专利名称：传感器电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种传感器电路，一种带有这种传感器电路的发光装置以及一种用于 借助这种传感器电路激励发光装置的方法。
背景技术：
对于多种应用，可以有利地使用无需可移动的机械装置的按键或者开关。这种开 关的一个例子是触碰敏感的开关或者传感器(也称为“接触式传感器”)。在此要说明的是术语开关在下面不仅考虑开关的功能而且也考虑按键的功能。 例如，在按键功能的情况下仅仅基本上在激活按键的持续时间上执行功能，而开关功能很 大程度上与激活的持续时间无关。特别地，根据实现情况，按键可以执行按键功能或者开关 功能。已知的是将电容性传感器与电容器(例如已知的电容器或者寄生半导体电容 器)在电学上并联地设置。通过触碰电容性传感器，其有效电容在例如0.5pF至30pF的范 围中升高。由此，触碰电容性传感器以如下条件为前提非常小的电容与该电容器并联。由 此得到的电荷推移和电压改变较小，对其的分析需要复杂的电子设备或者比较昂贵的专用 IC。
发明内容
本发明的任务是，避免前面提及的缺点并且尤其是提出一种传感器电路，其以高 的可靠性和鲁棒性识别电容性传感器的操作。该任务根据独立权利要求的特征来解决。本发明的改进方案由从属权利要求中得 到。为了解决该任务，提出了一种传感器电路，其-具有放大器，_具有电容性传感器，-其中电容性传感器设置在放大器的负反馈支路中。负反馈支路尤其是将放大器的输出端与其输入端相连。由此，可以以高的可靠性来识别电容性传感器的操作。在此，可以有利地使用有利 的器件或者对放大器所提供的信号的分析(是否触碰了电容性传感器)并不需要大的电路 技术开销或者实施开销(例如通过在后接的处理单元中的合适的软件分析)。可以使用任意的一级或者多级放大器来作为放大器。一个改进方案是，放大器具有以下部件至少之一-晶体管；-MOSFET (金属氧化物半导体场效应晶体管)；_运算放大器；-逻辑门，尤其是CMOS技术的逻辑门；
-电子管。特别地，可以使用省电的器件。也可能的是，放大器至少有时候被去激活，以便由 此节省电能。另一改进方案是，放大器具有阻抗转换器。例如，放大器可以具有第一级，其实施为阻抗转换器。由此可以有利地降低寄生电 容对电容性传感器的影响。特别的是一种改进方案，其中放大器具有非线性放大级。特别地，连接在阻抗转换器之后的级可以实施为非线性放大级。这是有利的，因为 通过非线性可以减少直流部分并且由此明显改进了对电容性传感器的状态的识别。还有一种改进方案是，放大器具有双级的晶体管电路。特别地，可以设计npn晶体管和/或pnp晶体管的序列，其中第一晶体管用作阻抗 转换器，而第二晶体管用作放大器，尤其是用作非线性放大器。此外，一种改进方案是，可以将放大器的输出信号输送给处理单元，尤其是微控制
ο例如，输出信号可以在处理单元中被相应地分析。电容性传感器的状态(触碰或 者未触碰)可以区分得越清楚，则分析越鲁棒。替代微控制器也可以使用其他数字和/或模拟的电路作为处理单元或者用于分 析放大器的输出信号。在一种附加的改进方案的范围中，放大器的输出信号可以通过低通滤波器输送给
处理单元。低通滤波器能够实现改进地检测电容性传感器的状态。另一改进方案是，处理单元根据放大器的输出信号来执行预先给定的动作。由此，可以根据电容性传感器的状态或者根据状态的预先给定的序列来执行预先 给定的动作。例如，可以检测电容性传感器的短/长的触碰的确定的序列。每个这种序列可以 与不同的预先给定的动作关联并且引起其激活。一种扩展方案是，预先给定的动作包括以下动作至少之一_接通执行器；-关断执行器；_借助额定值来受控地激励执行器，其中该额定值可以借助输出信号来确定。在此，执行器可以是任意的(例如可电激活的)部件。例如，执行器可以是发光装 置的发光器，例如发光装置的至少一个半导体发光元件。特别地可能的是，在电容性传感器 的操作持续时间上将执行器调节(例如调光)到预先给定的额定值。换言之，可以通过在 操作持续时间上操作电容性传感器来相应地将发光器调光(分别更亮或者更暗)。一种可替选的实施形式是，借助交流电压来激励放大器。特别地，交流电压可以是时钟信号，例如处理单元的时钟信号。由此，时钟信号例 如可以由微控制器提供。另一扩展方案是，该电路用直流电压来供电，其中直流电压尤其是由至少一个电 池提供。
例如，电池可以是可再充电的电池或者其他可再充电的电能源。前面提及的任务也通过带有这里所描述的传感器电路的发光装置来解决，其中该 发光装置实施为可以借助电容性传感器来切换和/或调光。此外，上面提及的任务借助一种用于激励发光装置的方法来解决，其中根据这里 所描述的传感器电路的输出信号来调节发光装置。在此，发光装置的调节例如包括发光装置的接通、关断以及调光。下面借助附图示出并且阐述本发明的实施例。其中
图1示出了用于电容加权的传感器电路的示例性电路装置；图2示出了用于电容加权的传感器电路的可替选的电路装置；图3示出了用于电容加权的传感器电路的附加的电路例子；图4示出了在未操作电容性传感器的情况下电容加权的传感器电路的输出信号；图5示出了在操作电容性传感器的情况下电容加权的传感器电路的输出信号；图6示出了用于显示在触碰电容性传感器的情况下输出信号的转变的视图。在电容性传感器与其他已知的电容直接并联连接的情况下，触碰电容性传感器仅 仅引起微小的电荷偏移，其相应地必须费事地进行分析。这里所提出的方式利用了放大器并且将电容性传感器包含到放大器的负反馈中。 电容性传感器对要分析的信号的影响对应于放大器的放大被明显提高。由此，电容性传感 器的状态变化可以明显检测或者可以使用价格低廉的部件来检测这种状态变化。信号的检 测或者分析可以借助微控制器、一般的集成电路和/或分立的电子设备来进行。与仅仅将电容性传感器与电容器并联的情况中相比，通过放大，传感器的电容变 化对应于放大被更高地加权，使得电容性传感器对已知的电容器的反作用变大并且此外可 以通过放大来参数化。放大器可以包括以下部件至少之一_运算放大器；-晶体管；-MOSFET。例如，可以使用多个晶体管(例如包括两个晶体管)构成的有利的电路，以便检测 电容性传感器的信号。电容性传感器例如可以通过如下方式实现电路的电接触部在壳体上向外引导并 且将铜面例如设置在1.6mm厚的FR-I电路板材料之后。在壳体中的铜面并未被触碰，然而 通过触碰电接触部产生电容变化。可替选地，铜面也可以设置在壳体内壁上。图4示出了在未操作电容性传感器的情况下电容加权的传感器电路的输出信号， 图5示出了在触碰电容性传感器的情况下电路的输出信号。图6示出了在触碰电容性传感 器的情况下输出信号的转变。在触碰和未触碰传感器的情况下两个信号的差别由于这里所 提出的方式而强烈地表现并且因此可以用小的电学开销高可靠性地检测。图1示出了用于电容加权的传感器电路的示例性电路装置。电压源V2以其正端子与节点102连接并且以其负端子与节点103连接。交流电 压源Vl以其第一极与节点103连接，并且以其第二极通过电阻Rl与npn晶体管Ql的基极连接。此外，晶体管Ql的基极通过电容器Cl与端子101连接。晶体管Ql的集电极与节点 102连接，并且晶体管Ql的发射极通过电阻R2与节点103连接。此外，晶体管Ql的发射 极通过电容器C2与npn晶体管Q2的基极连接。在晶体管Q2的基极和节点102之间设置 有电阻R3。晶体管Q2的发射极与节点103连接并且晶体管Q2的集电极一方面与端子101 连接，并且另一方面通过电阻R4与节点104连接。电容器Cl是电容性的接触式传感器(或者该电容器Cl模拟接触式传感器的电 容)。电容器Cl设置在包括晶体管Ql和Q2的放大器的负反馈支路中。对应于Ql和Q2构 成的放大器的参数化，传感器的状态变化(“接触”或者“未接触”)可以用高的识别率鲁棒 地检测。带有两个市面上常见的晶体管Ql和Q2的放大器的结构成本极为低廉。晶体管Ql作为阻抗转换器工作，晶体管Q2作为非线性放大器工作，其输出信号可 以具有接近OV的平衡位置。交流电压源Vl可以提供时钟信号，该时钟信号例如由微控制 器(未示出)提供。电压源V2可以实施为电池。电容器Cl (接触式传感器)的值在没有触碰的情况下非常小，在触碰的情况下电 容器Cl的值在皮法范围中(在图1的例子中为IpF)。任选地，也可以将电阻与电容器Cl 串联地设置。端子101为微控制器(未示出)提供输出信号，该微控制器通过适当的分析识别 是否触碰了接触式传感器。相应地，微控制器可以执行预先给定的动作，例如激励(接通、 关断、调光)发光装置。前面示出的电路装置的一个应用例子是使用在发光装置中，例如便携式发光装置 (手电筒)中。通过电容性传感器(通过图1中的电容器Cl示意性示出)，接通或者关断发 光装置。也可能的是，例如通过预先给定的触碰方案来将发光装置调光。例如，可以检测短 触碰或者长触碰。也可以将重复的敲击识别为特别的信号(例如用于立即关断发光装置)。 持续地触碰电容性传感器可以启动发光装置的无级(或者逐级)的调光，其中该触碰的结 束固定了(einfrieren)调光状态并且发光装置以所设置的亮度继续发光。在图1中示出的器件尤其是可以如下设计或者选择QlBC847C
Q2BC847C
Cl0. Ip (在触碰时IpF)
C2In
Rl2. 2M
R222k
R3IM
R415k图2示出了电容加权的传感器电路的一种可替选的电路装置。直流电压源V4(例如电池)以其正极与节点203连接，并且以其负极与节点204 连接。交流电压源V3 —方面与节点204连接，并且另一方面通过电阻R5与npn晶体管Q3 的基极连接。晶体管Q3的基极通过电容器C3与端子202连接，端子202通过电容器C4与 端子201连接，其中端子201通过电阻R8与pnp晶体管Q4的集电极连接。晶体管Q3的发 射极通过电阻R6与节点204连接。此外，晶体管Q3的发射极通过电容器C5与晶体管Q4
6的基极连接。晶体管Q4的基极也通过电阻R7与节点203连接，该节点此外与晶体管Q4的 发射极连接。此外，晶体管Q4的集电极通过电阻R9与节点204连接。最后，晶体管Q4的 集电极通过电阻RlO与端子205连接，其中在端子205和节点204之间设置有电容器C6。晶体管Q3和Q4的组合是带有阻抗转换器的非线性放大级。电容器C3和C5用于 将交流声(Brumm)最小化。电容器C3必要时也可以被省去或者通过直接连接来替代。电 容器C4对应于电容性传感器，其一方面与壳体内的铜面(端子202)连接并且另一方面与 从壳体引出的接触部(端子201)连接。在端子205上有可分析的信号，该信号任选地借助 电阻RlO和电容器C6构成的RC滤波器很大程度上限制到输出信号的直流部分。通过端子205提供的信号可以直接由微控制器(未示出)来分析。当然，替代微 控制器也可以设置其他数字或者模拟分析电路。在图2中示出的器件尤其是可以如下设计或者选择Q3 BC847CQ4 BC857CC3 47pC4 IpC5 2nC6 IOnR5 1. 2MR6 2. 2kR7 100kR8 3. 3kR9 22kRlO 22k图3示出了电容加权的传感器电路的一个附加的电路例子。直流电压源V6以其正极与节点303连接并且以其负极与节点304连接。直流电 压源V6例如可以包括(可再充电的)电池。交流电压源V5—方面与节点304连接并且另 一方面通过电阻Rll与pnp晶体管Q5的基极连接。此外，晶体管Q5的基极通过电容器C7 与端子302连接。此外，晶体管Q5的基极通过电阻R12与晶体管Q5的发射极连接。晶体 管Q5的集电极与节点304连接。此外，晶体管Q5的发射极通过电阻R13与节点303连接。 晶体管Q5的发射极也通过电容器C9与pnp晶体管Q6的基极连接。晶体管Q6的基极通过 电阻R14与节点303连接，该节点又与晶体管Q6的发射极连接。端子302通过电容器C8 与端子301连接，其中端子301通过电阻R15与晶体管Q6的集电极连接。此外，晶体管Q6 的集电极通过电阻R16与节点304连接。晶体管Q6的集电极也通过电阻R17与端子305 连接。在端子305和节点304之间设置有电容器ClO和电阻R18构成的并联电路。根据图3的装置类似于图2中的电路例子。阻抗变换器Q5与阻抗变换器Q3不同 地实施为pnp晶体管。此外，平行于电容器ClO还存在电阻R18，用于调节在端子305上提 供的信号的电平。端子301、302和305在功能上对应于根据图2的端子201、202和205。在图3中示出的器件尤其是可以如下设计或选择
Q5BC857C
Q6BC857C
C747p
C8Ip
C92. 2n
ClOIOn
Rll1. 2M
R12IM
R1333k
R14100k
R153. 3k
R1615k
R1747k
R18220k
权利要求
一种传感器电路， 具有放大器(Q1，Q2)， 具有电容性传感器(C1)， 其中电容性传感器(C1)设置在放大器(Q1，Q2)的负反馈支路中。
2.根据权利要求1所述的传感器电路，其中放大器具有以下部件中至少之一 -晶体管；-金属氧化物半导体场效应晶体管； -运算放大器；-逻辑门，尤其是使用CMOS技术的逻辑门；-电子管。
3.根据上述权利要求之一所述的传感器电路，其中放大器具有阻抗转换器(Ql)。
4.根据上述权利要求之一所述的传感器电路，其中放大器具有非线性放大级(Q2)。
5.根据上述权利要求之一所述的传感器电路，其中放大器具有双级的晶体管电路 (Ql, Q2 ；Q3, Q4 ；Q5, Q6)。
6.根据上述权利要求之一所述的传感器电路，其中能够将放大器的输出信号输送给处 理单元，尤其是输送给微控制器。
7.根据权利要求6所述的传感器电路，其中放大器(Q3，Q4)的输出信号能够通过低通 滤波器(R10，C6)输送给处理单元。
8.根据权利要求6或7所述的传感器电路，其中处理单元根据放大器的输出信号来执 行预先给定的动作。
9.根据权利要求8所述的传感器电路，其中预先给定的动作包括以下动作中至少之-接通执行器； -关断执行器；_借助额定值来受控地激励执行器，其中该额定值能够基于输出信号来确定。
10.根据上述权利要求之一所述的传感器电路，其中借助交流电压(Vl)来激励放大器。
11.根据权利要求10所述的传感器电路，其中交流电压是时钟信号。
12.根据上述权利要求之一所述的传感器电路，其中该电路用直流电压(V2)来供电， 其中该直流电压尤其是由至少一个电池提供。
13.根据权利要求12所述的传感器电路，其中所述电池(V2)是可再充电的电池。
14.一种带有根据上述权利要求中的任一项所述的传感器电路的发光装置，其中该发 光装置实施为能够借助电容性传感器来切换和/或调光。
15.一种用于激励发光装置的方法，其中按照根据权利要求1至13中的任一项所述的 传感器电路的输出信号来调节发光装置。
全文摘要
本发明提出了一种传感器电路，其具有放大器、电容性传感器，其中电容性传感器设置在放大器的负反馈支路中。此外，提出了一种带有这种传感器电路的发光装置以及一种用于激励发光装置的方法。
文档编号H03K17/96GK101895287SQ20101018231
公开日2010年11月24日 申请日期2010年5月18日 优先权日2009年5月18日
发明者理查德·迪尔格, 马库斯·黑克曼 申请人:奥斯兰姆有限公司