电容感测装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明总体上设及电容感测装置，例如，用于检测坐在车辆座位上的乘员的存在 或不存在。
【背景技术】
[0002] 也被称为一些电场传感器或接近传感器的电容传感器或电容感测装置表明如下 传感器：其响应于电场上的被感测物（人、人体的一部分、宠物、物体等等）的影响而产生 信号。电容传感器总体上包括至少一个天线电极，在传感器运行时，向该天线电极施加振荡 电信号并且在天线电极上将电场发射到接近天线电极的空间区域中。传感器包括至少一个 感测电极，在该感测电极处，电场上的物体或生物的影响被检测。在一些（所谓的"加载模 式"）电容占用传感器中，一个或多个天线电极同时用作感测电极。在运种情况中，测量电 路确定响应于施加到一个或多个天线电极的振荡电压而流入该一个或多个天线电极的电 流。电压相对于电流的关系在一个或多个天线电极与地之间产生复阻抗。在电容传感器的 替代的版本中（"禪合模式"电容传感器），（多个）发送天线电极和（多个）感测电极相 互分隔开。在该情况下，当发送天线电极运行时，测量电路确定在感测电极中感生的电流或 电压。
[0003]在计算机图形I/O装置（Computer Graphics I/O Devices) 1998年5月/6月期 中的第54-60页公布的J.R. Smith的标题为"Electric Field Sensing for Gra地ical Interhces"的技术文献中解释了不同的电容感测机构。该文献描述了用于做出非接触Ξ 维位置测量的电场感测、并且更特别地用于出于向计算机提供Ξ维位置输入的目的而感测 人手的位置的概念。在电容感测的一般概念中，作者在其称为"加载模式"、"分流模式"W 及"发送模式"的不同的机构之间进行区别，上述模式对应于各种可能的电流路径。在"加 载模式"中，振荡电压信号施加到发送电极，其建立到地的振荡电场。待感测物体改变发送 电极与地之间的电容。在"分流模式"中，振荡电压信号施加到发送电极，建立了到接收电极 的电场，并且测量了在接收电极处感生的位移电流，该位移电流由此被待感测的人体改变。 在"发送模式"中，发送电极被放置为与用户身体接触，其随后通过直接电连接或通过电容 禪合而变为相对于接收器的发送器。"分流模式"替代地被称为上面提到的"禪合模式"。
[0004] 电容占用感测系统已经被广泛提出，例如，用于控制诸如驾驶员气囊、乘客气囊和 /或侧气囊等一个或多个气囊的展开。Jinno等人的美国专利6161070设及乘客检测系统， 其包括安装在汽车中的乘客座位的表面上的单个天线电极。振荡器施加振荡电压信号到该 天线电极上，从而在天线电极周围产生微小的电场。Jinno提出了基于流到天线电极的电流 的幅值和相位来检测座位中乘客的存在或不存在。 阳0化]Stanley的美国专利6392542教导了电场传感器，其包括可安装在座位内并且操 作禪合到感测电路的电极，感测电路施加振荡或脉冲信号到电极，该信号具有对座位潮湿 的"最弱响应"的频率。Stanley提出测量流到电极的电流的相位和幅值来检测被占用的或 空的座位并且来补偿座位潮湿。
[0006] 其他人有使用座位加热器的加热元件作为电容占用感测系统的天线电极的想法。 W0 92/17344A1公开了具有导体的电加热车辆座位，其可由位于座位表面的电流通道来加 热，其中导体还形成双电极座位占用传感器的一个电极。
[0007] W0 95/13204公开了类似的系统，其中测量连接到加热元件的振荡器的振荡频率 W得到车辆座位的占用状态。例如，在US7521940、US2009/0295199和US6703845中公 开了座位加热器和电容传感器的更详细的组合。 阳00引技术问题
[0009] 本发明的目的是提供电容感测装置（其可与加热元件结合或不与其结合），其能 够W具有竞争力的价格来制造。该目的是通过如权利要求1所述的电容感测装置来实现 的。
【发明内容】
[0010] 根据本发明，电容感测装置包括用于响应于在天线电极中引起的交变电压而发射 交变电场的天线电极W及控制和评估电路，控制和评估电路包括互阻抗放大器，互阻抗放 大器被配置为通过将电流注入天线电极中来维持交变电压等于参考电压节点上的交变参 考电压并且被配置为测量该电流。控制和评估电路包括微控制器和多路复用器，多路复用 器被配置并被布置为交替地将所述天线电极切换到互阻抗放大器的电流输入端W及交变 参考电压节点，微控制器被配置为利用数字控制信号来控制多路复用器。多路复用器W及 互阻抗放大器和操作连接到互阻抗放大器的低通滤波器一起形成同步整流器布置。互阻抗 放大器的电流输入节点通过保护电容器而AC禪合到参考电压节点。将要理解的是，保护电 容器在电流输入节点与互阻抗放大器之间提供了低阻抗路径并且因此大体上防止高频电 流使同步整流器输出的有用信号分量失真。优选地，第二保护电容器将参考电压节点AC禪 合到电路接地。
[0011] 如将要理解的，保护电容器确保互阻抗放大器的输入端总是经由相对较小的AC 阻抗连接到参考电压节点，而不考虑多路复用器的位置。保持测量电子设备的输入AC阻抗 为低意味着在天线电极中感生的大体上所有高频电流（即具有交变参考电压的频率之上 的频率）同样流经从多路复用器起始的测量路径，而不是通过天线电极与参考电压节点之 间的寄生阻抗而直接流入参考电压节点。由于调制是由多路复用器实现的，因此有用的信 息包含在流入互阻抗放大器的电流的DC分量中。此外，该电流的DC分量不能跨过保护电 容器而流走。因此，尽管保护电容器将交变电流偏离到参考电压节点，但是其不会降低测量 电子设备关于待测阻抗的灵敏度。
[0012] 根据本发明的优选实施例，微控制器包括测量输入端和数字输出端，测量输入端 操作连接到同步整流器布置，W用于接收其输出信号作为测量输入信号，而数字输出端被 配置为提供数字信号。另一个低通滤波器操作连接到数字输出端，W用于通过对数字信号 进行低通滤波来产生交变参考电压。如将要理解的，本发明的该实施例得益于控制和评估 电路内的用于产生交变参考电压的微控制器的存在。由于目前的电容传感器不论怎样通常 都包括微控制器W用于处理测量值和/或与其它装置通信，对数字信号进行低通滤波W用 于产生大体上正弦的交变参考电压表示现有方案（通常使用有源部件，例如振荡器或具有 晶体管和运算放大器的电路）的非常成本高效的替代物。
[0013] 优选地，电容感测装置包括驱动屏蔽电极，其被操作连接（例如到产生交变参考 电压的低通滤波器）W用于施加交变参考电压。具体而言，驱动屏蔽电极可W用于天线电 极被布置为相对靠近接地表面的应用中。在运种情况下，驱动屏蔽电极可W被布置在天线 电极与接地表面之间，因此减小天线电极与接地表面之间的电容，并且使得电容感测装置 对例如由人的手或身体的接近所引起的该电容的较小变化更灵敏。
[0014] 如果天线电极被布置为距控制和评估电路某一距离，电容感测装置优选包括屏蔽 电缆，屏蔽电缆包括忍导体和围绕忍导体的屏蔽导体，天线电极经由忍导体与控制和评估 电路操作连接并且屏蔽导体被操作连接（例如到驱动屏蔽电极和/或到参考电压节点）， W便接收交变参考电压。屏蔽导体防止天线电极与控制和评估电路之间的线路电容禪合到 地，运在其它情况下会感生出取决于线路长度的不期望的测量值偏移。
[0015] 操作连接到数字输出端的低通滤波器优选包括LC低通滤波器。
[0016] 根据本发明的优选实施例，电容感测装置包括可W利用开关来与天线电极并行受 控切换的至少一个标准阻抗，开关与至少一个标准阻抗串联布置并且由微控制器控制。
[0017] 互阻抗放大器优选具有操作连接到天线电极的电流输入端、操作连接到所述参考 电压节点W用于接收交变参考电压的参考电压输入端、W及经由反馈网络与电流输入端操 作连接的输出端。互阻抗放大器优选被配置为通过引起流过参考网络并且流入天线电极的 电流来防止电流输入端与参考电压输入端之间的电势差，输出端被配置为输出指示电流的 测量电压。
[0018] 同步整流器布置的低通滤波器优选包括偏移校正电路。
[0019] 优选地，多路复用器被配置为将天线电极在交变参考电压的第一半周期期间切换 到电流输入端并且在交变参考电压的第二半周期期间切换到参考电压输入端。
[0020] 根据本发明的优选实施例，第一分流电容器连接在天线电极与互阻抗放大器的参 考电压输入端之间并且第二分流电容器连接在参考电压节点与电路接地之间。在运种情况 下，第二分流电容器对应于上述第二保护电容器。如将要理解的是，第一和第二分流电容器 提供从天线电极到电路接地的绕过互阻抗放大器和微控制器的路径。该路径具有用于可W 注入天线电极中的扰动或干扰电流的高频电流分量的低阻抗。
[0021] 根据本发明的电容感测装置可W例如用于电容式后备箱打开器（如果接近的腿 被检测到则打开车的后备箱）中、用于电容式口打开器中、或用于例如车辆座位或转向轮 中的集成的电容感测和加热系统中。
【附图说明】
[0022] 参考附图根据非限制性实施例的W下【具体实施方式】，本发明的其它细节和优点将 变得显而易见