电容感应开关及开关阵列制造技术

电容感应开关（１０）包括：电容元件（１８），用于产生依赖于物体物理接近的有效电容，第一选择器信号输入端（１４）连至电容元件（１８）以产生第一输入信号而有效充电电容，阈值信号产生电路（３５）连至电容元件（１８）以产生当有效电容充电至一预定电位时始为有效的阈值信号，开关电路（３３）用于响应于开关信号有选择地将电容元件（１８）连接至阈值信号产生电路（３５），放电控制电路（１１）连接电容元件（１８），用于响应于放电信号有选择地独立于输入信号将有效电容放电。还公开了采用上述结构的开关阵列（１００）。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
本专利技术涉及电容感应开关及电容感应开关阵列。目前的技术中已有电容感应开关。他们可以根据相关于频移检测电路、分压器电路、或是阻容时序电路而分类。Smith的美国专利第4,495,485号以及Yoshikawa等人的美国专利第4,567,470号中揭示了频移检测电路。Smith采用了在一个键盘上包含感应区的电容网装置。网络提供了最终决定采用555时钟的振荡器的振荡频率的RC电路的有效电容。采用检测555时钟振荡器频率偏移的方法来确定是否有一个物体接近感应区。Yoshikawa等人的美国专利第4,567,470号揭示了连接到一个模拟器转换开关的感应触片，模拟转换开关最终又将每一个触片连接到一个振荡器电路上，转换开关上连接了一个补偿电路用于补偿每一个触片的电容，以使得在无任何触片被触及时使振荡器在谐振频率振荡。一个比较器检测振荡器输出的电平。当触及一个触片时，人体电容改变了振荡频率而使得输出电平下降，并由比较器检测到。比较器选通将代表被触及的触片的地址值加载到寄存器中。通常，上述两种装置中用于检测因电容而造成的频率改变的电路的复杂度高。此外，很显然不改变电路无法快速方便地重新校准振荡器的参考频率。Bollaway的美国专利第5,012,124号，Cntler等人的美国专利第4,291,303号，Eichalberger等人的美国专利第4,145,748号，Ballsgawa的美国专利第4,772,874号揭示了分压器电路。Ballaway的专利揭示的是许多触片在同一时刻由一共同的振荡器信号激活，分压器由一个固定的电阻和人体触及触片时的人体电容构成，产生一个压降，该压降经整形和滤波成一个直流电压值，该直流电压值又经转换成为一个数字形式。直流电压值同预先存储的参考值相比高或低表示代表开关条件的信号线开或关的条件。该信号线是复用的，由微处理器来翻译。外部的复用器和模拟转换器增加了电路不必要的复杂度和成本。Cntler等人的专利揭示了一系列电容耦合设备，通过人手指对信号地的电容耦合信号。该专利中表明经过这种耦合扫描信号电压将降低约20％。这种电压降落若被缓存并使用于一个阻容电路，该电路产生用于同阈值电压相比较的输出电压，如果输出电压低于阈值电压将触发比较器，类似于触片被触及的情形。为克服人的手指电容耦合进其他耦合设备所产生的影响，需要额外的电路。Eichelherger等人的专利揭示了一种电容键盘阵列，包括一个多按键面板，通过将操作者手指的电容耦合到信号地以实现分压。结果产生一个信号，其电压依赖于用户手指和按键的接近度，并提供到一个模数(A/D)转换器，其将代表信号的数值同预先存储的参考值相比较。比较器的输出表示了按键被触及和未触及的状态。通过将装载参考值的计数器增加或减少，周期性地更新参考值。这表明有额外的电路。Easogawa的专利揭示了一种包含可按式键的键盘。这些按键将一个时钟信号电容性地从列线路耦合到行线路，并在行线路中产生一个具有由压下和放开按键之间的时间决定脉冲宽度的信号。按键被按下的越深，脉冲宽度越宽。检测脉冲宽度可以用来决定是否有按键被按下，这样使用者必须保持一个键被按下必要的时间才能激活指定的键。阻容时序电路在Aubuchon的美国专利第4,592,913号及Hunts等人的美国专利第4,157,539号中被揭示。Aubuchon揭示了一种多个异步感应电路，每个电路可以从一个普通时钟接收一个时钟脉冲。各感应电路接收并反转时钟脉冲，以向RC网络提交一个低电平，RC网络中的C由使用者的手指产生。由同RC网络相连的与非门产生的数字信号电平经一预置的或参考时间后被锁入一D触发器，D触发器的输出表示被按条件的真假状态。Hunts等人的专利揭示了一种连接在两条信号线之间的多个耦合装置。使用者的手指和触片的接近使两条信号线都耦合到地。每条信号线被顺序地设为高以表示包括使用者手指的第一个RC网络和包括参考电容的第二个RC网络的充电过程。根据哪一个RC网络先达到预期的电平，由一个触发器置位来表示用户手指是否在相应于被起动信号线的触片上。上述RC时序装置的问题是他们各自都使用一个公共的参考电容来比较一批开关单元。结果，由于电路板的布局造成的电容的差异可能使一些开关单元比其他更敏感。这可能给以感应方式检测物体接近的能力带来相反的影响，而且开关误激活的可能性更大。我们所期望的是一个电容感应开关阵列，其中的每个开关单元可以被独立地选中，并有一个数字计时器用于产生被选开关单元电容充电时间的计时值，各开关单元中数字计时值同表示被选开关单元不受外界影响作用时得到的计时值的相应参考计时值比较，以产生一个表示开关单元开/关情形的信号。在这种方式下，每个开关单元将有一个独立的参考计时值。专利技术概述根据本专利技术的一个方面，提供了一个电容感应开关单元，包括一个可根据物体距其实际接近度而产生有效电容的容性器件，一个同容性器件相连的前级选择器信号输入，以使前述输入信号对有效电容充电，一个同容性器件相连的阈值信号产生电路，用于产生一个阈值信号，当有效电路被充电至一个预定电压时该阈值信号被激活，一个开关电路，可以根据一个开关信号，选择性地将容性器件同阈值信号产生电路连通，以及一个同容性器件相连的放电控制电路，用于根据放电信号而不依赖输入信号，选择性地将有效电容放电。优选地，阈值信号产生电路包括一个缓冲电路，用于无需实际加载容性器件，而产生表示容性器件电压的导出电压。优选地，缓冲电路包括一个射极跟随器电路，在其中包含的阻抗两端产生上述导出电压。优选地，阈值信号产生电路包括一个开关器件，用于当导出电压大于代表预定电压的表示电压时激活阈值信号。优选地，开关器件包括一个施密特触发器电路用于降低阈值电路的误激活性。优选地，本装置包括一个开关单元控制电路，用于产生输入信号、开关信号和放电信号，以使得阈值信号产生电路在放电信号被抑制后一段时间将阈值信号激活，该时间段依赖于有效电容。优选地，开关控制电路包括一个计时器，用于产生表示上述时间段的计时值。优选地，开关控制电路包括一个开关状态信号产生电路，用于当计时值大于存储计时值时激活一个开关状态信号。优选地，存储计时值表示当没有物体实际接近容性器件时获得的计时值。优选地，本装置还包括一个存储电路，用于存储当没有物体实际接近容性器件时得到的计时值。优选地，开关单元控制电路包括一个计时值累加器，用于累计一系列时间段所得到的计时值，得出一个累计计时值。优选地，开关控制电路包括一个开关状态信号产生电路，用于当累计计时值大于累计的存储计时值时激活一个开关状态信号。优选地，累计存储计时值表示当没有物体实际接近容性器件时产生的一系列时间段的计时值的累计。优选地，本装置包括一个存储电路，用于存储当没有物体实际接近容性器件时得到的累计计时值。优选地，开关单元控制电路包括一个微处理器和包含一个存储寄存器的存储电路。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种操作电容感应开关单元的方法，该方法包括以下步骤在根据物体距其接近度而具有一有效电容的容性器件上产生一有效电容，通过一个前级选择器信号使有效电容充电，根据开关信号选择性地将容性器件同阈值信号产生电路连通，当有效电容充电至一个预定电压时激活一个阈值信号，根据放电信号而不依赖输入信本文档来自技高网...

【技术保护点】
电容感应开关单元包括：ａ）容性器件：可以根据物体距其实际的接近程度产生有效电容；ｂ）前级选择器信号输入：连接到容性器件，使得前级输入信号将其有效电容充电；ｃ）阈值信号产生电路：连接到容性器件，用于产生一个阈值信号，当上述有效电容 充电到预定电压时该阈值信号被激活；ｄ）开关电路：用于根据开关信号，选择性地将容性器件同阈值信号产生电路相连；ｅ）放电控制电路：连接到容性器件，用于根据放电信号而不管输入信号，有选择性地使有效电容放电。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：TM泰勒，MG布顿，
申请(专利权)人：坦尼西斯技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]