電容式輕觸開關、開關電路及按鍵系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開一種電容式輕觸開關，該電容式輕觸開關包括相對設置的上電極片和下電極片、設置在上電極片上方的按鈕、以及設置在所述上電極片和下電極片之間的絕緣墊片；所述上電極片和下電極片之間通電后，所述按鈕根據其受按壓的情況推動所述上電極片向所述下電極片運動或彈性形變，以改變所述上電極片和下電極片之間的距離，從而改變所述上電極片和下電極片之間的電容量。本發明還公開了一種開關電路及按鍵系統。本發明無需在輕觸開關中采用開關觸點，既保留了輕觸開關的手指觸感，又提高了輕觸開關的使用壽命及靈敏度，且成本較低。
【專利說明】電容式輕觸開關、開關電路及按鍵系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及開關領域，尤其涉及一種電容式輕觸開關、開關電路及按鍵系統。
【背景技術】
[0002]目前在電視機上常用的按鍵開關有兩種形式:一種是輕觸式，另一種是觸摸式。輕觸式開關在電視機上應用最為廣泛，但一般情況下用戶都是使用遙控器來遙控電視，很少使用按鍵，因此按鍵的使用頻率很低，按鍵的主要元件輕觸式開關的觸點由于長時間不活動容易附著一些層積物，或因空氣腐蝕造成接觸不良，導致按鍵失靈。另外一種觸摸式開關，是最近十年才開始使用的，雖然解決了輕觸式開關的接觸不良問題，但由于用戶使用觸摸式開關時手指觸感不強，容易造成誤操作，而且成本也比輕觸式開關高，因此使用上受到了制約。
【發明內容】
[0003]本發明的主要目的在于提供一種使用壽命及靈敏度更高的電容式輕觸開關，同時基于該電容式輕觸開關，還相應提出了一種開關電路及按鍵系統，。
[0004]為了達到上述目的，本發明提出一種電容式輕觸開關，包括:相對設置的上電極片和下電極片、設置在上電極片上方的按鈕、以及設置在所述上電極片和下電極片之間的絕緣墊片；所述上電極片和下電極片之間通電后，所述按鈕根據其受按壓的情況推動所述上電極片向所述下電極片運動或彈性形變，以改變所述上電極片和下電極片之間的距離，從而改變所述上電極片和下電極片之間的電容量。
[0005]優選地，所述上電極片為金屬彈片，所述按鈕根據其受按壓的情況推動所述上電極片向所述下電極片彈性形變，以改變所述上電極片和下電極片之間的距離，從而改變所述上電極片和下電極片之間的電容量。
[0006]優選地，該電容式輕觸開關還包括設置在所述上電極片和下電極片之間兩端的彈性墊圈，所述按鈕根據其受按壓的情況推動所述上電極片壓縮所述彈性墊圈并向所述下電極片運動，以改變所述上電極片和下電極片之間的距離，從而改變所述上電極片和下電極片之間的電容量。
[0007]本發明提出的一種開關電路，包括如上所述的電容式輕觸開關以及用于檢測所述電容式輕觸開關的電容量的檢測單元，二者電連接。
[0008]優選地，所述檢測單元包括多諧振蕩器和濾波器，二者電連接；其中，所述多諧振蕩器包括第一非門、第二非門、第一電阻、第二電阻、第一電容、第二電容；所述第一非門和第二非門的接電源端均接入直流電源，接地端均接地；所述第一非門的輸入端通過所述電容式輕觸開關與所述第二非門的輸出端相接，所述第一非門的輸出端與所述第二非門的輸入端相接；所述第一電阻和第一電容并聯后接于所述第一非門的輸入端與輸出端之間；所述第二電阻一端接于所述第二非門的輸入端，另一端接入所述直流電源；所述第二電容接于所述第二非門的輸入端與輸出端之間。[0009]優選地，所述濾波器包括濾波電阻和濾波電容；所述濾波電阻一端接于所述第二非門的輸出端，另一端與所述濾波電容的一端連接，所述濾波電容的另一端接地。
[0010]本發明提出的一種按鍵系統，包括分壓電阻、二極管和如上所述的開關電路；所述濾波器包括濾波電阻和濾波電容，所述濾波電阻一端接于所述第二非門的輸出端，另一端與所述二極管陽極相接，所述二極管陰極接于所述濾波電容的一端，所述濾波電容的另一端接地；所述分壓電阻一端接于所述二極管陰極，另一端接地。
[0011]優選地，所述開關電路的電容式輕觸開關、多諧振蕩器及所述濾波器的濾波電阻和二極管均為數量對應的多個，所述多個濾波器共用同一個濾波電容；所述多個二極管的陰極均對應接于所述濾波電容的輸入端。
[0012]優選地，所述分壓電阻為一個，其一端接于所述多個二極管的陰極，另一端接地。
[0013]優選地，該按鍵系統還包括識別模塊，接于所有所述二極管的陰極。
[0014]本發明提出的一種電容式輕觸開關，上電極片和下電極片之間通電后會自動存儲電容，所述按鈕根據其受按壓的情況推動所述上電極片向所述下電極片運動或彈性形變，以改變所述上電極片和下電極片之間的距離，從而改變所述上電極片和下電極片之間的電容量，利用該電容量的變化，即可準確的檢測按鈕是否按下，而無需在輕觸開關中采用開關觸點，既保留了輕觸開關的手指觸感，又提高了輕觸開關的使用壽命及靈敏度，且成本較低。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是本發明電容式輕觸開關一實施例的結構示意圖；
[0016]圖2是本發明電容式輕觸開關另一實施例的結構示意圖；
[0017]圖3是本發明開關電路一實施例的電路圖；
[0018]圖4是本發明按鍵系統一實施例的電路圖。
[0019]為了使本發明的技術方案更加清楚、明了，下面將結合附圖作進一步詳述。
【具體實施方式】
[0020]應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0021]本發明提供一種電容式輕觸開關，參照圖1，在一實施例中，該電容式輕觸開關包括相對設置的上電極片a和電極片b、設置在上電極片a上方的按鈕d、以及設置在所述上電極片a和下電極片b之間的絕緣墊片C，所述上電極片a和下電極片b之間通電后，所述按鈕d根據其受按壓的情況推動所述上電極片a向所述下電極片b運動或彈性形變，以改變所述上電極片a和下電極片b之間的距離，從而改變所述上電極片a和下電極片b之間的電容量。
[0022]本實施例中，絕緣墊片c可采用陶瓷絕緣墊片，所述按鈕d按下時通過擠壓所述上電極片a使所述上電極片a和下電極片b之間形成的電容量遠大于所述按鈕d沒有按下時所述上電極片a和下電極片b之間形成的電容量。其中，所述上電極片a可采用金屬彈片即鍋仔片，鍋仔片具備穩定的回彈力，在按鈕d按下時可使上電極片a下凹，與下電極片b間的距離縮短，并在按鈕d沒有按下時自動回位，能夠給操作者帶來舒適的觸動感。所述按鈕d根據其受按壓的情況推動所述上電極片a向所述下電極片b彈性形變，以改變所述上電極片a和下電極片b之間的距離，從而改變所述上電極片a和下電極片b之間的電容量。
[0023]本實施例中，假設上電極片a和下電極片b的直徑均為3mm，上電極片a和下電極片b之間的距離為1.5mm,絕緣墊片c的厚度為0.1mm,由于絕緣墊片c的介電常數ε為6,真空介電常數ε O為8.86 X IO-12,因此，利用平板電容器的計算公式C= ε * ε 0*S/d，可計算得出在按下按鈕d時電容式輕觸開關的電容量為3.76pF，在沒有按下按鈕d時電容式輕觸開關的電容量約為0.05pF。由此可知，按下按鈕d時所述上、下電極片a、b之間形成的電容量遠大于所述按鈕d沒有按下時所述上、下電極片a、b之間形成的電容量。
[0024]參照圖2，在另一實施例中，該電容式輕觸開關還包括設置在所述上電極片a和下電極片b之間兩端的彈性墊圈e，所述按鈕d根據其受按壓的情況推動所述上電極片a壓縮所述彈性墊圈e并向所述下電極片b運動，以改變所述上電極片a和下電極片b之間的距離，從而改變所述上電極片a和下電極片b之間的電容量，其工作原理如上所述，在此不再贅述。
[0025]本發明還提供一種開關電路，參照圖3，在一實施例中，該開關電路包括如上所述的電容式輕觸開關K以及用于檢測所述電容式輕觸開關K的電容量的檢測單元I，二者電連接。
[0026]上述檢測單元I包括多諧振蕩器和濾波器，二者電連接；所述多諧振蕩器包括第一非門11、第二非門12、第一電阻R1、第二電阻R2、第一電容Cl、第二電容C2,本實施例中直流電源為U0，所述直流電源UO為+5V直流電源。所述直流電源UO分別與所述第一非門11及第二非門12的接電源端VCC連接，所述第一非門11及第二非門12的接地端GND接地，所述第一非門11的輸入端A通過所述電容式輕觸開關K與所述第二非門12的輸出端Y連接，所述第一非門11的輸出端Y與所述第二非門12的輸入端A連接，所述第一電阻Rl和第一電容Cl并聯后接于所述第一非門11的輸入端A與輸出端Y之間；所述第二電阻R2一端接于所述第二非門12的輸入端，另一端接入所述直流電源UO ;所述第二電容C2接于所述第二非門12的輸入端A與輸出端Y之間。所述多諧振蕩器根據所述電容式輕觸開關K中的按鈕按下時及按鈕沒有按下時所述電容式輕觸開關K的上、下電極片之間形成的電容量的變化對應的在所述多諧振蕩器的輸出端輸出高低電平信號，所述多諧振蕩器的輸出端為所述第二非門12的輸出端Y。
[0027]上述檢測單元I中多諧振蕩器的振蕩頻率f=l/(l.4R1*C0)，其中，CO為所述電容式輕觸開關K的上、下電極片之間形成的電容量,第一電容Cl、第二電容C2用于降低第一非門11、第二非門12的頻率響應，讓電容式輕觸開關K中的按鈕未按下時，多諧振蕩器不起振，為了便于計算說明，本實施例中，第一電容Cl、第二電容C2取值lpF，第一電阻Rl阻值取值1M，第二電阻R2阻值取值100K，第二電阻R2是第二非門12的上拉電阻，保證多諧振蕩器停振的時候輸出低電平信號，同時，設定第一非門11的輸入端的一點Tl,設定第一非門11的輸出端的一點T2，設定第二非門12的輸出端的一點T3。
[0028]在電容式輕觸開關K中的按鈕沒有按下時，電容式輕觸開關K兩端的電容量約為
0.05pF。由于第二電阻R2的上拉作用，通電瞬間T2為高電平，則T3為低電平，第一電阻Rl隨即給電容式輕觸開關K充電，Tl的電位隨著持續的充電時間慢慢升高，充電周期設為tl，當Tl升高到第一非門11的高電平閥值后，第一非門11的輸出端的T2反轉為低電平，則在第二非門12的作用下，T3也隨之反轉為高電平，此時，第二電容C2由于接在第二非門12的輸入端與輸出端兩端上，第二電容C2兩極開始充電，其充電周期設為t2，由于電容式輕觸開關K中的按鈕沒有按下時其電容量較小，其充電周期tl很小，當tl小于t2時，多諧振蕩器的振蕩條件則無法滿足，不能起振，則多諧振蕩器在停振的時候所述第二非門12的輸出端Y即T3輸出低電平信號。
[0029]在電容式輕觸開關K中的按鈕按下時，電容式輕觸開關K兩端的電容量增大至
3.76pF，則由上述分析過程可知，tl遠大于t2，則多諧振蕩器的振蕩條件可以滿足，所述第二非門12的輸出端Y即T3輸出頻率約190KHz的方波電壓信號，進一步地，所述濾波器包括濾波電阻R3和濾波電容C3，所述第二非門12的輸出端Y經所述濾波電阻R3與所述濾波電容C3的一端連接，所述濾波電容C3的另一端接地。濾波電阻R3和濾波電容C3組成RC濾波電路，由所述第二非門12的輸出端Y即T3輸出的方波電壓信號經濾波電阻R3和濾波電容C3的濾波作用后，得到直流電壓，輸出高電平信號。本實施例中，通過調整第一電容Cl、第二電容C2的電容量，還可以調整多諧振蕩器的停振頻率點。
[0030]由上述分析可知，在電容式輕觸開關K中的按鈕沒有按下時，多諧振蕩器中所述第二非門12的輸出端Y即T3輸出低電平信號，而在電容式輕觸開關K中的按鈕按下時，多諧振蕩器中所述第二非門12的輸出端Y即T3輸出高電平信號，由此，通過對多諧振蕩器中所述第二非門12的輸出端Y即T3輸出的電平信號進行檢測即可識別出電容式輕觸開關K中的按鈕是否按下，即可判斷電容式輕觸開關K的開關狀態，十分準確，且電路結構十分簡單。
[0031]本發明又提供一種按鍵系統，參照圖4 (圖4為六路按鍵系統，可粗略地認為其包含了六個圖3中所示的開關電路以及其他輔助電路元件，同時對部分相同的電路元件進行了簡化)，在一實施例中，該按鍵系統包括分壓電阻R5、二極管D和如上所述的開關電路；所述濾波器包括濾波電阻R4和濾波電容C4(實際上分別相當于圖3中的濾波電阻R3和濾波電容C3，本實施例中為簡化電路同時節約成本，可以僅采用一個濾波電容C4，而不必采用6個濾波電容C3)，所述濾波電阻R4 —端接于所述第二非門12的輸出端Y，另一端與所述二極管D陽極相接，所述二極管D陰極接于所述濾波電容C4的一端，所述濾波電容C4的另一端接地；所述分壓電阻R5 —端接于所述二極管D陰極，另一端接地。
[0032]具體地，本實施例中，該按鍵系統中，所述開關電路的電容式輕觸開關、多諧振蕩器及所述濾波器的濾波電阻R4和二極管D均為數量對應的多個，所述多個濾波器共用同一個濾波電容C4 ;所述多個二極管D的陰極均對應接于所述濾波電容C4的輸入端，所述濾波電容C4另一端接地。由于本實施例僅采用一個濾波電容C4，不必每增加一路按鍵就得增加一個濾波電容C3，即用濾波電容C4代替多個濾波電容C3，簡化了電路、節約了成本。
[0033]本實施例中，所述分壓電阻R5為一個，其一端接于所有所述二極管D的陰極，另一端接地。
[0034]進一步地，該按鍵系統還包括識別模塊2，接于所有所述二極管D的陰極，所述識別模塊2用于根據開關電路中多諧振蕩器輸出的高低電平信號識別開關電路中的按鈕是否按下。
[0035]需要說明的是，由于本實施例的按鍵系統中包括多個所述開關電路，對于各開關電路中元件的標號采用了與圖3所示開關電路不同的標號，以將各開關電路所包括的元件區分開來，其中，圖4中的R11、R21、R31、R41、R51、R61均相當于圖3中的Rl ;圖4中的R12、R22、R32、R42、R52、R62 均相當于圖 3 中的 R2 ;圖 4 中的 Cll、C21、C31、C41、C51、C61 均相當于圖3中的Cl ;圖4中的C12、C22、C32、C42、C52、C62相當于圖3中的C2 ;圖4中的K1、K2、K3、K4、K5、K6相當于圖3中的K ;圖4中的R4相對于圖3中的R3，圖4中的C4相對于圖3中的C3。
[0036]在本實施例中，按鍵系統包括六路開關電路，所述六路開關電路的六個濾波器共同一個濾波電容C4。在其它實施例中，所述按鍵系統還可以是包括更多路開關電路，或者是少于六路開關電路，也可以是僅包括一路開關電路。在按鍵系統僅包括一種開關電路的情況下，只通過在圖3所示的開關電路中于濾波電阻R3和濾波電容C3之間增加一個二極管D即可。進一步地，還可以增加一個與所述濾波電容C3并聯的分壓電阻R5。
[0037]本實施例中，多個所述開關電路中的第一非門及第二非門可以是非門集成電路中的兩路非門，本實施例采用的非門集成電路為六路非門集成電路MC4060，每一六路非門集成電路MC4060可分別為3個開關電路提供兩路非門，即每一六路非門集成電路MC4060可用于識別3個開關電路中的按鈕狀態。
[0038]本實施例中所述開關電路的工作原理如上所述，在此不再贅述。在開關電路中電容式輕觸開關中的按鈕按下時，開關電路中多諧振蕩器的輸出端也即第二非門的輸出端Y輸出方波電壓信號，經過二極管D及濾波電容C4的濾波作用后，得到直流電壓，再經過濾波電阻R4、分壓電阻R5的分壓作用，輸出一大小確定的電壓信號至所述識別模塊2，由此可知，在該按鍵系統的多個開關電路中設置不同的濾波電阻R4的阻值，則在開關電路中電容式輕觸開關中的按鈕按下時，不同的開關電路中多諧振蕩器的輸出端輸出至所述識別模塊2的電壓信號的電壓值也不同，則識別模塊2可根據接收的電壓信號的電壓值識別相應的開關電路中電容式輕觸開關中的按鈕被按下。該按鍵系統可應用于各種電子儀器和電氣設備中，如電視機等，識別模塊2可以為CPU、微控制器等。本實施例無需在輕觸開關中采用開關觸點，既保留了輕觸開關的手指觸感，又提高了輕觸開關的使用壽命及靈敏度，且成本較低。
[0039]上述電容式輕觸開關，上電極片和下電極片之間通電后會自動存儲電容，所述按鈕根據其受按壓的情況推動所述上電極片向所述下電極片運動或彈性形變，以改變所述上電極片和下電極片之間的距離，從而改變所述上電極片和下電極片之間的電容量，利用該電容量的變化，即可準確的檢測按鈕是否按下，而無需在輕觸開關中采用開關觸點，既保留了輕觸開關的手指觸感，又提高了輕觸開關的使用壽命及靈敏度，且成本較低。
[0040]以上所述僅為本發明的優選實施例，并非因此限制本發明的專利范圍，凡是利用本發明說明書及附圖內容所作的等效結構或流程變換，或直接或間接運用在其它相關的【技術領域】，均同理包括在本發明的專利保護范圍內。
【權利要求】
1.一種電容式輕觸開關，其特征在于，包括:相對設置的上電極片和下電極片、設置在上電極片上方的按鈕、以及設置在所述上電極片和下電極片之間的絕緣墊片；所述上電極片和下電極片之間通電后，所述按鈕根據其受按壓的情況推動所述上電極片向所述下電極片運動或彈性形變，以改變所述上電極片和下電極片之間的距離，從而改變所述上電極片和下電極片之間的電容量。
2.根據權利要求1所述的電容式輕觸開關，其特征在于，所述上電極片為金屬彈片，所述按鈕根據其受按壓的情況推動所述上電極片向所述下電極片彈性形變，以改變所述上電極片和下電極片之間的距離，從而改變所述上電極片和下電極片之間的電容量。
3.根據權利要求1所述的電容式輕觸開關，其特征在于，還包括設置在所述上電極片和下電極片之間兩端的彈性墊圈，所述按鈕根據其受按壓的情況推動所述上電極片壓縮所述彈性墊圈并向所述下電極片運動，以改變所述上電極片和下電極片之間的距離，從而改變所述上電極片和下電極片之間的電容量。
4.一種開關電路，其特征在于，包括如權利要求1至3任一項所述的電容式輕觸開關以及用于檢測所述電容式輕觸開關的電容量的檢測單元，二者電連接。
5.根據權利要求4所述的開關電路，其特征在于，所述檢測單元包括多諧振蕩器和濾波器，二者電連接；其中，所述多諧振蕩器包括第一非門、第二非門、第一電阻、第二電阻、第一電容、第二電容；所述第一非門和第二非門的接電源端均接入直流電源，接地端均接地；所述第一非門的輸入端通過所述電容式輕觸開關與所述第二非門的輸出端相接，所述第一非門的輸出端與所述第二非門的輸入端相接；所述第一電阻和第一電容并聯后接于所述第一非門的輸入端與輸出端之間；所述第二電阻一端接于所述第二非門的輸入端，另一端接入所述直流電源；所述第二電容接于所述第二非門的輸入端與輸出端之間。
6.根據權利要求5所述的開關電路，其特征在于，所述濾波器包括濾波電阻和濾波電容；所述濾波電阻一端接于所述第二非門的輸出端，另一端與所述濾波電容的一端連接，所述濾波電容的另一端接地。
7.一種按鍵系統，其特征在于，包括分壓電阻、二極管和如權利要求5所述的開關電路；所述濾波器包括濾波電阻和濾波電容，所述濾波電阻一端接于所述第二非門的輸出端，另一端與所述二極管陽極相接，所述二極管陰極接于所述濾波電容的一端，所述濾波電容的另一端接地；所述分壓電阻一端接于所述二極管陰極，另一端接地。
8.如權利要求7所述的按鍵系統，其特征在于，所述開關電路的電容式輕觸開關、多諧振蕩器及所述濾波器的濾波電阻和二極管均為數量對應的多個，所述多個濾波器共用同一個濾波電容；所述多個二極管的陰極均對應接于所述濾波電容的輸入端。
9.如權利要求8所述的按鍵系統，其特征在于，所述分壓電阻為一個，其一端接于所述多個二極管的陰極，另一端接地。
10.如權利要求7至9任一項所述的按鍵系統，其特征在于，還包括識別模塊，接于所有所述二極管的陰極。
【文檔編號】H03K17/975GK103762968SQ201410038337
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月26日 優先權日:2014年1月26日
【發明者】王球, 楊樹聲, 畢軍輝 申請人:深圳Tcl新技術有限公司