V85才导通，单向晶闸管V85才能被触发导通。全波整流端AD1的电压波形为窄电压脉冲，其脉冲幅度由稳压管V87的稳压值决定，其作用是为单火线取电模块提供开态供电电压。单火线单元实施例4在开态向负载供电时，负载是得到的不是完整的正弦波，而是有一定移相角才导通的交流电压。
[0059]单火线单元实施例1的单火线通断控制模块为3个结构相同的双向晶闸管开关电路;单火线单元实施例2的单火线通断控制模块为3个结构相同的继电器开关电路;单火线单元实施例3的单火线通断控制模块为2个结构相同的双向晶闸管开关电路;单火线单元实施例4的单火线通断控制模块为单向晶闸管交流开关电路。所述双向晶闸管开关电路、继电器开关电路、单向晶闸管交流开关电路为单火线通断控制模块中的可控交流开关电路;包括n个触摸开关的单火线通断控制模块中有n个可控交流开关电路。
[0060]如果负载为非电感性负载，前面所述的可控硅输出光耦还可以选择过零触发型器件。
[0061]如图6所示为n等于3触摸单元实施例1的电路，包括电容触摸集成模块U41、电容 〇41、电容042、电容043、电容044、电阻1?41、电阻1?42、电阻1?43、电阻1?44、电阻1?45、电阻1?46、 电阻R47、驱动器F41、驱动器F42、驱动器?43，1(1、1(2、1(3为触摸点。触摸单元实施例1中，电容触摸集成模块U41选择型号为TS04的4通道触摸ICJS04设置有输入端CS1 — CS4、输出端 OUT 1 — 0UT4、配置端RB、噪声监控端DUMMY以及电源端VDD、电源地端GND。电源端VDD、电源地端GND分别连接至直流工作电源+VCC和公共地;噪声监控端DUMMY悬空；电阻R44并联在配置端RB和公共地，电容C44并联在配置端RB和直流工作电源+VCC;输入端CS1 — CS3分别经电阻 R41、电阻R42、电阻R43连接至触摸点K1、K2、K3，电容C41、电容C42、电容C43分别并联在输入端CS1 — CS3和公共地；电阻R45、电阻R46、电阻R47分别为开漏输出0UT1 — 0UT3的上拉电阻； 0UT1 — 0UT3分别经驱动器F41 — F43驱动后输出触摸脉冲P1 — P3JS04当输入端有触摸输入时，输出端输出低电平。驱动器F41 — F43的作用是提高触摸脉冲P1 — P3的高电平驱动能力和低电平驱动能力。图6中驱动器F41-F43为反相驱动器，因此，当输入端有触摸输入时，触摸单元输出的触摸脉冲PI—P3均为正脉冲。如果F41 — F43选择同相驱动器，则当输入端有触摸输入时，触摸单元输出的触摸脉冲P1 — P3为负脉冲。TS04为4通道触摸1C，可以做4个触摸开关;如果需要其他数量的触摸开关，可以选择增加TS04芯片，或者是采用单片或者是多片单通道的TS01芯片、2通道的TS02芯片、6通道的TS06芯片、8通道的TS08芯片，或者是其他触摸1C等构成。
[0062]如图7所示为n等于2的触摸单元实施例2的电路，包括电容触摸集成模块U45、电容 C45、电容C46。触摸集成模块U45采用双键电容触摸感应开关芯片ASC0104-2，ASC0104-2的2 个触摸输入端TP0、TP1分别连接触摸点K1、K2，同时，触摸输入端TP0、TP1分别经由电容C45、 电容C46接地;ASC0104-2的2个触摸信号输出端TPQ0、TPQ1分别为触摸脉冲P1、P1;ASC0104-2的输出类型选择端和电源负端VSS连接至电源地，ASC0104-2工作在直接模式，触摸生效时输出端OUT输出高电平或者低电平;ASC0104-2的高/低有效电平选择端AHLB和电源正端VDD 连接至直流工作电源+VCC，触摸生效时输出端OUT输出低电平，触摸脉冲P1、M1为负脉冲。
[0063]保持单元为n个T'触发器，T'触发器可以使用D触发器、JK触发器构成，或者是用二进制计数器等来实现。每个f触发器的输入输出为对应的控制脉冲和单火线通断控制信号，例如，第1路开关的输入为控制脉冲M1、输出为单火线通断控制信号G1，第2路开关的输入为控制脉冲M2、输出为单火线通断控制信号G2。
[0064]如图8所示为第1路开关抗扰电路实施例。抗扰单元共有n个相同的抗扰电路，每个抗扰电路的输入输出为对应的触摸脉冲和控制脉冲，例如，第1路开关的输入为触摸脉冲 P1、输出为控制脉冲Ml，第2路开关的输入为触摸脉冲Ml、输出为控制脉冲M2。[〇〇65]抗扰电路实施例中，快速放电二极管、充电电阻、正向抗干扰电容、正向抗干扰施密特电路分别为二极管D11、电阻R11、电容C11、施密特电路F11，组成了正向抗干扰电路;快速充电二极管、放电电阻、反向抗干扰电容、反向抗干扰施密特电路分别为二极管D21、电阻 R21、电容C21、施密特电路F21，组成了反向抗干扰电路。电容C11的一端接施密特电路F11的输入端，另外一端连接至公共地;电容C21的一端接施密特电路F21的输入端，另外一端连接至公共地。P1为触摸脉冲端，Ml为控制脉冲端。
[0066]实施例中，数据选择器T11为二选一数据选择器，二个数据输入信号与输出信号之间都是同相关系，施密特电路F11、施密特电路F21均为同相施密特电路，因此，数据选择器 T11输出与正向抗干扰电路输入之间为同相关系，数据选择器T11输出与反向抗干扰电路输入之间也为同相关系。数据选择器T11的功能为:当选择控制端A = 0时，输出Y = D1;当选择控制端A=1时，输出Y = D2。数据选择器T11的输出端Y(即脉冲输出端Ml)直接连接至数据选择器T11的选择控制端A，控制脉冲Ml为低电平时，控制数据选择器T11选择施密特电路F11 的输出信号A3送到数据选择器的输出端Y;控制脉冲Ml为高电平时，控制数据选择器T11选择施密特电路F21的输出信号A4送到数据选择器的输出端Y。
[0067]图9为抗扰电路实施例的波形，包括触摸脉冲P1和施密特电路F11输出A3、施密特电路F21输出A4、控制脉冲Ml的波形。图8中，二极管D11、电阻R11、电容Cl 1构成不对称充放电电路，施密特电路FI 1为同相施密特电路，当触摸脉冲P1长时间维持为低电平时，施密特电路F11的输出A3为低电平；当触摸脉冲P1长时间维持为高电平时，A3为高电平。P1信号对电容C11放电快，当触摸脉冲P1从高电平变成低电平时，A1电位立即变成低电平电位，A3立即从高电平变成低电平。P1信号对电容C11充电慢，当触摸脉冲P1从低电平变成高电平时， A1电位由P1高电平信号通过电阻R11向电容C11充电而上升，当充电时间达到T1，A1电位上升达到并超过施密特电路F11的上限门槛电压时，A3从低电平变成高电平；当P1的正脉冲宽度小于n，充电时间小于T1，A1电位未达到施密特电路F11的上限门槛电压时P1即变成低电平，A1电位立即变成低电平电位，A3维持低电平状态。图9中，P1和A3的初始状态为低电平。 正窄脉冲11、正窄脉冲12的宽度均小于T1，A1电位无法经充电达到或超过施密特电路F11的上限门槛电压，对A3状态没有影响;P1的正脉冲13的宽度大于T1，因此，在P1的正脉冲13的上升沿过时间T1后，A3从低电平变为高电平。P1的负脉冲19的下降沿使A3从高电平变为低电平，P1的正脉冲14的宽度大于T1，在正脉冲14上升沿过时间T1后，A3从低电平变为高电平。P1的负脉冲20的下降沿使A3从高电平变为低电平，P1的正脉冲15的宽度小于T1，因此， 正脉冲15对A3没有影响，A3维持低电平状态。P1的正脉冲16的宽度大于T1，在正脉冲16上升沿过时间n后，A3从低电平变为高电平。[〇〇68] 图8中，二极管D21、电阻R21、电容C21同样构成不对称充放电电路，施密特电路F21 为同相施密特电路，当触摸脉冲P1长时间维持为低电平时，施密特电路F21的输出A4为低电平；当触摸脉冲P1长时间维持为高电平时，A4为高电平。P1信号对电容C21充电快，当触摸脉冲P1从低电平变成高电平时，A2电位立即变成高电平电位，A4立即从低电平变成高电平。P1 信号对电容C21放电慢，当触摸脉冲P1从高电平变成低电平时，A2电位由P1低电平信号通过电阻R21向电容C21放电，当放电时间达到T2，A2电位下降到低于施密特电路F21的下限门槛电压时，A4从高电平变成低电平；当P1的负脉冲宽度小于T2,放电时间小于T2，A2电位未下降达到施密特电路F21的下限门槛电压时，P1即变成高电平，A2电位立即变成高电平电位， A4维持高电平状态。图9中，P1和A4的初始状态为低电平。P1的正脉冲11的上升沿使A4从低电平变为高电平，P1的负脉冲17的宽度大于T2,在负脉冲17下降沿过时间T2后，A4从高电平变为低电平。P1的正脉冲12的上升沿使A4从低电平变为高电平，P1的负脉冲18的宽度小于 T2，因此，负脉冲18对A4没有影响，A4维持低电平状态。负脉冲19、负脉冲20的宽度均小于 T2，A2电位无法经放电达到或低于施密特电路F21的下限门槛电压，对A4状态没有影响;P1 的负脉冲21的宽度大于T2,因此，在P1的负脉冲21的下降沿过时间T2后，A4从高电平变为低电平。在P1的正脉冲16的上升沿，A4从低电平变为高电平。
[0069]施密特电路F11的输出A3在触摸脉冲P1为低电平时保持低电平，在触摸脉冲P1由低电平变为高电平后过时间T1才变为高电平。施密特电路F21的输出A4在触摸脉冲P1为高电平时保持高电平，在触摸脉冲P1由高电平变为低电平后过时间T2才变为低电平。或者说， 在A3为高电平时，A4必定为高电平;在A4为低电平时，A3必定为低电平。
[0070]图9中，A3、A4的初始状态均为低电平，数据选择器T11的输出Y为低电平，数据选择器T11选择A3作为输出Y且在A3为低电平的期间维持。当A3在边沿30从低电平变为高电平时，输出Y变为高电平，数据选择器T11选择A4作为输出Y，此时A4必定为高电平，维持输出Y 的高电平状态。当A4在边沿31从高电平变为低电平时，输出Y变为低电平，数据选择器T11选择A3作为输出Y，此时A3必定为低电平，维持输出Y的低电平状态。当A3在边沿32从低电平变为高电平时，输出Y变为高电平，数据选择器T11选择A4作为输出Y，此时A4必定为高电平，维持输出Y的高电平状态。[〇〇71] 抗扰电路将P1信号中的窄脉冲11、窄脉冲12、窄脉冲19、窄脉冲20都过滤掉，而正宽脉冲13 (包括正脉冲13、正脉冲14、正脉冲15在内为同一个正宽脉冲，负窄脉冲19、负窄脉冲20为该正宽脉冲中的干扰脉冲)、负宽脉冲21能够通过，使Ml信号中出现相应的正宽脉冲 22和负宽脉冲23。控制脉冲Ml与触摸脉冲P1同相，而输出的宽脉冲22上升沿比输入的宽脉冲13上升沿滞后时间T1，下降沿滞后时间T2。[〇〇72]窄脉冲11、窄脉冲12为正窄脉冲，时间T1为抗扰电路能够过滤的最大正窄脉冲宽度。T1受到充电时间常数、触摸脉冲P1的高电平电位、低电平电位和施密特电路F11的上限门槛电压共同影响。通常情况下，触摸脉冲P1的高电平电位、低电平电位为定值，因此，调整 T1的值可以通过改变充电时间常数或者施密特电路F11的上限门槛电压来进行。图8中，充电时间常数为充电电阻R11与电容C11的乘积。所述抗扰电路允许宽度大于T1的正脉冲信号通过。
[0073]窄脉冲19、窄脉冲20为负窄脉冲，时间T2为抗扰电路能够过滤的最大负窄脉冲宽度。T2受到放电时间常数、触摸脉冲P1的高电平电位、低电平电位和施密特电路F21的下限门槛电压共同影响。通常情况下，触摸脉冲P1的高电平电位、低电平电位为定值，因此，调整 T2的值可以通过改变放电时间常数或者施密特电路F21的下限门槛电压来进行。图8中，放电时间常数为放电电阻R21与电容C21的乘积。所述抗扰电路允许宽度大于T2的负脉冲信号通过。
[0074]图8中，电容C11接公共地的一端还可以改接在抗扰电路的供电电源端，即连接至直流工作电源的电源端；同样地，电容C21接公共地的一端也可以单独或者与电容C11 一起改接在抗扰电路的供电电源端。
[0075]图8中，施密特电路F11、施密特电路F21还可以同时或者单独选择反相施密特电路，数据选择器T11的输入D1、D2与输出Y之间还可以同时或者单独为反相关系。当施密特电路F11、施密特电路F21同时或者单独选择反相施密特电路，数据选择器T11的输入D1、D2与输出Y之间同时或者单独为反相关系时，需要满足下面的条件，S卩:当数据选择器T11输出信号Y与正向抗干扰电路输入信号之间为同相关系时，数据选择器T11输出信号Y与反向抗干扰电路输入信号之间也为同相关系;Y的低电平控制选择施密特电路F11的输出送到数据选择器T11的输出端，Y的高电平控制选择施密特电路F21的输出送到数据选择器T11的输出端。当数据选择器T11输出信号Y与正向抗干扰电路输入信号之间为反相关系时，数据选择器T11输出信号Y与反向抗干扰电路输入信号之间也为反相关系;Y的低电平控制选择施密特电路F21的输出送到数据选择器T11的输出端，Y的高电平控制选择施密特电路F11的输出送到数据选择器n 1的输出端。
[0076]所述正向抗干扰施密特电路、反向抗干扰施密特电路均为施密特电路，输入信号为电容上的电压，因此，要求施密特电路具有高输入阻抗特性。施密特电路可以选择具有高输入阻抗特性的CMOS施密特反相器⑶40106、74HC14,或者是选择具有高输入阻抗特性的 CMOS施密特与非门CD4093、74HC24等器件。CMOS施密特反相器或者CMOS施密特与非门的上限门槛电压、下限门槛电压均为与器件相关的固定值。用施密特反相器或者施密特与非门构成同相施密特电路，需要在施密特反相器或者施密特与非门后面增加一级反相器。
[0077]施密特电路还可以选择采用运算放大器来构成，采用运算放大器来构成施密特电路可以灵活地改变上限门槛电压、下限门槛电压。同样地，采用运算放大器来构成施密特电路时，需要采用具有高输入阻抗特性的结构与电路。
[0078]数据选择器可以选择74HC151、74HC152、74HC153、CD4512、CD4539等器件构成二选一数据选择器，也可以用门电路构成二选一数据选择器。[〇〇79]对触摸开关进行操作时，正常的触摸时间不低于100ms，即正常的触摸脉冲宽度不小于100ms;两次触摸之间的间隔也不会小于100ms。所述抗扰电路允许宽度大于T1的正脉冲和宽度大于T2的负脉冲信号通过，因此，T1、T2的取值范围均为10ms至100ms，典型值均取 30ms时，能够有效地将工频干扰及工频以上的干扰脉冲滤除。
【主权项】
1.一种电容式触摸开关，其特征在于:包括单火线单元、保持单元、抗扰单元和触摸单元；所述单火线单元包括单火线取电模块和单火线通断控制模块，设置有单火线输入端、n 个单火线输出端、n个单火线通断控制信号输入端和直流工作电源输出端；所述保持单元设置有n个单火线通断控制信号输出端和n个控制脉冲输入端;所述n个 单火线通断控制信号输出端连接至n个单火线通断控制信号输入端；所述抗扰单元设置有n个控制脉冲输出端和n个触摸脉冲输入端;所述n个控制脉冲输 出端连接至n个控制脉冲输入端；所述触摸单元设置有n个触摸脉冲输出端，所述n个触摸脉冲输出端连接至n个触摸脉 冲输入端；所述n为大于等于1的整数。2.根据权利要求1所述的电容式触摸开关，其特征在于:所述单火线通断控制模块由n 个可控交流开关电路组成;所述n个可控交流开关电路分别由n个单火线通断控制信号输入 端输入的n个单火线通断控制信号控制。3.根据权利要求1所述的电容式触摸开关，其特征在于:所述单火线取电模块具有单火 线开态取电功能和关态取电功能，用于向单火线通断控制模块以及触摸单元、保持单元、抗 扰单元提供直流工作电源;所述直流工作电源的地端为单火线通断控制模块以及触摸单 元、保持单元、抗扰单元的公共地。4.根据权利要求1所述的电容式触摸开关，其特征在于:所述触摸单元采用电容式触摸 按键，输出n个触摸脉冲。5.根据权利要求1 一4中任一项所述的电容式触摸开关，其特征在于:所述抗扰单元包 括n个抗扰电路;所述抗扰电路包括正向抗干扰电路、反向抗干扰电路、数据选择器；所述抗高频干扰脉冲信号电路的输入脉冲从输入脉冲端输入，输出脉冲从输出脉冲端 输出;所述正向抗干扰电路和反向抗干扰电路的输入端连接至输入脉冲端；所述数据选择器为二选一数据选择器;所述数据选择器的二个数据输入端分别连接至 正向抗干扰电路和反向抗干扰电路的输出端；所述数据选择器的数据输出端为输出脉冲端;所述数据选择器由输出脉冲进行数据选 择控制。6.根据权利要求5所述的电容式触摸开关，其特征在于:所述正向抗干扰电路包括快速 放电二极管、充电电阻、正向抗干扰电容、正向抗干扰施密特电路;所述快速放电二极管阴 极为正向抗干扰电路的输入端，阳极连接至正向抗干扰施密特电路输入端;所述充电电阻 与快速放电二极管并联;所述正向抗干扰电容的一端连接至正向抗干扰施密特电路输入 端，另外一端连接至抗高频干扰脉冲信号电路的公共地或者是直流工作电源；所述反向抗干扰电路包括快速充电二极管、放电电阻、反向抗干扰电容、反向抗干扰施 密特电路;所述快速充电二极管阳极为反向抗干扰电路的输入端，阴极连接至反向抗干扰 施密特电路输入端;所述放电电阻与快速充电二极管并联;所述反向抗干扰电容的一端连 接至反向抗干扰施密特电路输入端，另外一端连接至抗高频干扰脉冲信号电路的公共地或 者是直流工作电源；所述正向抗干扰施密特电路输出端为正向抗干扰电路输出端，反向抗干扰施密特电路输出端为反向抗干扰电路输出端。7.根据权利要求6所述的电容式触摸开关，其特征在于:所述数据选择器输出信号与正 向抗干扰电路输入信号之间为同相关系时，数据选择器输出信号与反向抗干扰电路输入信 号之间也为同相关系;所述数据选择器输出信号与正向抗干扰电路输入信号之间为反相关 系时，数据选择器输出信号与反向抗干扰电路输入信号之间也为反相关系。8.根据权利要求6所述的电容式触摸开关，其特征在于:所述数据选择器由输出脉冲进 行数据选择控制的具体方法是，当数据选择器输出信号与正向抗干扰电路输入信号之间为 同相关系、数据选择器输出信号与反向抗干扰电路输入信号之间为同相关系时，输出脉冲 的低电平控制数据选择器选择正向抗干扰施密特电路的输出信号送到数据选择器的输出 端，高电平控制数据选择器选择反向抗干扰施密特电路的输出信号送到数据选择器的输出 端；当数据选择器输出信号与正向抗干扰电路输入信号之间为反相关系、数据选择器输出 信号与反向抗干扰电路输入信号之间为反相关系时，输出脉冲的低电平控制数据选择器选 择反向抗干扰施密特电路的输出信号送到数据选择器的输出端，高电平控制数据选择器选 择正向抗干扰施密特电路的输出信号送到数据选择器的输出端。9.根据权利要求6所述的电容式触摸开关，其特征在于:所述抗扰电路能够过滤的正窄 脉冲宽度通过改变充电时间常数来进行控制，能够过滤的负窄脉冲宽度通过改变放电时间 常数来进行控制。10.根据权利要求9所述的电容式触摸开关，其特征在于:所述充电时间常数为充电电 阻与正向抗干扰电容的乘积;所述放电时间常数为放电电阻与反向抗干扰电容的乘积。
【文档编号】H03K17/96GK106033967SQ201610421492
【公开日】2016年10月19日
【申请日】2016年6月15日
【发明人】王兵, 凌云, 曾红兵
【申请人】湖南工业大学