電容感測裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明總體上設及電容感測裝置，例如，用于檢測坐在車輛座位上的乘員的存在 或不存在。
【背景技術】
[0002] 也被稱為一些電場傳感器或接近傳感器的電容傳感器或電容感測裝置表明如下 傳感器：其響應于電場上的被感測物（人、人體的一部分、寵物、物體等等）的影響而產生 信號。電容傳感器總體上包括至少一個天線電極，在傳感器運行時，向該天線電極施加振蕩 電信號并且在天線電極上將電場發射到接近天線電極的空間區域中。傳感器包括至少一個 感測電極，在該感測電極處，電場上的物體或生物的影響被檢測。在一些（所謂的"加載模 式"）電容占用傳感器中，一個或多個天線電極同時用作感測電極。在運種情況中，測量電 路確定響應于施加到一個或多個天線電極的振蕩電壓而流入該一個或多個天線電極的電 流。電壓相對于電流的關系在一個或多個天線電極與地之間產生復阻抗。在電容傳感器的 替代的版本中（"禪合模式"電容傳感器），（多個）發送天線電極和（多個）感測電極相 互分隔開。在該情況下，當發送天線電極運行時，測量電路確定在感測電極中感生的電流或 電壓。
[0003]在計算機圖形I/O裝置（Computer Graphics I/O Devices) 1998年5月/6月期 中的第54-60頁公布的J.R. Smith的標題為"Electric Field Sensing for Gra地ical Interhces"的技術文獻中解釋了不同的電容感測機構。該文獻描述了用于做出非接觸Ξ 維位置測量的電場感測、并且更特別地用于出于向計算機提供Ξ維位置輸入的目的而感測 人手的位置的概念。在電容感測的一般概念中，作者在其稱為"加載模式"、"分流模式"W 及"發送模式"的不同的機構之間進行區別，上述模式對應于各種可能的電流路徑。在"加 載模式"中，振蕩電壓信號施加到發送電極，其建立到地的振蕩電場。待感測物體改變發送 電極與地之間的電容。在"分流模式"中，振蕩電壓信號施加到發送電極，建立了到接收電極 的電場，并且測量了在接收電極處感生的位移電流，該位移電流由此被待感測的人體改變。 在"發送模式"中，發送電極被放置為與用戶身體接觸，其隨后通過直接電連接或通過電容 禪合而變為相對于接收器的發送器。"分流模式"替代地被稱為上面提到的"禪合模式"。
[0004] 電容占用感測系統已經被廣泛提出，例如，用于控制諸如駕駛員氣囊、乘客氣囊和 /或側氣囊等一個或多個氣囊的展開。Jinno等人的美國專利6161070設及乘客檢測系統， 其包括安裝在汽車中的乘客座位的表面上的單個天線電極。振蕩器施加振蕩電壓信號到該 天線電極上，從而在天線電極周圍產生微小的電場。Jinno提出了基于流到天線電極的電流 的幅值和相位來檢測座位中乘客的存在或不存在。 陽0化]Stanley的美國專利6392542教導了電場傳感器，其包括可安裝在座位內并且操 作禪合到感測電路的電極，感測電路施加振蕩或脈沖信號到電極，該信號具有對座位潮濕 的"最弱響應"的頻率。Stanley提出測量流到電極的電流的相位和幅值來檢測被占用的或 空的座位并且來補償座位潮濕。
[0006] 其他人有使用座位加熱器的加熱元件作為電容占用感測系統的天線電極的想法。 W0 92/17344A1公開了具有導體的電加熱車輛座位，其可由位于座位表面的電流通道來加 熱，其中導體還形成雙電極座位占用傳感器的一個電極。
[0007] W0 95/13204公開了類似的系統，其中測量連接到加熱元件的振蕩器的振蕩頻率 W得到車輛座位的占用狀態。例如，在US7521940、US2009/0295199和US6703845中公 開了座位加熱器和電容傳感器的更詳細的組合。 陽00引技術問題
[0009] 本發明的目的是提供電容感測裝置（其可與加熱元件結合或不與其結合），其能 夠W具有競爭力的價格來制造。該目的是通過如權利要求1所述的電容感測裝置來實現 的。
【發明內容】
[0010] 根據本發明，電容感測裝置包括用于響應于在天線電極中引起的交變電壓而發射 交變電場的天線電極W及控制和評估電路，控制和評估電路包括互阻抗放大器，互阻抗放 大器被配置為通過將電流注入天線電極中來維持交變電壓等于參考電壓節點上的交變參 考電壓并且被配置為測量該電流。控制和評估電路包括微控制器和多路復用器，多路復用 器被配置并被布置為交替地將所述天線電極切換到互阻抗放大器的電流輸入端W及交變 參考電壓節點，微控制器被配置為利用數字控制信號來控制多路復用器。多路復用器W及 互阻抗放大器和操作連接到互阻抗放大器的低通濾波器一起形成同步整流器布置。互阻抗 放大器的電流輸入節點通過保護電容器而AC禪合到參考電壓節點。將要理解的是，保護電 容器在電流輸入節點與互阻抗放大器之間提供了低阻抗路徑并且因此大體上防止高頻電 流使同步整流器輸出的有用信號分量失真。優選地，第二保護電容器將參考電壓節點AC禪 合到電路接地。
[0011] 如將要理解的，保護電容器確保互阻抗放大器的輸入端總是經由相對較小的AC 阻抗連接到參考電壓節點，而不考慮多路復用器的位置。保持測量電子設備的輸入AC阻抗 為低意味著在天線電極中感生的大體上所有高頻電流（即具有交變參考電壓的頻率之上 的頻率）同樣流經從多路復用器起始的測量路徑，而不是通過天線電極與參考電壓節點之 間的寄生阻抗而直接流入參考電壓節點。由于調制是由多路復用器實現的，因此有用的信 息包含在流入互阻抗放大器的電流的DC分量中。此外，該電流的DC分量不能跨過保護電 容器而流走。因此，盡管保護電容器將交變電流偏離到參考電壓節點，但是其不會降低測量 電子設備關于待測阻抗的靈敏度。
[0012] 根據本發明的優選實施例，微控制器包括測量輸入端和數字輸出端，測量輸入端 操作連接到同步整流器布置，W用于接收其輸出信號作為測量輸入信號，而數字輸出端被 配置為提供數字信號。另一個低通濾波器操作連接到數字輸出端，W用于通過對數字信號 進行低通濾波來產生交變參考電壓。如將要理解的，本發明的該實施例得益于控制和評估 電路內的用于產生交變參考電壓的微控制器的存在。由于目前的電容傳感器不論怎樣通常 都包括微控制器W用于處理測量值和/或與其它裝置通信，對數字信號進行低通濾波W用 于產生大體上正弦的交變參考電壓表示現有方案（通常使用有源部件，例如振蕩器或具有 晶體管和運算放大器的電路）的非常成本高效的替代物。
[0013] 優選地，電容感測裝置包括驅動屏蔽電極，其被操作連接（例如到產生交變參考 電壓的低通濾波器）W用于施加交變參考電壓。具體而言，驅動屏蔽電極可W用于天線電 極被布置為相對靠近接地表面的應用中。在運種情況下，驅動屏蔽電極可W被布置在天線 電極與接地表面之間，因此減小天線電極與接地表面之間的電容，并且使得電容感測裝置 對例如由人的手或身體的接近所引起的該電容的較小變化更靈敏。
[0014] 如果天線電極被布置為距控制和評估電路某一距離，電容感測裝置優選包括屏蔽 電纜，屏蔽電纜包括忍導體和圍繞忍導體的屏蔽導體，天線電極經由忍導體與控制和評估 電路操作連接并且屏蔽導體被操作連接（例如到驅動屏蔽電極和/或到參考電壓節點）， W便接收交變參考電壓。屏蔽導體防止天線電極與控制和評估電路之間的線路電容禪合到 地，運在其它情況下會感生出取決于線路長度的不期望的測量值偏移。
[0015] 操作連接到數字輸出端的低通濾波器優選包括LC低通濾波器。
[0016] 根據本發明的優選實施例，電容感測裝置包括可W利用開關來與天線電極并行受 控切換的至少一個標準阻抗，開關與至少一個標準阻抗串聯布置并且由微控制器控制。
[0017] 互阻抗放大器優選具有操作連接到天線電極的電流輸入端、操作連接到所述參考 電壓節點W用于接收交變參考電壓的參考電壓輸入端、W及經由反饋網絡與電流輸入端操 作連接的輸出端。互阻抗放大器優選被配置為通過引起流過參考網絡并且流入天線電極的 電流來防止電流輸入端與參考電壓輸入端之間的電勢差，輸出端被配置為輸出指示電流的 測量電壓。
[0018] 同步整流器布置的低通濾波器優選包括偏移校正電路。
[0019] 優選地，多路復用器被配置為將天線電極在交變參考電壓的第一半周期期間切換 到電流輸入端并且在交變參考電壓的第二半周期期間切換到參考電壓輸入端。
[0020] 根據本發明的優選實施例，第一分流電容器連接在天線電極與互阻抗放大器的參 考電壓輸入端之間并且第二分流電容器連接在參考電壓節點與電路接地之間。在運種情況 下，第二分流電容器對應于上述第二保護電容器。如將要理解的是，第一和第二分流電容器 提供從天線電極到電路接地的繞過互阻抗放大器和微控制器的路徑。該路徑具有用于可W 注入天線電極中的擾動或干擾電流的高頻電流分量的低阻抗。
[0021] 根據本發明的電容感測裝置可W例如用于電容式后備箱打開器（如果接近的腿 被檢測到則打開車的后備箱）中、用于電容式口打開器中、或用于例如車輛座位或轉向輪 中的集成的電容感測和加熱系統中。
【附圖說明】
[0022] 參考附圖根據非限制性實施例的W下【具體實施方式】，本發明的其它細節和優點將 變得顯而易見