專利名稱：雙線觸摸傳感器接口的制作方法
技術領域：
本發明旨在用于通過僅僅使用雙線將場效應傳感器與控制系統或者受控裝置互連的方法和設備。
背景技術：
常常需要觸摸傳感器來替換機械開關。但是，在用觸摸傳感器替換機械開關的時候存在某些局限性。例如，典型的機械開關是簡單的雙端裝置，而傳統的觸摸傳感器通常需要三線來進行工作，即，一根電源輸入線，一根接地線和一根輸出線。因此，用觸摸傳感器替換機械開關常常需要增加機械開關不需要的第三條線。這樣就增加了成本和復雜性，會在某些應用中給利用觸摸傳感器替換機械開關帶來限制。
圖1是說明本發明概念的一個框圖；圖2是說明根據本發明一個優選實施例的設備的示意圖；圖3說明本發明的一個優選實施例中輸出開關的作為時間函數的電壓輸出；和圖4是說明根據本發明另一優選實施例的設備的示意圖。
發明詳述圖1是從概念上表示根據本發明的一個優選實施例的裝置10的框圖。端子J1、J2與工作電壓源(圖中沒有示出)連接，例如導向和導出要用根據本發明的傳感器設備替換的機械開關的那些導線。開關二極管D1的第一端和第二端與端子J1和電容器C1的第一端連接。存儲電容器C1的第二端與端子J2連接。開關二極管D1與存儲電容器C1的連接點與電壓調整器VR的輸入端連接。電壓調整器VR的輸出端與觸摸傳感器TS和欠壓檢測器UD的輸入端連接。觸摸傳感器TS和欠壓檢測器UD的輸出端與輸出開關OS的輸入端連接，其電壓端分別與端子J1、J2連接。電壓調整器VR、欠壓檢測器UD和觸摸傳感器TS中每一個的地都與端子J2連接。
在工作時，端子J1、J2上的電壓通過開關二極管D1對存儲電容器C1進行充電。端子J1、J2上的電壓還通過開關二極管D1給電壓調整器VR提供偏壓。于是，只要從電壓調整器VR輸出給觸摸傳感器TS輸入端的輸出大于一個預定電壓，欠壓檢測器UD就允許觸摸傳感器TS控制輸出開關OS。在這種情況下，如果觸摸傳感器TS未被啟動，輸出開關OS就是“斷開”，或者說不導通，模擬打開的機械開關。在這種情況下，如果觸摸開關TS被啟動，輸出開關OS就是“接通”，或者說導通，模擬合上的機械開關。但是，如果電壓調整器VR輸出給觸摸傳感器TS輸入端的輸出低于一個預定電壓，欠壓檢測器UD就禁止輸出開關OS工作。在這種情況下，輸出開關OS保持斷開狀態，而不管觸摸開關TS處于何種狀態。
當輸出開關OS斷開時，如上所述，端子J1、J2上的電壓被施加給存儲電容器C1。當輸出開關OS接通時，它就將電路端子J1、J2基本上短路，給開關二極管D1提供反向偏置，并且從存儲電容器C1移除所有充電電壓。在這種情況下，存儲電容器C1通過電壓調整器VR和觸摸傳感器TS放電。最后，存儲電容器C1放電放到一個電平，在該電平上，電壓調整器VR的輸入電壓不足以保持電壓調整器VR輸出電壓(和觸摸傳感器TS的輸入電壓)大于上面討論過的預定電壓。當電壓調整器VR的輸出電壓降低到預定電壓以下時，欠壓檢測器UD就禁止輸出開關OS工作，導致輸出開關OS開路，或者回到“斷開”狀態。當輸出開關OS開路或者“斷開”時，再次通過開關二極管D1將電壓施加給存儲電容器C1，對存儲電容器C1充電，給電壓調整器VR提供偏置。在一個典型的物理實施例中，前面的周期重復進行，使得在觸摸傳感器TS被連續啟動時，使輸出開關OS在95％或者更多的時間內閉合或者“接通”，在傳感器TS未被啟動時，100％的時間內開路或者“斷開”。
圖2示意性地說明按照本發明的一個優選實施例里，采用能夠買到的元件構成的裝置20。裝置20類似于結合圖1描述的裝置10，但是將圖1所示實施例中的電壓調整器VR功能和欠壓檢測器UD功能結合在一個裝置內，也就是電壓調整器U1內。除了別的之外，電壓調整器U1優選采用從松下半導體公司買來的LP2951電壓調整器。這個裝置的“錯誤(error)”引腳與輸出開關OS的控制輸入端連接。當電壓調整器U1的輸出電壓(以及觸摸傳感器TS的輸入電壓)低于預定電壓的時候，電壓調整器U1的“錯誤”引腳在內部接地，并且因此輸出開關OS的控制輸入端在內部接地。當電壓調整器U1的輸出電壓(以及觸摸傳感器TS的輸入電壓)大于預定電壓的時候，電壓調整器U1的“錯誤”引腳在內部基本上連接至開路電路。
裝置20還包括圖1所示實施例中沒有示出的以下附加電路元件在端子J1和開關二極管D1之間連接的第一峰值電流限流電阻R5；在開關二極管D1和存儲電容器C1之間連接的第二峰值電流限流電阻R1；與存儲電容器C1并聯的齊納二極管D2；觸摸傳感器TS輸出端和輸出開關OS控制輸入端之間連接的限流電阻R2；以及在觸摸傳感器TS輸入端和端子J2之間連接的第二電容器C2。第一和第二峰值電流限流電阻R1和R5可以被省略，但是為了減輕電磁兼容問題，在自動化應用中是必需的，在其它一些應用中也是必需的。齊納二極管D2保護電壓調整器VR免于在例如系統里有感性負載可能會出現的高壓瞬變。也就是說，如果齊納二極管D2的輸入(以及電壓調整器VR的輸入)超過預定值，齊納二極管D2就會將輸入電壓鉗制在預定電壓上。在如果不關注瞬態電壓保護的特定應用中，齊納二極管D2可以被省略。第二電容器C2用于穩定電壓調整器U1。
在優選實施例中，觸摸傳感器TS體現為可從伊利諾斯州Wheaton的LLC的TouchSensor技術公司買到的TS100控制電路的觸摸傳感器。美國專利No.6320282描述了這樣一種裝置，在這里將它引入作為參考。輸出開關OS優選為場效應管(FET)，但是如同本領域的技術人員所公知，輸出開關OS也能夠用其它方式實現。
圖2中的實施例從功能上類似于圖1中的實施例。也就是說，端子J1、J2之間的電壓通過開關二極管D1以及第一和第二峰值電流限流電阻R5、R1給存儲電容器C1充電。端子J1、J2之間的電壓還通過開關二極管D1以及第一和第二峰值電流限流電阻R5、R1給電壓調整器U1提供偏置。只要電壓調整器U1給觸摸傳感器TS輸入端的輸出大于預定電壓，電壓調整器U1的“錯誤”引腳就在內部基本上連接至開路電路，如上所述。在這種情況下，電壓調整器U1允許觸摸傳感器TS控制輸出開關OS。也就是說，如果觸摸傳感器TS未被啟動，輸出開關OS就是“斷開”，模擬一個打開的機械開關，如果觸摸傳感器TS被啟動，輸出開關OS就是“接通”，模擬一個合上的機械開關。但是，如果從電壓調整器U1輸出給觸摸傳感器TS輸入端的輸出下降到預定電壓以下，電壓調整器U1就通過將輸出開關OS的控制輸入接地來禁止輸出開關OS工作，如前所述。在這種情況下，輸出開關OS保持斷開，而不管觸摸傳感器TS處于何種狀態。
當輸出開關OS斷開時，端子J1、J2上的電壓被施加在存儲電容器C1上，如同結合圖1所述。當輸出開關OS接通的時候，它基本上讓電路端子J1、J2短路，給開關二極管D1提供反向偏壓，移除存儲電容器C1的所有充電電壓。在這種情況下，存儲電容器C1通過電壓調整器U1和觸摸傳感器TS放電。最后，存儲電容器C1放電放到一個電平，在該電平上，電壓調整器U1的輸入電壓不足以維持電壓調整器U1的輸出電壓(以及觸摸傳感器TS的輸入電壓)大于前面討論的預定電壓。當電壓調整器U1的輸出電壓下降到低于這個預定電壓時，電壓調整器U1就禁止輸出開關OS工作(通過電壓調整器U1讓控制輸入接地，如上所述)，導致輸出開關OS開路，或者回到“斷開”狀態。在禁止輸出開關OS工作的情況下，通過開關二極管D1將電壓再次施加到存儲電容器C1上，對存儲電容器C1進行充電，給電壓調整器U1提供偏置。在原型實施例中，重復前面的周期，從而在觸摸傳感器TS被連續啟動的情況下，使輸出開關OS在大約99.1％或者更多的時間內保持閉合或者“接通”，在觸摸傳感器TS未被啟動的情況下，在100％的時間內保持開路或者“斷開”。這一點在圖3中說明，它是觸摸傳感器TS連續觸發的情況下，作為時間函數的輸出開關OS上的電壓曲線圖。
圖4說明本發明的另一個實施例。除省去了電壓調整器U1和電容器C2之外，圖4中的實施例類似于圖2中的實施例。其中，齊納二極管D2被選擇來提供瞬態保護和電壓調整。這個實施例還增加了連接在輸出開關OS控制輸入端與限流電阻R2之間的下拉電阻R3。下拉電阻R3是可選的，取決于觸摸傳感器TS的特性。具體地說，如果觸摸傳感器TS只有一個有源高電壓輸出，如同本領域的技術人員所公知，那么下拉電阻R3就用于在輸出開關OS的控制輸入端產生一個控制電壓。如果觸摸傳感器TS同時具有有源高電壓和有源低電壓輸出，下拉電阻R3就可以省略，用開路電路代替。此外，限流電阻R2也可以省略。
在工作時，通過第一和第二峰值電流限流電阻R5、R1和開關二極管D1，端子J1和J2之間的電壓被施加給存儲電容器C1，以及被施加給觸摸傳感器TS的輸入端。在觸摸開關TS被觸發時，它的輸出變高，在下拉電阻R3與輸出開關OS的控制輸入端的連接點產生一個電勢，這個電勢則將輸出開關OS偏置成“接通”狀態。如果輸出開關OS接通，端子J1就通過輸出開關OS與端子J2基本上短路，給開關二極管D1提供反偏，從存儲電容器C1移除所有充電電壓。在這種情況下，存儲電容器C1通過觸摸傳感器TS放電。在它放電時，存儲電容器C1繼續給觸摸傳感器TS供電，直到存儲電容器C1兩端的電壓不足以驅動觸摸傳感器TS。此時，不論是否被觸發，觸摸開關TS都不再產生一個輸出來控制輸出開關OS的控制端，輸出開關OS開路。如果輸出開關OS開路，端子J1和J2之間的電壓被再次施加給存儲電容器C1，前面的周期重復。雖然圖4中的實施例不能象圖2中的實施例一樣提供那樣高的精度和那樣的控制，但是在許多應用中，以比圖2實施例更低的成本，圖4的實施例可以足夠精確地正常工作。
附圖中示出的電壓、電阻和電容值是代表性的優選值。其它電壓、電阻、電容值也能使用，本領域中的技術人員很容易就能確定它們。
雖然上面示出和說明了本發明的幾個實施例，但是對于本領域的技術人員而言，顯然能夠進行許多改進而不會偏離以下權利要求給出了范圍的本發明的精神。
權利要求
1.一種觸摸控制開關設備，具有雙線接口，包括輸出開關，其輸入端與高電壓源連接，輸出端與低電壓源連接；第一二極管，其第一端與所述高電壓源連接；第一電容器，其第一端與所述低電壓源連接，第二端與所述第一二極管的第二端連接；和觸摸傳感器，其輸入端與所述第一二極管和所述第一電容器的連接點連接，所述觸摸傳感器還具有與所述輸出開關的控制輸入端連接的控制輸出端。
2.如權利要求1所述的設備，還包括連接在所述觸摸傳感器的所述輸入端與所述第一二極管和所述第一電容器的所述連接點之間的電壓調整器。
全文摘要
一種觸摸傳感器利用兩根線與控制系統或者受控裝置進行交互。所述觸摸傳感器的輸出端控制輸出開關。
文檔編號H02J1/00GK1792036SQ200480013274
公開日2006年6月21日 申請日期2004年5月13日 優先權日2003年5月15日
發明者埃里克·J·胡克斯特拉 申請人:觸摸傳感器技術有限責任公司