[发明专利]确定保护感测电容性传感器的电容的电容测量电路和方法

说明书

一种用于确定保护感测电容性传感器(12)的电容的电容测量电路(10)，保护感测电容性传感器(12)包括邻近布置且彼此相互绝缘的导电感测电极和导电保护电极，该电路在对由接地对象的出现引起的位移电流进行测量的模式下运转，并且电容测量电路(10)包括微控制器(48)。微控制器(48)被配置为使用若干同步PWM输出的组合以用于通过对PWM输出进行求和并对以求和的信号进行滤波来产生低失真正弦波。正弦波被用作为用于电容性传感器(12)的保护电极(16)的保护电压。未知电容器(76)的电容值通过由经修改的sigma‑delta调制器单元(20)在电容性传感器(12)的感测电极(14)上接上保护电压来进行测量，其中，比较器(26)的参考输入(30)由保护电压驱动，并且其中，未知电容器(76)是sigma‑delta调制器单元(20)的积分器单元(22)的一部分。未知电容器(76)处的电压通过sigma‑delta调制器回路对保护电压进行追踪。Sigma‑delta调制器单元(20)的数字输出在被传送到抽取器/低通滤波器(36)中之前首先通过XOR门(38)进行相乘。XOR门(38)的第二输入由来自具有与保护电压相同频率的方波发生器(46)的方波驱动，但具有实质上90°的相移。抽取器/低通滤波器(36)的输出指示未知电容器(76)的电容值。

技术领域

本发明总体上涉及用于在负载模式下运转(具体来说，用于交通工具应用)的保护感测电容性传感器的电容测量电路、使用这种电容测量电路来测量这样的电容性传感器的电容的方法、以及用于执行该方法的软件模块。

背景技术

包括在负载模式下运转的电容性传感器的交通工具电容性检测系统现今被广泛使用，例如出于对交通工具座椅占用进行检测的目的。电容性传感器可以被设计为具有单个感测电极的仅感测电容性传感器。替代地，电容性传感器可以被设计为具有邻近布置且彼此互相绝缘的感测电极和保护电极的保护感测电容性传感器。

例如，文件JP-H11-78655描述了包括电场传感器的交通工具座椅占用检测装置。频率大约为100kHz的高频率振荡器经由电阻器连接到布置在汽车座椅上的天线电极。通过这样，在天线电极与汽车地面之间产生差分AC电场，从而使与AC电场相对应的负载电流流经电阻器。AC负载电流由电阻器转换成AC电压，该AC电压随后由电压缓冲器发送到包括带通滤波功能的检测器，该检测器产生DC输出电压。

如果占用者坐在座椅上，则在天线电极与汽车地面之间流动的电流增加，指示座椅上的占用者的出现。

此外，在测量技术的领域中，采用sigma-delta调制器通常是已知的，并且关于该话题有许多相关文献可用，例如“Sigma-Delta ADCs and DACs”,AN-283 ApplicationNote,Analog Devices,1993，该文献可以从http://www.analog.com/static/imported-files/application_notes/292524291525717245054923680458171AN283.pdf下载。

专利US 8,570,053 B1描述了用于通过电容性传感器测量未知电容值的sigma-delta调制器的应用。电容性传感器包括开关电容器电路、比较器、以及电荷耗散电路。开关电容器电路在第一开关相位期间将感测电容器与调制电容器相互串联耦合，并且在第二开关相位期间为感测电容器放电。比较器被耦合为将调制电容器上的电势与参考物进行比较，并且作为响应产生调制信号。电荷耗散电路耦合到调制电容器以响应于调制信号来选择性地使调制电容器放电。

技术问题

期望提供一种包括用于确定在负载模式下运转的保护感测电容性传感器的复合电容的低成本硬件部件的、特别是用在交通工具中并符合汽车电磁兼容性(EMC)需要的简单电容测量电路。

如在本申请中使用的术语“交通工具”特别地应当被理解为包含客车、卡车和公共汽车。