具有集成控制电路的触摸开关制造技术

一种用于检测物体如人的附肢的存在的触摸开关设备（２２），该设备具有一个触摸垫和一个连接到该触摸垫及受控设备的本发控制电路（２６），该触摸垫最好包括一个第一电极（Ｅ１）和一个与第一电极间隔开且包围它的第二电极（Ｅ２）。该控制电路（２６）最好是集成电路形式，信号提供给该触摸垫以产生一个围绕其的电场。靠近触摸垫介入的刺激会干扰该电场。该控制电路检测这种电场干扰并产生一个控制信号作为响应。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于触摸板系统，尤其是关于触摸开关(例如，通过将手指触摸到一个触摸垫或其周围来操作的开关)和用于替换机械开关的相关控制电路。
技术介绍
机械开关长时间地用于控制各种类型的设备，包括家用设备、机器工具以及其它的室内和工业设施。机械开关一般地被典型地安装在基板上并要求穿透该基板。这些类型的穿透以及开关本身的穿透可以允许尘土、水和其它的污物通过该基板或被限制在该开关内，由此导致电气短路或其它的故障。已知的触摸开关一般地包括一个具有一个或多个电极的触摸垫，这些触摸垫与复杂且与这些垫距离较远的控制或接口电路进行通信，通常将一个信号提供给包含该触摸垫的一个或多个电极，围绕所影响的电极产生一个电场。该控制/接口电路检测对电场的干扰，然后产生由一个爱控设备使用的响应。尽管触摸开关解决了与机械式开关相关的很多问题，但是目前的触摸开关的设计不是最优的。例如，当在基板上存在有水或其它液体时，很多的触摸开关会误操作。这些污物对于围绕触摸垫产生的电场来说作用相当于一个导体，导致不期望的开关触发，这就在发现有这样的污物的区域提出一个问题，如厨房或工厂环境内。已有的触摸开关设计通常会遇到与串音有关的问题，例如在围绕相邻的触摸垫的电场之间的干扰。串音可以导致错误触摸开关被激发或者可以导致两个开关被一个接近单一触摸垫的触摸而同时激发。很多已知的电子开关设计由于电子噪声或影响触摸垫本身的其它噪声或从该触摸垫延伸到与其相关的控制电路的线头而可能会产生不期望的触发，这个问题对于触摸垫与控制电路距离相对较大的应用场合会更显著，这对于常规的开关设计是非常容易发生的情形。已有的触摸开关通常要求复杂的控制电路以便与所控制的设备接口，这些控制电路很可能是由大量的分离的部件构成，而这些部件会占用电路板上大量的空间。由于其物理尺寸的原因，控制电路一般地与触摸垫相隔一定的距离。控制/接口电路的物理尺寸及其与触摸垫的距离可以加重上面讨论的很多问题，例如串音及易受到电子噪声和干扰。尺寸与距离也使得整个触摸开关板设计复杂化，导致生产浪费与复杂性的增加。某些已知的触摸开关设计要求从开关垫到接口/控制电路或受控设备有独立的接地引线。某些使用常规的机械开关的设备并不要求这些，而且可以很容易地容纳这些接地引线。适应与这些触摸开关一起使用的设备可能要求增加特定的接地装置，如此一来增加了设计和生产时间、复杂性和费用。这些接地引线的需要可排除简单的、直接替换常规的具有触摸开关板的机械开关板。在触摸开关设计方面的最新改进包括降低触摸开关本身的输入与输出阻抗，由此可以高度地避免由于污物或其它外部噪声源引起的误触发。美国专利5594222描述了一个低阻抗触摸开关设计，与其先前的设计相比，它在存在有污物或电子噪声的情况下不易于发生误操作。尽管该方法与先有技术相比具有很多的优点，但其具有某些限制其它应用的特性。例如，由于该开关对温度变化很敏感，只要在输出处的温度变化相对于合理的信号变化很小并且相对于由晶体管变化引入的信号变化小，随后一个单一的晶体管或其它放大装置将是非常令人满意的。但是，该技术可能要求使用附加的电路以与受控设备进行接口，由此导致整个触摸开关设计的费用与复杂性增加。在允许补偿的有小的动态范围的应用中，以及在相对于合理的信号变化的温度变化非常重要的场合，不同方法可能更好地消除或减少温度的影响。而且，即使本技术的低阻抗方法可以区分具有有限量的阻抗的污物与具有有限量阻抗的人的触摸，本技术可能也不够区分特别低的阻抗，当整个触摸开关(例如内外电极)都被覆盖大量的污物时就会发生这种情况。类似地，当导电材料如金属盘完全地覆盖一个触摸开关时就可能存在零阻抗环境。转让给本申请的同一受让人的且在此作为参考引入的美国专利申请08/986,927公开了一种具有不同的测量电路的触摸开关设备，它可以解决与影响触摸开关的通常模式干扰相关的很多问题。例如，具有两个电极触摸垫的一个触摸开关可以配置成围绕每个电极产生一个电场。通常的模式干扰，例如基本上覆盖两个电极的污物，很有可能会均等地影响围绕每个电极的电场，每个电极向差分测量电路提供正比于干扰的信号。由于来自电极的信号因此被认为是基本相等的，差分测量电路并不检测到差异，因而不会对通常模式干扰产生响应。另一方面，如果围绕其中一个电极的场受到干扰，由该电极提供给差分测量电路的信号很可能与由没有受到影响的电极提供的信号不同，该差分测量电路就可通过引起开关触发的一个输出来进行响应该差异。尽管差分测量电路方法解决了本
中很多已知的问题，但是对于设计和制造来说相对地要复杂和费钱。一个差分测量电路比起一个非常普通的控制电路来说要包含很多的部件，这些部件很可能占用触摸开关板上更多的空间。如此一来，比起使用非差分测量电路设计，该控制电路很可能与触摸板的距离会更远，要求在控制电路与触摸板之间有更长的引线。这在实际中可增加与电子干扰有关的问题。而且，当构造一个差分测量电路时，部件的匹配变得非常重要。正确的部件匹配产生附加的制造负担并很有可能增加费用。尽管前面描述的改进可以降低由开关之间的串音引起的不期望的开关触发以及在控制电路上的电子干扰的影响，但是它们并不能完全地消除这些问题。而且，它们不能解决在某些触摸开关应用中独立接地电路的要求以及与其相关的问题。专利技术概述本专利技术的一个目标是提供一种可靠的触摸开关设备及其控制电路，该开关基本上不受污物、电子干扰和其它的靠近该触摸开关的干扰的影响，以便防止当开关受到这些干扰影响时不会发生不期望的触发。本专利技术的另一个目标是简化触摸开关与很多不同应用之间的接口要求，以便该触摸开关板可以很容易地直接地、即插即用地替换机械开关板。本专利技术提供的触摸开关设备包括一个触摸垫和靠近该触摸垫的控制电路，该触摸垫与控制电路可安装在一个绝缘基板上。相对于该设备的整体尺寸来说，控制电路相对要小。在本专利技术一个优选实施例中，控制电路基本上减少为一个或几个集成电路。在集成电路实施例中控制电路物理尺寸的压缩降低了开关受到通常模式干扰、串音以及相邻触摸开关间干扰的容易性。集成电路方案也提供了控制电路部件的更佳匹配与均衡。本专利技术的各种触摸开关可以各种优选实施例的方式进行配置。在一些实施例中，触摸开关可以仿效传统的、紧凑型的机械开关。在另一些实施例中，触摸开关可以仿效瞬间紧凑型机械开关。在一个优选实施例中，触摸开关具有一个第一电极和靠近第一电极的第二电极。其中至少一个电极是电气地连接到本地控制电路，第一、第二电极以及本地控制电路一般地放置在基板的同一表面上，与要用作触摸开关的基板的侧相对。但是，它们并不需要共平面，并且也可以放置在基板的相对侧。在一个替换实施例中，该触摸垫具有一个电气地连接到本地控制电路的单一电极，在另一个实施例中，该触摸垫可具有多于两个的电极。在一个优选实施例中，控制电路包括用于产生信号并将信号提供给该触摸垫以产生围绕包含触摸垫的一个或多个电极的电场的装置。可替换地，这种信号也可以在其它地方产生并提供给一个或多个电极以产生围绕其的一个或多个电场。该控制电路响应刺激(如用户指尖接触或靠近邻近该触摸开关的基板)检测对电场的干扰。该控制电路通过产生一个由受控设备(如家用电器或工业机器)使用的控制信号有选择地响应这种电场扰动。在优选实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在输出线上产生控制信号的触摸开关设备，该设备包括： 触摸垫； 靠近所述触摸垫的控制电路； 所述的控制电路电气地连接到所述的触摸垫； 所述的控制电路具有一个用于从远程信号源接收输入信号的输入节点； 所述的触摸垫被配置成接收场发生信号； 其中所述的场发生信号导致围绕所述的触摸垫产生一个电场； 所述的控制电路响应能影响所述电场的刺激； 所述的控制电路被配置成响应能影响所述电场的所述刺激而有选择地产生一个控制信号； 所述的控制电路具有一个用于将所述输出线上的所述的控制信号传送给一个远程设备的输出节点。

【技术特征摘要】
US 1999-1-19 09/234,1501.一种用于在输出线上产生控制信号的触摸开关设备，该设备包括触摸垫；靠近所述触摸垫的控制电路；所述的控制电路电气地连接到所述的触摸垫；所述的控制电路具有一个用于从远程信号源接收输入信号的输入节点；所述的触摸垫被配置成接收场发生信号；其中所述的场发生信号导致围绕所述的触摸垫产生一个电场；所述的控制电路响应能影响所述电场的刺激；所述的控制电路被配置成响应能影响所述电场的所述刺激而有选择地产生一个控制信号；所述的控制电路具有一个用于将所述输出线上的所述的控制信号传送给一个远程设备的输出节点。2.如权利要求1所述的设备，其中所述的触摸垫包括至少一个第一电极。3.如权利要求1所述的设备，其中所述的触摸垫包括一个第一电极和靠近该第一电极的一个第二电极。4.如权利要求3所述的设备，其中所述的第二电极基本上围绕所述的第一电极。5.如权利要求3所述的设备，还包括一个电气地连接在所述的控制电路与所述的第一电极之间的第一电阻，以及一个电气地连接在所述的控制电路与所述的第二电极之间的第二电阻。6.如权利要求5所述的设备，其中第一与第二电阻器中的每一个具有这样一个值，以便相对于靠近所述第一与第二电极中至少一个的污物的阻抗，所述的设备具有一个相对低的输入阻抗。7.如权利要求1所述的设备，其中所述的控制电路是一个集成电路。8.如权利要求7所述的设备，其中当没有刺激影响所述的电场时该集成电路具有低的电流泄漏(draw)。9.如权利要求7所述的设备，其中所述的集成电路是C-MOS型设备。10.如权利要求1所述的设备，其中所述的控制电路还包括一个决策电路。11.如权利要求10所述的设备，其中所述的控制电路还包括至少一个晶体管。12.如权利要求10所述的设备，其中所述的控制包括两个配置为差分对的晶体管。13.如权利要求11所述的设备，其中所述的至少一个晶体管向所述的决策电路提供一个输入。14.如权利要求1所述的设备，其中所述的控制电路还包括一个用于产生所述场发生信号的脉冲发生器。15.如权利要求1所述的设备，其中定义所述的触摸垫的尺寸以便所述触摸垫可以基本上被人的附肢所覆盖。16.如权利要求1所述的设备，其中当围绕所述触摸垫的电场没有被刺激影响时，在所述输出线上的控制信号电压处于最小值。17.如权利要求1所述的设备，其中当围绕所述触摸垫的电场没有被刺激影响时，在所述输出线上的控制信号电压处于最大值。18.如权利要求3所述的设备，其中当靠近所述第二电极的电场被干扰到基本等于或大于靠近所述第一电极的电场的程度时，在所述输出线上的控制...

【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：触觉传感器技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]