4被单独测量并且与未知阻抗独 立。假定值α和丫是使用相同的相位偏移获得的，微控制器能够将未知电容计算为Z、= Zkef2日/ 丫，其中Zkef2是第二参考阻抗94的已知值。值得注意的是，第二参考阻抗94能够 用作第一参考阻抗88的替代物或补充。实施两个（或甚至更多）参考阻抗增加了系统的 冗余并且在需要高故障检测可能性的情况下可能是有用的。
[0036] 此外，能够测量公共节点与地之间的偏移电容W及多路复用器96的输出端与地 之间的偏移电容的和，假定多路复用器96的寄生电容显著小于偏移电容。对于该测量，微 控制器30断开开关98,但是W其它方式保持与丫的测量相同的系统构造。在运种情况下， 该测量产生复值，该复值在下文中被表示为丫 '，其对应于多路复用器96的偏移阻抗（或 偏移电容）。假定使用在测量电子设备中的所有多路复用器大体上相同，那么可W从测量的 未知阻抗中减去寄生偏移阻抗W获得测量的较高准确度。
[0037] 还是如图1所示的，电容感测装置10可W包括多个感测电极和/或保护电极。第 二感测电极12a经由屏蔽电缆20a的忍导体46a连接到第二感测节点44a。多路复用器48a 被提供为用于交替地将感测节点44a连接到互阻抗放大器50的电流输入端54W及连接到 保护节点22。当电容感测装置10独立测量第一未知阻抗16时，微控制器30控制多路复用 器48aW使第二感测电极12a连接到保护节点22。微控制器30利用第五PWM输出端28a 控制多路复用器48a。第二感测电极12a的灵敏度通过第二屏蔽电极14a朝向一侧降低， 第二屏蔽电极14a经由屏蔽电缆20a的屏蔽导体24a连接到保护节点22。EMI保护电容器 58a与电容器38 -起确保高频电流可W流到电路接地，而大体上不扰乱互阻抗放大器50和 其它测量电子设备。当电容感测装置10独立测量第二未知阻抗16a时，微控制器30控制 多路复用器48W使第一感测电极12连接到保护节点22,同时操作多路复用器48曰，如上面 关于第一多路复用器48所描述的。
[0038] 尽管在图1中仅仅示出了两个天线布置，但是应该注意的是，能够W与所示的相 类似的方式连接更多天线布置。
[0039] 电容器38、58和58a确保在所谓的BCI(大电流注入）测试期间注入到传感器电 缆中的RF电流大体上流经电容器58和38或58a和38,并且流入电路接地而不是流入测量 电子设备。此外，经由多路复用器48或4姑流入节点54的剩余RF电流在很大程度上跨过 电容器56和38而流入电路接地。
[0040] 在图1所示的实施例的优选实施方式中，已经选择了下面的系统参数： W41]-电阻32 = 330 Ω
[0042] -电容 34 = 2.化F
[0043]-电感36=560 μ Η
[0044] -电容 38 = 4.化F
[0045]-电阻 40 = 3.3k Ω
[0046] -电容 42 = lOnF
[0047] -电容 56 = 4化F
[0048] -电容 58 = 470pF
[0049]-电阻 50 = 100k Ω 阳化0]-电阻62 = 100 ΩW51]-电容 64=lnF
[0052]-电阻72 = 3.化Ω
[0053]-电阻74 = 33k Ω
[0054]-电容80=2化F 阳化5]-电阻76 = 33k Ω
[0056]-电阻78= 10k Ω
[0057] -电容 82 = 680pF
[0058]-阻抗 88 = 100k Ω
[0059]-阻抗 94 = 100k Ω
[0060] -电容 58a= 470pF
[0061] -DC电压源86的电压=2. 5V
[0062] -微控制器电源电压=5V 阳〇6引-操作频率（即保护电压的频率）=125曲Z W64] 尽管已经详细描述了具体实施例，本领域技术人员将会认识到，对那些细节的各 种修改和替代物可W按照公开内容的整个教导来发展。本文指示的任何数量值同样仅为了 说明的目的而提供。因此，所公开的特定布置仅表示说明性的而非对本发明的范围进行限 定，本发明的范围将由所附权利要求及其任何和全部等同物的完整宽度来给出。
【主权项】
1. 一种电容感测装置（10)，包括 天线电极，其被配置为用于响应于在所述天线电极中引起的交变电压而发射交变电 场； 以及控制和评估电路，其包括 互阻抗放大器，其被配置为通过将电流注入到所述天线电极中来保持所述交变电压等 于参考电压节点上的交变参考电压，并且被配置为测量所述电流， 微控制器， 以及多路复用器，其被配置并被布置为将所述天线电极交替地切换到所述互阻抗放大 器的电流输入端和所述交变参考电压节点， 其中，所述微控制器被配置为利用数字控制信号来控制所述多路复用器，其中，所述多 路复用器和所述互阻抗放大器以及操作连接到所述互阻抗放大器的低通滤波器一起形成 同步整流器布置，并且其中，所述互阻抗放大器的电流输入节点通过保护电容器（56)而AC 耦合到所述参考电压节点。2. 如权利要求1所述的电容感测装置，包括第二保护电容器，其中，所述第二保护电容 器将所述参考电压节点AC耦合到电路接地。3. 如权利要求1或2所述的电容感测装置，其中，所述微控制器包括 测量输入端和数字输出端，所述测量输入端操作连接到所述同步整流器布置，以用于 接收所述同步整流器布置的输出信号作为测量输入信号，所述数字输出端被配置为提供数 字信号； 以及另一个低通滤波器，其操作连接到所述数字输出端，以用于通过对所述数字信号 进行低通滤波来产生所述交变参考电压。4. 如权利要求1至3中的任一项所述的电容感测装置，包括驱动屏蔽电极，所述驱动屏 蔽电极操作连接到所述参考电压节点，以用于施加所述交变参考电压。5. 如权利要求1至4中的任一项所述的电容感测装置，包括屏蔽电缆，所述屏蔽电缆包 括芯导体以及围绕所述芯导体的屏蔽导体，其中，所述天线电极经由所述芯导体而与所述 控制和评估电路操作连接，并且其中，所述屏蔽导体被操作连接以用于施加所述交变参考 电压。6. 如权利要求1至5中的任一项所述的电容感测装置，如果根据权利要求3,其中，操 作连接到所述数字输出端的所述另一个低通滤波器包括LC低通滤波器。7. 如权利要求1至6中的任一项所述的电容感测装置，包括至少一个标准阻抗，所述至 少一个标准阻抗能够利用开关而与所述天线电极并行受控切换，所述开关与所述至少一个 标准阻抗串联布置并且由所述微控制器控制。8. 如权利要求1至7中的任一项所述的电容感测装置，其中，所述互阻抗放大器具有： 操作连接到所述多路复用器的电流输入端；参考电压输入端，其操作连接到所述参考电压 节点以用于接收所述交变参考电压；以及经由反馈网络与所述电流输入端操作连接的输出 端，所述互阻抗放大器被配置为通过引起流过所述参考网络并且流入所述天线电极的电流 来防止所述电流输入端与所述参考电压输入端之间的电势差，所述输出端被配置为输出指 示所述电流的测量电压。9. 如权利要求1至8中的任一项所述的电容感测装置，其中，操作连接到所述互阻抗放 大器的所述低通滤波器包括偏移校正电路。10. 如权利要求1至9中的任一项所述的电容感测装置，其中，所述微控制器被配置为 以如下方式控制所述多路复用器：交替地将所述天线电极在所述交变参考电压的第一半周 期期间切换到所述电流输入端并且在所述交变参考电压的第二半周期期间切换到所述参 考电压输入端。11. 如权利要求1至10中的任一项所述的电容感测装置，包括第一分流电容器和第二 分流电容器，所述第一分流电容器连接在所述天线电极与所述互阻抗放大器的所述参考电 压输入端之间，并且所述第二分流电容器连接在所述参考电压节点与电路接地之间。12. -种组合的电容感测和加热系统，包括如权利要求1至11中的任一项所述的电容 感测装置，其中，所述天线电极是加热电路的一部分。
【专利摘要】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、以及控制和评估电路，所述控制和评估电路包括被配置为通过将电流注入天线电极中来保持所述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的互阻抗放大器。所述控制和评估电路包括微控制器和多路复用器，所述多路复用器被配置并被布置为将天线电极交替切换到所述互阻抗放大器的电流输入端和交变参考电压节点。所述微控制器被配置为控制所述多路复用器。所述多路复用器和所述互阻抗放大器以及操作连接到所述互阻抗放大器的低通滤波器一起形成同步整流器布置。所述互阻抗放大器的电流输入节点通过保护电容器AC耦合到所述参考电压节点。
【IPC分类】B60N2/56, H03K17/955, G01D5/24, B60R21/015
【公开号】CN105283735
【申请号】CN201480020275
【发明人】L·拉梅施
【申请人】Iee国际电子工程股份公司
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2014年4月2日
【公告号】DE112014001880T5, WO2014166780A1