具有集成控制电路的接触开关制造技术

一种用于检测物体如人体附件的存在的接触开关装置，该装置具有接触衬垫，在接触衬垫周围产生的电场，并且还具有优选的集成本地控制电路，该控制电路连接到该接触衬垫以及所控制的器件。该接触开关装置还具有用于提供输入信号给判定电路的输入电路部分、扩程电容、有源阻断器件、峰值检测器电路、以及双重连接输出锁存电路部分中的至少一个。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及接触板系统，更具体地，涉及接触开关(也就是，例如通过用手指接触一个接触衬垫或者在接触衬垫附近触摸来操作的开关)和相关的控制电路，用来作为机械开关的替换。
技术介绍
长时间以来，机械开关一直被用于所有类型的控制装置，包括家用电器、机床和其它家用和工业用设备。典型地，机械开关被安装在衬底上，并需要某些类型的穿透通过该衬底。这些穿透以及在开关自身中的穿透都会使灰尘、水和其它的污染物通过该衬底或收集在开关内，这样导致了电短路和其它的故障。接触开关经常被用来取代传统的机械开关。不像机械开关，接触开关不包含容易损坏或用坏的移动部分。此外，接触开关可以安装或形成在连续的衬底片上，即，开关面板上，而不需要衬底上的开口。因此，使用接触开关来取代机械开关可以是有利的，特别是在很容易出现污染物的环境中。与传统的机械开关面板相比，接触开关面板也容易清理，这是因为它们可以不需要在衬底上开口形成，而衬底上的开口会使污染物通过。典型地，公知的接触开关包括具有一个或多个电极的接触衬垫。该接触衬垫与控制或接口电路相联系，这些电路通常很复杂并且远离接触衬垫。信号通常提供给包括接触衬垫的一个或多个电极，以在所影响的电极周围产生电场。控制/接口电路检测对电场的干扰，引发形成响应，用于由所控制的器件所使用。尽管接触开关解决了许多与机械开关有关的问题，但公知的接触开关设计并非完美。例如，许多公知的接触开关在污染物如水或其它液体出现在衬底上时很容易出现故障。这些污染物可以作为在接触衬垫周围形成的电场的导体，导致产生无意识的开关动作。这样在这种污染物通常出现的地方，如厨房和一些工厂环境会出现问题。现有的接触开关设计还可能受到与串扰，即，相邻接触衬垫周围电场之间的相互干扰有关的问题的影响。串扰可以引发错误的接触开关激励，或者可以通过接近单个接触衬垫的接触而同时使两个开关被激励。许多公知的接触开关设计还容易受到无意识的动作的影响，这些无意识的动作是由影响接触衬垫自身的电噪声或其它干扰，或者从接触衬垫延伸到与其相关的控制电路的导线引起的。像传统的接触开关设计经常存在的情况，这一问题在接触衬垫距离控制电路相对较远的应用中可能更加严重。现有的接触开关设计通常需要复杂的控制电路，以便与它们所控制的器件连接。这些控制电路可能包括大量的分立元件，它们在电路板上占用了相当大的空间。因为它们的物理尺寸，控制电路通常位于离它们自身的接触衬垫非常远的地方。控制/接口电路的物理尺寸以及它们远离接触衬垫可能加剧上面所讨论的许多问题，如串扰和容易受电噪声和干扰的影响的问题。尺寸和远离接触衬垫也使整个接触开关面板的设计更复杂，导致增加了生产成本和复杂性。一些公知的接触开关设计需要从接触衬垫到接口/控制电路或到所控制的器件有独立的接地导线。利用传统的机械开关的特定装置不需要，并且可能并不容易容纳这种接地导线。采用这样的装置与这种接触开关一起使用可能需要增加特定的接地设备，这样增加了设计和生产时间、复杂性和成本。这些接地导线的需要可能妨碍简单、直接地用接触开关面板来取代传统的机械开关面板。最近在接触开关设计上的改进包括降低接触开关自身的输入和输出阻抗的技术，从而使得其极不易受由污染物和外部噪声源所带来的误激励的影响。美国专利No.5,594,222描述了一种低阻抗接触开关设计，其与许多先前的设计相比，更不容易受由存在污染物和电噪声所带来的故障的影响。尽管这种方案具有好于现有技术的几个优点，但仍有一些性质可能限制了它的应用。例如，形成的开关可能对于温度的变化很敏感。只要输出端处温度的变化相对于真实信号的变化较小，并且相对于由于晶体管的变化而产生的信号的变化较小，单个的晶体管或其它放大器件就会十分令人满意。但是，这种技术可能需要使用附加的电路以与所控制的器件接口，这样增加了整个接触开关设计的成本和复杂性。在允许补偿的动态范围很小，以及在温度变化相对于真实信号的变化很显著的应用中，不同的方案可能会更好地消除或减小温度的影响。而且，尽管该技术的低阻抗方案可以在具有一些有限的阻抗值的污染物和具有一些有限的阻抗值的人的接触之间进行区分，但该技术还不足以在非常低的阻抗级别之间进行区分。当整个接触开关(即，内和外电极都包括)被大量的污染物覆盖时就会存在这种情况。当导电材料如金属板整个地覆盖住接触开关时就会存在类似的基本上为零阻抗的情况。转让给与本申请相同的受让人，因此作为参考包含在本文中的美国专利申请序列号No.08/986,927公开了一种接触开关装置，其具有差动测量电路，解决了影响接触开关的与共模干扰相关的许多问题。例如，具有双电极接触衬垫的接触开关可以构成为在每个电极周围产生电场。共模干扰，如基本上覆盖两个电极的污染物，可能会基本上相等地影响在每个电极周围的电场。每个电极提供与干扰成比例的信号给差动测量电路。因此，由于考虑到来自于电极的信号基本上相等，所以差动测量电路并未感应到区别并且不响应共模干扰。另一方面，如果仅扰乱一个电极周围的电场，则由该电极提供给差动测量电路的信号就可能与由另一个、没有被影响的电极提供的信号实质上不同。差动电路可以通过根据能够基于电极的特定的激励状态引发开关动作的激励而提供输出来做出响应，或者可以根据电极处的许多激励状态来提供信息。尽管差动测量电路方案解决了现有技术中许多公知的问题，但它相对较复杂，并且可能带来设计和制造的高成本。典型地，差动测量电路比更传统的控制电路包含多得多的部件。这些额外的部件可能会占用接触开关面板上更多的空间。同样，与非差动电路设计中的控制电路相比，该控制电路与非差动电路设计相比可能离接触衬垫更远，这样在接触衬垫和它的控制电路之间就需要很长的导线。这实际上可能更加恶化了与电干扰有关的问题。此外，当形成差动测量电路时，元件间的匹配变得很重要。合适的元件匹配带来了额外的制造负担，并可能增加成本。而且，当利用差动传感技术时，产生的信号与电极变化的绝对信号的动态范围相比相对地更小，特别是在低阻抗应用中。因此，该产生的信号可以受到噪声的影响和其它环境影响。差动信号的适当的缓冲通常需要使用额外的元件来构成开关或缓冲器。此外，当从较远的控制电路施加激励如脉冲信号时，脉冲信号可能会受到影响。激励产生电路如脉冲产生电路通常需要许多元件，并占用可能会与传感电极相互干扰的物理空间。因此，如果信号产生电路占用的物理空间可能会无意中影响或偏置传感电极，则信号产生电路需要位于在物理上远离传感电极的地方，这样会有效地降低传感器的信噪比性能。尽管前述的改进可以减小开关之间的串扰所带来的无意识的开关动作以及电干扰对它们的控制电路的影响，但它们没有完全消除这些问题。而且，它们没有解决在特定的接触开关应用中对单独的接地电路的需要或解决与其相关的问题。此外，如果上述特性可以用尽可能小的物理结构形式来实现那么将会非常有利。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种可靠的接触开关装置，其基本上不受存在污染物、电干扰以及其它接近接触开关和与其相关的控制电路的干扰的影响，以防止在接触开关受到这种干扰的影响时的无意识的开关动作。本专利技术还有一个目的是简化接触开关以及它们可以用到的许多不同的应用之间的接口需要，使得接触开关面板可以容易地用来直接、可拆卸地取代机械开关面板。本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种接触开关装置，用于在输出线上产生控制信号，该装置包括：接触衬垫；接近所述接触衬垫的控制电路；所述控制电路具有适合于从所述接触衬垫接收至少一个信号的输入部分；所述接触衬垫电耦合到所述控制电路的所述输入部分； 所述接触衬垫构成为接收场发生信号；其中所述场发生信号导致在所述接触衬垫周围产生一电场；所述控制电路响应于影响所述电场的激励；所述控制电路构成为响应于影响所述电场的所述激励而选择性地形成控制信号；以及所 述控制电路具有输出节点，用于在所述输出线上传输所述控制信号到一远程设备。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：戴维W考德威尔，
申请(专利权)人：触摸传感器技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]