DE102011078077A1

DE102011078077A1 - Leiterplatte mit Elektrodenkonfiguration eines kapazitiven Sensors

Info

Publication number: DE102011078077A1
Application number: DE102011078077A
Authority: DE
Inventors: Stefan Burger
Original assignee: Ident Technology AG
Current assignee: Microchip Technology Germany GmbH
Priority date: 2011-06-24
Filing date: 2011-06-24
Publication date: 2012-12-27
Also published as: EP2724464B1; EP2724464A2; WO2012175580A2; TW201316855A; US9702902B2; TWI556693B; JP2014520401A; KR20140040815A; WO2012175580A3; CN103733518A; KR101911842B1; JP6081996B2; US20140139240A1; CN103733518B

Abstract

Bereit gestellt wird eine Leiterplatte (P), aufweisend eine Auswerteeinrichtung (E) und zumindest eine Elektrodenkonfiguration eines kapazitiven Sensors, wobei die Elektrodenkonfiguration zumindest zwei übereinander angeordnete und zueinander beabstandete Elektroden aufweist, welche jeweils durch Teile zumindest einer elektrisch leitfähigen Schicht der Leiterplatte (P) gebildet werden, und wobei mindestens eine Elektrode der Elektrodenkonfiguration über eine Leiterbahn der Leiterplatte (P) mit der Auswerteeinrichtung (E) gekoppelt ist. Bereit gestellt wird ferner ein elektrisches Handgerät, welche zumindest eine erfindungsgemäße Leiterplatte (P) aufweist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Leiterplatte, welche eine Auswerteeinrichtung und zumindest eine Elektrodenkonfiguration eines kapazitiven Sensors aufweist, sowie ein elektrisches Handgerät, welches zumindest eine erfindungsgemäße Leiterplatte aufweist.
Hintergrund der Erfindung und Stand der Technik
Elektrische Handgeräte, etwa Mobilfunkgeräte, Computermäuse, Gerätefernbedienungen oder dergleichen werden zunehmend mit kapazitiven Berührungssensoren bzw. Annäherungssensoren ausgestattet, um ein Berühren des Handgerätes bzw. eine Annäherung einer Hand an das Handgerät zu detektieren und bei einer Berührung bzw. einer Annäherung an das Handgerät eine vorbestimmte Gerätefunktion auszulösen.
Kapazitive Sensoren, wie sie in elektrischen Handgeräten verwendet werden, bestehen im Wesentlichen aus einer Auswerteeinrichtung und einer Anzahl mit der Auswerteeinrichtung gekoppelten Elektroden bzw. Sensorelektroden. Hierbei werden die Elektroden separat hergestellt bzw. aufgebaut und auf einer speziell für die Elektroden vorgesehenen starren oder flexiblen Leiterplatte angeordnet. Die Elektroden bzw. die Leiterplatte auf der die Elektroden angeordnet sind werden über Steckverbindungen mit der Auswerteeinrichtung, welche ebenfalls auf einer Leiterplatte angeordnet ist, verbunden.
Nachteilig ist hierbei, dass zusätzliche Kosten für die Leiterplatten, auf denen die Elektroden angeordnet sind, und für die Steckverbindungen anfallen. Bei sehr kostensensitiven Anwendungen können diese zusätzlichen Kosten dazu führen, dass auf die Verwendung bzw. Einsatz eines kapazitiven Sensors verzichtet wird. Zudem führt der vorstehend beschriebene Aufbau einer kapazitiven Sensoreinrichtung dazu, dass auch der Aufwand und die Kosten für die Herstellung eines elektrischen Handgerätes steigt, weil für die Herstellung zusätzliche Arbeitsschritte notwendig sind, um einerseits die Leiterplatten mit den darauf angeordneten Elektroden herzustellen und andererseits die Elektroden bzw. die Leiterplatte mit der Auswerteeinrichtung zu koppeln.
Um den Aufwand und die Kosten für die Herstellung kapazitiver Sensoreinrichtungen, insbesondere für Handgeräte, zu reduzieren, ist es bekannt, den Aufbau bzw. die Herstellung der Leiterplatten mit den darauf angeordneten Elektroden zu vereinfachen. Beispielsweise werden möglichst nur einseitige Leiterplatten ohne rückseitige Massefläche verwendet. Ferner ist es möglich, die Elektroden durch Aufbringen elektrisch leitfähiger Farbe auf ein preiswertes Trägermaterial herzustellen. In einer weiteren Alternative können die Elektroden beispielsweise als gestanzte Blechteile realisiert werden.
Ferner ist es bekannt, den Aufwand und die Kosten für die Herstellung der kapazitiven Sensoreinrichtung zu reduzieren, indem anstelle der zuvor genannten Steckverbindungen preiswerte Alternativen, etwa Federn oder elektrisch leitfähiges Elastomer als Verbindungselemente vorgesehen werden, um die Elektroden bzw. die Leiterplatte auf der die Elektroden angeordnet sind, mit der Auswerteeinrichtung zu verbinden.
Damit lassen sich zwar die Materialkosten einer kapazitiven Sensoreinrichtung reduzieren, der Aufwand bzw. die Kosten für das Herstellen der kapazitiven Sensoreinrichtung bleiben allerdings im Wesentlichen die selben, sodass durch die genannten Maßnahmen der Aufwand für die Herstellung eines elektrischen Handgerätes mit zumindest einem kapazitiven Sensor nicht wesentlich reduziert werden kann.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Lösungen für eine kapazitive Sensoreinrichtung, insbesondere für elektrische Handgeräte, bereitzustellen, welche eine gegenüber dem Stand der Technik einfachere und kostengünstigere Herstellung eines kapazitiven Sensors sowie eines elektrischen Handgerätes ermöglichen.
Erfindungsgemäße Lösung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Leiterplatte sowie ein elektrisches Handgerät mit zumindest einer erfindungsgemäßen Leiterplatte nach den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.
Bereitgestellt wird demnach eine Leiterplatte, aufweisend eine Auswerteeinrichtung und zumindest eine Elektrodenkonfiguration eines kapazitiven Sensors, wobei die Elektrodenkonfiguration zumindest zwei übereinander angeordnete und zueinander beabstandete Elektroden aufweist, welche jeweils durch Teile zumindest einer elektrisch leitfähigen Schicht der Leiterplatte gebildet werden, und wobei mindestens eine Elektrode der Elektrodenkonfiguration über eine Leiterbahn der Leiterplatte mit der Auswerteeinrichtung gekoppelt ist.
Die Elektroden der Elektrodenkonfiguration können über eine Leiterbahn der Leiterplatte mit der Auswerteeinrichtung gekoppelt sein.
Die Elektrodenkonfiguration kann eine dritte, zwischen einer oberen Elektrode und einer unteren Elektrode angeordnete Elektrode aufweisen, wobei eine Elektrode der oberen Elektrode und der unteren Elektrode als Sendeelektrode betreibbar ist und die jeweils andere Elektrode der oberen Elektrode und der unteren Elektrode als Empfangselektrode betreibbar ist, und wobei die dritte Elektrode als Kompensationselektrode und/oder als Groundelektrode betreibbar ist.
Die Elektrodenkonfiguration kann auch eine dritte, zwischen einer oberen Elektrode und einer unteren Elektrode angeordnete Elektrode aufweisen, wobei die obere Elektrode und die untere Elektrode jeweils als Groundelektrode betreibbar sind und wobei die dritte Elektrode als Loadingelektrode betreibbar ist.
Die Elektrodenkonfiguration kann zumindest eine weitere Elektrode aufweisen, welche zwischen der oberen Elektrode und der unteren Elektrode der Elektrodenkonfiguration angeordnet ist, und wobei eine der beiden zwischen der oberen Elektrode und der unteren Elektrode angeordnete Elektrode als Kompensationselektrode und die jeweils andere der beiden zwischen der oberen Elektrode und der unteren Elektrode angeordnete Elektrode als Groundelektrode betreibbar ist.
Die zumindest eine Elektrodenkonfiguration kann randseitig auf der Leiterplatte angeordnet sein.
Die randseitige Anordnung der zumindest einen Elektrodenkonfiguration auf der Leiterplatte kann derart gewählt sein, dass zumindest eine Elektrode der Elektrodenkonfiguration bis an die Abschlusskante der Leiterplatte reicht.
Zumindest eine Elektrode der Elektrodenkonfiguration kann zumindest teilweise umlaufend um die Leiterplatte angeordnet sein.
Zumindest zwei Elektroden der Elektrodenkonfiguration können durch Teile derselben elektrisch leitfähigen Schicht der Leiterplatte gebildet werden.
Zumindest eine der Elektroden der Elektrodenkonfiguration oder zumindest eine weitere Elektrode kann durch eine an der randseitigen Oberfläche der Leiterplatte angeordnete elektrisch leitfähige Schicht gebildet werden.
Die Leiterplatte zumindest zwei randseitig, vorzugsweise an zwei gegenüberliegenden Abschlusskanten der Leiterplatte, angeordnete Elektrodenkonfigurationen aufweisen, wobei zumindest eine Elektrode der einen Elektrodenkonfiguration als Sendeelektrode und zumindest eine Elektrode der anderen Elektrodenkonfiguration als Empfangselektrode betreibbar sind.
Zumindest zwei Elektroden der Elektrodenkonfiguration können mit unterschiedlichen elektrischen Wechselsignalen beaufschlagbar sein.
Die Auswerteeinrichtung kann in zumindest zwei Betriebsmodi betreibbar sein, wobei in Abhängigkeit vom Betriebsmodus der Auswerteeinrichtung eine Anzahl der Elektroden der Elektrodenkonfiguration jeweils mit einem elektrischen Wechselsignal beaufschlagbar sind.
Die Leiterplatte kann eine doppelseitige Leiterplatte sein, wobei zumindest eine der Elektroden der Elektrodenkonfiguration an der Oberseite der Leiterplatte und die übrigen Elektroden der Elektrodenkonfiguration an der Unterseite der Leiterplatte angeordnet sind.
Die Leiterplatte kann zumindest teilweise flexibel ausgestaltet sein.
Auf der Leiterplatte kann zumindest eine weitere Elektrode angeordnet sein, welche nicht direkt mit der Auswerteeinrichtung gekoppelt ist und welche kapazitiv oder galvanisch mit zumindest einer Elektrode der Elektrodenkonfiguration koppelbar ist.
Die zumindest eine weitere Elektrode kann durch Teile einer elektrisch leitfähigen Schicht der Leiterplatte gebildet werden.
Bereit gestellt wird durch die Erfindung ferner ein elektrisches Handgerät, aufweisend zumindest eine erfindungsgemäße Leiterplatte.
Das Handgerät kann an der Innenseite des Gehäuses elektrische leitfähige Schichten aufweisen, wobei zumindest eine dieser elektrisch leitfähigen Schichten mit zumindest einer Elektrode der Elektrodenkonfiguration der erfindungsgemäßen Leiterplatte kapazitiv oder galvanisch koppelbar ist.
Das elektrische Handgerät kann etwa ein Smartphone, ein Mobilfunkgerät, ein Mobiltelefon, eine Computermaus, eine Gerätefernbedienung, eine Digitalkamera, ein mobiler Kleincomputer, ein Tablet-PC oder ein sonstiges elektrisches Handgerät sein.
Kurzbeschreibung der Figuren
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sowie konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:
1a eine Leiterplatte mit einer erfindungsgemäßen Elektrodenkonfiguration in einer Draufsicht, in einer Ansicht von vorne und einer Seitenansicht;
1b einen Ausschnitt einer Leiterplatte mit einer randseitig auf der Leiterplatte angeordnete Elektrodenkonfiguration;
2 ein weiteres Beispiel für eine Leiterplatte mit einer erfindungsgemäßen Elektrodenkonfiguration in einer Draufsicht, einer Ansicht von vorne und einer Seitenansicht;
3 ein noch weiteres Beispiel einer Leiterplatte mit einer erfindungsgemäßen Anordnung einer Elektrodenkonfiguration in einer Draufsicht, einer Ansicht von vorne sowie einer Seitenansicht;
4 ein Beispiel einer Leiterplatte mit einer Anzahl auf der Leiterplatte angeordneten Elektrodenkonfigurationen;
5 eine Leiterplatte mit einer erfindungsgemäßen Elektrodenkonfiguration, welche randseitig umlaufend an der Leiterplatte angeordnet ist;
6 ein Ausführungsbeispiel einer Leiterplatte mit einer erfindungsgemäßen Elektrodenkonfiguration, wobei ein Teil der Elektroden an der Oberseite der Leiterplatte und der übrige Teil der Elektroden an der Unterseite der Leiterplatte angeordnet sind;
7a eine erfindungsgemäße Leiterplatte mit einer an einer Seitenwandung der Leiterplatte angeordneten Elektrode, welche galvanisch mit der Elektrodenkonfiguration gekoppelt ist;
7b eine erfindungsgemäße Leiterplatte mit zwei an einer Seitenwandung der Leiterplatte angeordneten Elektroden, welche jeweils kapazitiv mit der Elektrodenkonfiguration gekoppelt sind; und
8 eine erfindungsgemäße Leiterplatte mit vier erfindungsgemäßen Elektrodenkonfigurationen.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird die Elektrodenkonfiguration eines kapazitiven Sensors in die Leiterplatte integriert, welche auch die Auswerteeinrichtung des kapazitiven Sensors aufweist. Die Elektrodenkonfiguration weist zumindest zwei übereinander angeordnete und zueinander beabstandete Elektroden auf, wobei die Elektroden jeweils durch Teile einer elektrisch leitfähigen Schicht der Leiterplatte, welche mehrere elektrisch leitfähige Schichten aufweist, gebildet werden. Die Elektroden der Elektrodenkonfiguration sind dabei jeweils über eine Leiterbahn mit der Auswerteeinrichtung des kapazitiven Sensors gekoppelt, wobei auch die Leiterbahnen vorzugsweise durch Teile einer elektrisch leitfähigen Schicht der Leiterplatte gebildet werden. Zumindest eine Elektrode wird mit einem elektrischen Wechselsignal beaufschlagt, sodass sich an dieser Elektrode ein elektrisches Wechselfeld ausbildet.
In einer weiteren, hier nicht gezeigten Ausführungsform der Erfindung, kann die Elektrodenkonfiguration eines kapazitiven Sensors in eine erste Leiterplatte integriert sein, während die Auswerteeinrichtung des kapazitiven Sensors auf einer zweiten Leiterplatte angeordnet ist. Auch in diesem Fall weist die Elektrodenkonfiguration zumindest zwei übereinander angeordnete und zueinander beabstandete Elektroden auf, wobei die Elektroden jeweils durch Teile einer elektrisch leitfähigen Schicht der ersten Leiterplatte, welche mehrere elektrisch leitfähige Schichten aufweist, gebildet werden. Die beiden Leiterplatten können etwa über Steckverbindungen miteinander verbunden werden. Alternativ kann die erste Leiterplatte über eine Steckverbindung auch direkt mit der Auswerteeinrichtung gekoppelt werden.
Durch die übereinander angeordneten und zueinander beabstandeten Elektroden wird eine gestapelte bzw. geschichtete Sensorelektrode bzw. Elektrodeneinheit bereitgestellt, welche in die Leiterplatte integriert ist.
Die Elektroden der kapazitiven Sensoreinrichtung können so vorteilhafter Weise in einem Arbeitsschritt zusammen mit den anderen leitfähigen Strukturen (z.B. Leiterbahnen) auf der Leiterplatte hergestellt werden. Dadurch entfällt die Herstellung separater Platinen mit darauf angeordneten Sensorelektroden. Ferner sind keine Verbindungselemente, wie etwa Steckverbindungen oder Federn notwendig, um die Elektroden mit der Leiterplatte, auf welcher die Auswerteeinrichtung des kapazitiven Sensors angeordnet ist, zu verbinden, was einerseits zu einer erheblichen Kostenreduktion und andererseits zu einer einfacheren Herstellung des kapazitiven Sensorsystems führt.
Vorzugsweise werden sogenannte Multi-Layer-Leiterplatten (Multi-Layer-PCB) ausgewählt, welche mindestens zwei elektrisch leitfähige Schichten aufweisen. In einer Ausgestaltung der Erfindung können auch Leiterplatten verwendet werden, welche auf beiden Seiten (Oberseite und Unterseite) der Leiterplatte eine Anzahl leitfähiger Schichten aufweisen, wie beispielsweise mit Bezug auf 6 gezeigt.
Vorzugsweise wird die Elektrodenkonfiguration der gestapelten bzw. geschichteten Elektroden randseitig auf der Leiterplatte angeordnet. D. h., die Elektroden werden jeweils durch randseitige Bereiche einer elektrisch leitfähigen Schicht der Leiterplatte gebildet. Dadurch reichen die Elektroden der Elektrodenkonfiguration jeweils randseitig bis an die Abschlusskante der Leiterplatte, wie beispielsweise mit Bezug auf 1b gezeigt ist.
Vorteilhaft ist es jedoch, wenn lediglich eine Elektrode der Elektrodenkonfiguration bis an die Abschlusskante der Leiterplatte reicht, während die anderen Elektroden der Elektrodenkonfiguration einen gewissen Abstand, etwa 0,2 mm, zur Abschlusskante der Leiterplatte aufweisen. Dadurch wird vermieden, dass beim randseitigen Fräsen der Leiterplatte elektrisch leitfähige Späne einen Kurzschluss zwischen zwei Elektroden bilden können. Es können aber auch mehrere Elektroden bis an die Abschlusskante der Leiterplatte reichen, sofern sichergestellt ist, dass elektrisch leitfähiges Material keinen Kurzschluss zwischen den Elektroden verursachen kann. Bei einem Elektrodenabstand der bis an Abschlusskante der Leiterplatte reichenden Elektroden von etwa 0,5 mm oder mehr, kann auch beim randseitigen Fräsen der Leiterplatte gewährleistet werden, dass elektrisch leitfähige Späne keinen Kurzschluss zwischen zwei Elektroden bilden können.
Die Elektrodenkonfiguration bzw. die Elektroden der Elektrodenkonfiguration sind so auf der Leiterplatte angeordnet, daß sich das durch sie ausbildende elektrische Wechselfeld vorzugsweise zur Seite hin, besonders bevorzugt ausschließlich zur Seite hin ausbreitet und insbesondere durch Annäherung von der Seite beeinflußbar ist.
Nachfolgend werden mit Bezug auf 1a bis 7b Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Leiterplatte mit jeweils drei bzw. vier übereinander angeordnete und zueinander beabstandete, d. h. gestapelte Elektroden bzw. Elektrodenschichten gezeigt. Erfindungsgemäß können aber auch Elektrodenkonfigurationen mit lediglich zwei übereinander angeordneten Elektroden bzw. Elektrodenschichten oder auch mit mehr als vier übereinander angeordneten Elektroden bzw. Elektrodenschichten vorgesehen werden.
Es können auch mehrere Elektroden durch Teile ein und derselben elektrisch leitfähigen Schicht der Leiterplatte gebildet werden, sodass in einer Elektrodenschicht der Elektrodenkonfiguration mehrere Elektroden angeordnet sein können. Diese Elektroden einer Elektrodenschicht können an unterschiedlichen Rändern der Leiterplatte angeordnet sein.
1a zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Leiterplatte P in einer Draufsicht, einer Seitenansicht und einer Ansicht von vorne. Die Leiterplatte P (Multi-Layer PCB) besteht im Wesentlichen aus mehreren elektrisch leitfähige Schichten zwischen denen jeweils ein elektrisch isolierendes Material angeordnet ist. Die elektrisch leitfähigen Schichten sind zur Herstellung der Elektroden sowie der Leiterbahnen vorgesehen. Auf der Leiterplatte P ist eine Auswerteeinrichtung E einer kapazitiven Sensoreinrichtung angeordnet. Neben der Auswerteeinrichtung E können noch weitere elektrische bzw. elektronische Bauteile, etwa ein Mikrocontroller eines elektrischen Handgerätes angeordnet sein.
Auf der Leiterplatte P sind randseitig drei Elektroden A, B, C vorgesehen, welche übereinander angeordnet und zueinander beabstandet sind, sodass die Elektroden zusammen eine geschichtete bzw. gestapelte Sensorelektrode bzw. Elektrodeneinheit bilden. Die Elektroden selbst werden jeweils durch Teile einer elektrisch leitfähigen Schicht der Leiterplatte gebildet. In dem in 1a gezeigten Beispiel weist die Leiterplatte P zumindest drei elektrisch leitfähige Schichten auf, mit denen jeweils eine Elektrode der Elektrodenkonfiguration gebildet wird. Wie in der Ansicht von vorne und in der Seitenansicht ersichtlich ist, wird die untere Elektrode C durch einen Teil der unteren elektrisch leitfähigen Schicht der Leiterplatte P gebildet, die obere Elektrode A durch einen Teil der oberen elektrisch leitfähigen Schicht der Leiterplatte P, und die zwischen der Elektrode A und der Elektrode C angeordnete Elektrode B durch einen Teil einer elektrisch leitfähigen Schicht der Leiterplatte P, welche zwischen der unteren leitfähigen Schicht und der oberen leitfähigen Schicht angeordnet ist. Die Elektroden A, B, C sind jeweils mit einer Leiterbahn LB mit der Auswerteeinrichtung E des kapazitiven Sensors gekoppelt. Die Leiterbahnen LB werden vorzugsweise ebenfalls durch die jeweilige elektrisch leitfähige Schicht der Leiterplatte P gebildet.
Die obere Elektrode A muss aber nicht unbedingt durch die oberste bzw. äußerste elektrisch leitfähige Schicht der Leiterplatte P gebildet werden. Die Elektroden der Elektrodenkonfiguration könne auch durch innen liegende elektrisch leitfähige Schichten der Leiterplatte P gebildet werden. Beispielsweise können die drei Elektroden einer erfindungsgemäßen Elektrodenkonfiguration mit drei Elektroden bei einer 5-lagigen Multi-Layer-PCB durch die zweite, dritte und vierte elektrische leitfähige Schicht der Leiterplatte P gebildet werden.
Wie in 1a ersichtlich, weisen die untere Elektrode C und die obere Elektrode A im Wesentlichen die gleichen Abmessungen auf, während die zwischen der Elektrode A und der Elektrode C angeordnete Elektrode B sowohl breiter als auch länger ist als die Elektroden A und C. Beispielsweise können die Elektroden A und C jeweils eine Breite von 2 mm und eine Länge von etwa 40 mm aufweisen, während die Elektrode B eine Breite von 4 mm und eine Länge von etwa 45 mm aufweisen kann. Selbstverständlich können die Elektroden auch größer bzw. kleiner als die hier gezeigten Elektroden sein, was letztlich von der konkreten Anwendung bzw. von den konkreten Anforderungen an die kapazitive Sensoreinrichtung abhängt.
Die elektrisch leitfähigen Schichten der Leiterplatte P und damit auch die Elektroden der Elektrodenkonfiguration können Kupfer umfassen. Der Abstand zwischen den einzelnen Elektroden kann beispielsweise 150 µm und die Dicke der einzelnen Elektroden kann beispielsweise 35 µm betragen, wobei auch hier die Abstände und die Dicken der Elektroden von den konkreten Anforderungen an die kapazitive Sensoreinrichtung abhängen.
Bei der in 1a gezeigten Elektrodenkonfiguration wird die Elektrode A als Sendeelektrode, die Elektrode B als Kompensationselektrode und die Elektrode C als Empfangselektrode verwendet. Die Auswerteeinrichtung E kann hierbei ausgestaltet sein, sowohl die Elektrode A als auch die Elektrode B jeweils mit einem elektrischen Wechselsignal zu beaufschlagen und an der Elektrode C ein elektrisches Signal abzugreifen. Die an den Elektroden A und B beaufschlagten elektrischen Wechselsignale können sich hinsichtlich der Phase und/oder Amplitude unterscheiden. Alternativ kann die Elektrode B auch als Groundelektrode verwendet werden bzw. mit Masse oder Ground der Auswerteeinrichtung gekoppelt werden.
1b zeigt einen randseitigen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Leiterplatte P mit einer erfindungsgemäßen Elektrodenkonfiguration. Wie hier ersichtlich ist, reichen die Elektroden A, B, C der Elektrodenkonfiguration jeweils bis an die Abschlusskante K der Leiterplatte P. Damit wird ermöglicht, dass ein sich der Leiterplatte P randseitig annäherndes Objekt, etwa ein Finger, die sich randseitig ausbildenden Feldlinien beeinflusst, was von der Auswerteeinrichtung E detektiert bzw. ausgewertet werden kann.
Bei dem in 1b gezeigten Beispiel wird die Elektrode A als Sendeelektrode, die Elektrode C als Empfangselektrode und die Elektrode B als Kompensationselektrode betrieben, wie bereits mit Bezug auf 1a beschrieben. Wird sowohl die Sendeelektrode A als auch die Kompensationselektrode B mit einem elektrischen Wechselsignal beaufschlagt, dann wird an ihnen im Wesentlichen randseitig ein elektrisches Wechselfeld emittiert, welches in die Empfangselektrode C einkoppelt. Vorzugsweise wird das elektrische Wechselfeld im Wesentlich senkrecht zur Abschlusskante K der Leiterplatte P emittiert. Damit wird erreicht, dass ein sich seitlich der Leiterplatte annähernder Finger das elektrische Wechselfeld beeinflusst, was je nach Ausgestaltung der kapazitiven Sensoreinrichtung zu einer Reduzierung oder zu einer Erhöhung der kapazitiven Koppelung zwischen der Elektrode A und der Elektrode C führt. Ein sich von oben oder von unten im Randbereich der Leiterplatte annähernder Finger beeinflusst das so ausgebildete elektrische Wechselfeld hingegen nur sehr schwach oder gar nicht.
2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Leiterplatte mit einer Auswerteeinrichtung E und einer Elektrodenkonfiguration eines kapazitiven Sensors. Die Elektroden der Elektrodenkonfiguration sind auch hier übereinander und zueinander beabstandet angeordnet. Ferner sind die Elektroden der Elektrodenkonfiguration randseitig auf der Leiterplatte P angeordnet.
Im Unterschied zu den in 1a und 1b gezeigten Beispielen weist die Elektrodenkonfiguration hier vier Elektroden A, B, C, D auf, wobei die Elektroden B und D durch Teile der mittleren, zwischen der oberen elektrisch leitfähigen Schicht und der unteren elektrisch leitfähigen Schicht angeordneten elektrisch leitfähigen Schicht der Leiterplatte P gebildet werden.
Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Elektrode B als Kompensationselektrode und die Elektrode D als Groundelektrode betrieben. Die Auswerteeinrichtung E kann vorzugsweise in mehreren Betriebsmodi betrieben werden, sodass mit der hier gezeigten Elektrodenkonfiguration einerseits eine Kalibrierung der kapazitiven Sensoreinrichtung und andererseits eine Detektion einer Annäherung bzw. einer Berührung durchgeführt werden kann. Während des Kalibriervorganges kann die Kompensationselektrode B mit einem elektrischen Signal beaufschlagt werden, wobei die Funktionsweise dann im Wesentlichen wie mit Bezug auf 1b beschrieben ist. Während der Annäherungs- bzw. Berührungserkennung kann die Elektrode B ebenfalls als Groundelektrode betrieben werden.
Bei der Annäherungs- bzw. Berührungsdetektion wird die kapazitive Koppelung zwischen der Elektrode A und der Elektrode C der Elektrodenkonfiguration gemessen. Ist zusätzlich eine zweite Elektrodenkonfiguration an dem gegenüberliegenden Randbereich der Leiterplatte P angeordnet, kann auch eine kapazitive Koppelung zwischen der Elektrode A der einen Elektrodenkonfiguration und der Elektrode C der anderen Elektrodenkonfiguration gemessen werden, was dann vorteilhaft ist, wenn etwa ein Umgreifen des Handgerätes detektiert werden soll.
3 zeigt eine erfindungsgemäße Leiterplatte mit einer Auswerteeinrichtung E und einer Elektrodenkonfiguration, welche vier übereinander angeordnete und zueinander beabstandete Elektroden A, B, C, D aufweist. Im Unterschied zu dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel werden hier die Elektroden B und D durch jeweils einen Teil zweier übereinander angeordneter elektrisch leitfähiger Schichten gebildet, sodass im Wesentlichen eine Elektrodenkonfiguration mit vier Elektrodenschichten bereitgestellt wird. Die Elektrode B wird hier als Kompensationselektrode und die Elektrode D als Groundelektrode betrieben, wobei die Wirkungsweise im Wesentlichen jener entspricht wie mit Bezug auf 2 erläutert.
4 zeigt eine Leiterplatte P mit vier auf der Leiterplatte P randseitig angeordneten Schichtelektroden bzw. Elektrodenkonfigurationen SE1 bis SE4. Die Elektrodenkonfigurationen SE1 bis SE4 können dabei so aufgebaut sein, wie mit Bezug auf 1a bis 3 gezeigt.
Die Elektrodenkonfigurationen SE1 und SE2 können vorgesehen sein, um ein Umgreifen eines elektrischen Handgerätes zu detektieren, wie mit Bezug auf 2 bereits erläutert. Bei der Detektion eines Umgreifens kann beispielsweise die Elektrodenkonfiguration SE2 als Sender und die Elektrodenkonfiguration SE1 als Empfänger betrieben werden. Bei der als Sender betriebenen Elektrodenkonfiguration SE2 können einige oder alle Elektroden mit einem elektrischen Wechselsignal beaufschlagt werden, sodass an einigen oder allen Elektroden ein elektrisches Wechselfeld emittiert wird, welches über die das Handgerät umgreifende Hand in den Empfänger, d. h., in die Elektrodenkonfiguration SE1 einkoppelt. Bei der als Empfänger betriebenen Elektrodenkonfiguration SE1 können einige oder alle Elektroden als Empfängerelektroden betrieben werden.
Zudem können die beiden Schichtelektroden bzw. Elektrodenkonfigurationen SE1 und SE2 auch zur Detektion einer Annäherung an die jeweilige Elektrodenkonfiguration vorgesehen sein, beispielsweise wie mit Bezug auf 1b erläutert.
Es ist vorteilhaft, wenn die Auswerteeinrichtung, an welche die Elektrodenkonfigurationen SE1 und SE2 angeschlossen sind, in mindestens zwei unterschiedlichen Betriebsmodi betrieben werden kann, wobei in einem Betriebsmodus ein Umgreifen des Handgerätes und in dem anderen Betriebsmodus eine Annäherung an die jeweilige Elektrodenkonfiguration detektierbar sind. In Abhängigkeit von dem jeweiligen Betriebsmodus können die Elektroden einer Elektrodenkonfiguration jeweils mit unterschiedlichen elektrischen Wechselsignalen beaufschlagt werden.
Die Elektrodenkonfiguration SE3 und SE4 können beispielsweise als kapazitive Taster verwendet werden, wobei die beiden Elektrodenkonfigurationen jeweils wie mit Bezug auf 1b betrieben werden können.
5 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Leiterplatte P mit einer Elektrodenkonfiguration eines kapazitiven Sensors, wobei die mittlere Elektrode B umlaufend um die Leiterplatte P und randseitig an der Leiterplatte P angeordnet ist. Die obere Elektrode ist teilweise umlaufend um die Leiterplatte P und randseitig an der Leiterplatte P angeordnet, wobei die obere Elektrode durch die Elektrodensegmente A, A', A'' und A''' gebildet wird. Alternativ ist es möglich, dass lediglich einige der Elektroden der Elektrodenkonfiguration umlaufend um die Leiterplatte P angeordnet sind. Ferner ist es möglich, dass die Elektroden der Elektrodenkonfiguration lediglich teilweise umlaufend um die Leiterplatte P angeordnet sind, etwa dann, wenn vorbestimmte randseitige Bereiche der Leiterplatte P beispielsweise aus fertigungstechnischen Gründen nicht mit elektrisch leitfähigen Schichten versehen werden können.
6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Leiterplatte P in einer Schnittansicht. Die Leiterplatte P besteht hier aus einem elektrisch nicht leitenden Trägermaterial T, welches sowohl an der Unterseite U als auch an der Oberseite O jeweils eine Anzahl elektrisch leitfähiger Schichten L aufweist. Bei einer solchen doppelseitig beschichteten Leiterplatte können die erfindungsgemäßen Elektrodenkonfigurationen sowohl durch die elektrisch leitfähigen Schichten an der Oberseite der Leiterplatte als auch durch elektrisch leitfähige Schichten an der Unterseite der Leiterplatte gebildet werden.
Alternativ ist es auch möglich, wie in 6 gezeigt, dass einige Elektroden der Elektrodenkonfiguration durch elektrisch leitfähige Schichten an der Oberseite O der Leiterplatte P gebildet werden und die anderen Elektroden der Elektrodenkonfiguration durch elektrisch leitfähige Schichten an der Unterseite U der Leiterplatte P gebildet werden. Beispielsweise kann die Elektrode A einer erfindungsgemäßen Elektrodenkonfiguration durch Teile der obersten elektrisch leitfähigen Schicht an der Oberseite O der Leiterplatte P gebildet werden und die Elektroden B und C jeweils durch Teile der beiden obersten elektrisch leitfähigen Schichten an der Unterseite U der Leiterplatte P.
Mit Bezug auf 1a bis 6 sind jeweils Leiterplatten P beschrieben worden, bei denen die Elektroden der jeweiligen Elektrodenkonfiguration jeweils durch Teile einer elektrisch leitfähigen Schicht der Leiterplatte P gebildet werden. Zusätzlich zu den durch Teile der elektrisch leitfähigen Schichten der Leiterplatte P gebildeten Elektroden, welche über die Leiterbahnen LB mit der Auswerteeinrichtung des kapazitiven Sensors gekoppelt sind, können auch weitere Elektroden vorgesehen sein, welche nicht direkt mit der Auswerteeinrichtung E gekoppelt sind. Diese weiteren Elektroden können ebenfalls jeweils durch Teile einer elektrisch leitfähigen Schicht der Leiterplatte P gebildet werden. Alternativ können diese weiteren Elektroden auch durch ein zusätzlich auf die Leiterplatte P aufgebrachtes elektrisch leitfähiges Material gebildet werden. Diese weiteren Elektroden werden vorzugsweise derart relativ zu den Elektroden der Elektrodenkonfiguration angeordnet, dass sie in eine kapazitive Koppelung mit zumindest einer Elektrode der Elektrodenkonfiguration bringbar sind. Dadurch kann beispielsweise die wirksame Fläche bzw. Kapazität der entsprechenden Elektrode der Elektrodenkonfiguration verändert werden. Diese weiteren Elektroden können aber auch galvanisch mit zumindest einer Elektrode der erfindungsgemäßen Elektrodenkonfiguration gekoppelt sein.
7a zeigt eine erfindungsgemäße Leiterplatte mit einer an einer Seitenwandung der Leiterplatte angeordneten zusätzlichen Elektrode VE in einer Draufsicht und in einer Schnittansicht. Diese zusätzliche Elektrode VE kann beispielsweise als elektrisch leitfähiger Lack aufgebracht werden. Ferner ist die Elektrode VE hier galvanisch mit der oberen Elektrode A der Elektrodenkonfiguration gekoppelt, sodass die effektive Elektrodenfläche der Elektrode A vergrößert wird, was einer Verstärkung des an der Elektrode A emittierten elektrischen Wechselfeldes entspricht, sofern die Elektrode A als Sendeelektrode betrieben wird. Wird die Elektrode A als Empfangselektrode betrieben, so wird die durch die zusätzliche Elektrode VE die effektive Einkoppelfläche vergrößert.
Um die zusätzliche Elektrode VE galvanisch mit der Elektrode A der Elektrodenkonfiguration zu koppeln, kann es vorteilhaft sein, die Elektrode A zumindest teilweise bis an die Abschlusskante K der Leiterplatte P herauszuführen, wie es in der Draufsicht ersichtlich ist. Ferner sind die Breite der zusätzlichen Elektrode VE und deren Lage relativ zur Elektrode A vorzugsweise so gewählt, dass sie die anderen Elektroden B und C nicht überdeckt.
Es können auch weitere zusätzliche Elektroden an der Seitenwandung der Leiterplatte vorgesehen sein, wobei jede zusätzliche Elektrode mit jeweils einer Elektrode der Elektrodenkonfiguration galvanisch gekoppelt sein kann.
7b zeigt eine erfindungsgemäße Leiterplatte mit zwei zusätzlich an einer Seitenwandung der Leiterplatte angeordneten Elektroden VE1 und VE2. Die Elektrode VE1 ist kapazitiv (Kapazität C1) mit der oberen Elektrode A und die Elektrode VE2 ist kapazitiv (Kapazität) mit der unteren Elektrode C gekoppelt. Ferner kann auch eine dritte zusätzliche Elektrode vorgesehen sein, welche kapazitiv mit der mittleren Elektrode B gekoppelt sein kann. Die kapazitive Koppelung hat gegenüber der galvanischen Koppelung (vgl. 7a) mit den Elektroden der Elektrodenkonfiguration den Vorteil, dass die Elektroden der Elektrodenkonfiguration nicht bis an die Abschlusskante K der Leiterplatte P herausgeführt werden müssen und dass beim Abfräsen der Leiterplatte P nicht die Gefahr besteht, dass elektrisch leitfähige Partikel einen Kurzschluss zwischen mehreren Elektroden der Elektrodenkonfiguration verursachen.
Ferner sind die Breite der zusätzlichen Elektroden VE1 und VE2 sowie deren Lage relativ zur Elektrode A bzw. Elektrode C vorzugsweise so gewählt, dass sie die mittlere Elektrode B nicht überdecken.
In einer weiteren hier nicht gezeigten Ausführungsform können einige der an einer Seitenwandung der Leiterplatte angeordneten zusätzlichen Elektroden galvanisch mit Elektroden der Elektrodenkonfiguration gekoppelt sein und einige der an einer Seitenwandung der Leiterplatte angeordneten zusätzlichen Elektroden können kapazitiv mit Elektroden der Elektrodenkonfiguration gekoppelt sein. Welche Art der Koppelung (galvanisch, kapazitiv oder eine Kombination von beiden) konkret verwendet wird, hängt im Wesentlich von den konkreten Anforderungen an das kapazitiven Sensorsystem ab.
Es können auch elektrisch leitfähige Strukturen anderer Bauteile, die nahe an der Leiterplatte P anordenbar sind, kapazitiv mit Elektroden der Elektrodenkonfiguration gekoppelt sein. So kann beispielsweise eine auf der Innenseite eines Gehäuses angebrachte leitfähige Schicht kapazitiv mit Elektroden der Elektrodenkonfiguration auf der Leiterplatte P gekoppelt sein, was bei der Fertigung eines Geräts, das mindestens aus der Leiterplatte P und dem Gehäuse besteht, von Vorteil sein kann.
8 zeigt eine erfindungsgemäße Leiterplatte mit vier erfindungsgemäßen Elektrodenkonfigurationen E1 bis E4, welche jeweils wie vorstehend beschrieben auf der Leiterplatte angeordnet sind. Die Elektroden der Elektrodenkonfigurationen E1, E2 und E4 werden hier jeweils durch die drei obersten elektrisch leitfähigen Schichten der Leiterplatte gebildet. Die Elektroden der Elektrodenkonfiguration E3 werden hier durch die oberste, die unterste und eine innere (d. h. innen liegende) leitfähige Schicht der Leiterplatte gebildet. Die Elektrodenkonfigurationen E1 bis E4 können jeweils auf unterschiedliche Art und Weise betrieben bzw. verwendet werden, wie nachfolgend dargestellt. Die Auswerteeinrichtung E ist hier nicht gezeigt. Die Elektrodenkonfigurationen E1 bis E4 können mit einer einzigen Auswerteeinrichtung E gekoppelt sein. Alternativ kann für jede Elektrodenkonfiguration auch eine eigene Auswerteeinrichtung vorgesehen sein.
Je nach konkreter Anwendung können die Elektroden der Elektrodenkonfigurationen E1 bis E4 auf unterschiedliche Weise betrieben werden. Jeder der Elektroden kann je nach Anforderung im Wesentlichen als

– Sendeelektrode (an der Sendelektrode wird ein elektrisches Signal beaufschlagt, sodass an ihr ein elektrisches Wechselfeld emittiert wird),
– Kompensationselektrode (an der Kompensationselektrode wird ein elektrisches Signal beaufschlagt, sodass an ihr ein elektrisches Wechselfeld emittiert wird. Das beaufschlagte Signal kann phasenverschoben zu dem an der Sendeelektrode beaufschlagten Signal sein und/oder eine andere Amplitude aufweisen.),
– Empfangselektrode (an der Empfangselektrode wird ein elektrisches Signal abgegriffen, welches vorzugsweise durch die Auswerteeinrichtung ausgewertet bzw. weiterverarbeitet wird),
– Feldmesselektrode (an der Feldmesselektrode wird ein elektrisches Signal abgegriffen, welches vorzugsweise durch die Auswerteeinrichtung ausgewertet bzw. weiterverarbeitet wird), oder als
– Loadingelektrode (an der Loadingelektrode wird eine elektrisches Signal beaufschlagt, sodass an ihr ein elektrisches Wechselfeld emittiert wird, wobei die kapazitive Belastung der Loadingelektrode durch die Auswerteeinrichtung detektiert bzw. ausgewertet wird)

Im Folgenden werden konkrete Anwendungsbeispiele beschrieben.
Beispiel 1:
In diesem Beispiel sind nur die Elektrodenkonfigurationen E1 und E2 aktiv. Die kapazitive Sensoreinrichtung kann in drei verschiedenen Betriebsmodi betrieben werden, wobei je nach Betriebsmodus die Elektroden der Elektrodenkonfigurationen E1 und E2 unterschiedlich verwendet werden.
Der erste Betriebsmodus wird als "Transmission Mode" bezeichnet. Im Transmission Mode werden die Elektrode A1 der Elektrodenkonfiguration E1 als Sendeelektrode und die Elektrode A2 der Elektrodenkonfiguration E2 als Empfangselektrode verwendet. Die Elektrode B1 und B2 sind jeweils mit Ground verbunden. Im Transmission Mode wird die kapazitive Koppelung zwischen den beiden Elektroden A1 und A2 ausgewertet.
Im Transmission Mode wird die Elektrode A1 mit einem elektrischen Wechselsignal beaufschlagt, sodass an ihr ein elektrisches Wechselfeld emittiert wird. Bei einer sich annähernden Hand an die Elektroden A1 und A2 wird das an der Elektrode A1 emittierte elektrische Wechselfeld über die Hand in die Elektrode A2 eingekoppelt, sodass eine kapazitive Koppelung zwischen der Elektrode A1 und der Elektrode A2 entsteht, bzw. sich eine vorhanden geringe kapazitive Koppelung vergrößert. Die kapazitive Koppelung zwischen den beiden Elektroden A1 und A2 verändert sich bei weiterer Annäherung der Hand an die Sensoreinrichtung, so dass eine Änderung der Koppelkapazität zwischen den Elektroden A1 und A2 als Indikator für die Annäherung einer Hand an die Sensoreinrichtung herangezogen werden kann. Weil die Elektrodenkonfigurationen E1 und E2 auf zwei gegenüberliegenden Seiten der Leiterplatte angeordnet sind, kann auch ein Umgreifen eines Handgerätes, in dem die Leiterplatte angeordnet ist, erfasst werden.
Die Elektroden C1 und C2 werden hier nicht verwendet. Sie können aber ebenfalls als Sendeelektrode (C1) bzw. Empfangselektrode (C2) betrieben werden.
Der zweite Betriebsmodus wird als "Loading Mode" bezeichnet. Im Loading Mode wird eine kapazitive Belastung zwischen einer Elektrode und einer Bezugsmasse zur Detektion der Annäherung einer Hand an die Elektrode herangezogen. Eine kapazitive Belastung bedeutet, dass die von der Elektrode zur Bezugsmasse wirkende Stärke eines elektrischen Feldes durch die Annäherung der elektrisch leitfähigen Hand vergrößert wird und somit die Kapazität zwischen Elektrode und Bezugsmasse steigt. Die kapazitive Belastung ist also ein Maß für die von der Elektrode zur Bezugsmasse wirkende Stärke eines elektrischen Feldes bzw. ein Maß für die Kapazität zwischen Elektrode und Bezugsmasse.
In dem zweiten Betriebsmodus wird die Elektrode A1 der ersten Elektrodenkonfiguration E1 als Loadingelektrode verwendet, um eine Annäherung an die Elektrode A1 zu detektieren. Die Elektrode B1 kann mit Ground verbunden sein. Die Elektrode wird nicht verwendet. In entsprechender Weise können auch Elektroden der zweiten Elektrodenkonfiguration E2 verwendet werden. In einer Ausführungsform können die Elektrodenkonfigurationen E1 und E2 abwechselnd als Loadingsensoren verwendet werden.
Der dritte Betriebsmodus wird ebenfalls als Transmission Mode bezeichnet, wobei hier allerdings nicht die kapazitive Koppelung zwischen zwei verschiedenen Elektrodenkonfigurationen detektiert wird, sondern die kapazitive Koppelung zwischen jeweils zwei Elektroden einer Elektrodenkonfiguration. In diesem Beispiel werden die kapazitive Koppelung zwischen zwei Elektroden der ersten Elektrodenkonfiguration E1 und zwischen zwei Elektroden der zweiten Elektrodenkonfiguration E2 detektiert.
In dem dritten Betriebsmodus werden die Elektrode A1 und A2 jeweils als Sendeelektrode, die Elektroden C1 und C2 jeweils als Empfangselektroden betrieben. Die Elektroden B1 und B2 können mit Ground verbunden sein. An den Elektroden A1 und A2 wird jeweils ein elektrisches Wechselfeld emittiert, welche jeweils in Elektroden C1 bzw. C2 einkoppelbar sind. In Abhängigkeit von den konkreten Erdungsverhältnissen der kapazitiven Sensoreinrichtung führt eine Annäherung einer Hand an die Elektrodenkonfigurationen an der jeweiligen Elektrodenkonfiguration zu einer Reduzierung oder zu einer Erhöhung der kapazitiven Koppelung zwischen den Elektroden A1 und C1 bzw. A2 und C2.
Das an der jeweiligen Empfangselektrode C1 bzw. C2 angegriffene Empfangssignal kann auf Einhaltung vordefinierter Toleranzen geprüft werden kann, sodass in dem dritten Betriebsmodus auch ein Systemtest der kapazitiven Sensoreinrichtung durchgeführt werden kann.
Beispiel 2:
Die Elektrodenkonfigurationen E1, E2 und E3 können vorgesehen sein, bei einem elektrischen Handgerät, in welchem die erfindungsgemäße Leiterplatte angeordnet ist, ein Umgreifen des Handgerätes zu detektieren, wobei gleichzeitig festgestellt werden kann, ob das Handgeräte mit seiner Rückseite oder mit seiner Vorderseite der Handfläche zugewandt ist.
Hierzu wird die Elektrode A1 als Sendeelektrode verwendet und die Elektrode A2 als Empfangselektrode. Zur Erhöhung der Detektionsgenauigkeit können auch die Elektroden C1 und C2 als Sendeelektrode bzw. Empfangselektrode verwendet werden. Die Elektroden B1 und B2 können mit Ground verbunden sein. Mit der Sendeelektrode A1 (und ggf. C1) und der Empfangselektrode A2 (und ggf. C2) kann die kapazitive Koppelung zwischen der ersten Elektrodenkonfiguration E1 und der zweiten Elektrodenkonfiguration E2 vermessen werden. Bei umgreifen des Handgerätes ändert sich diese kapazitive Koppelung, sodass sie als Indikator für eine Umgreifen des Handgerätes durch eine Hand herangezogen werden kann.
Ferner werden die Elektroden A3 und C3 der dritten Elektrodenkonfiguration E3 als Feldmesselektroden verwendet, an denen jeweils ein Empfangssignal abgegriffen und ausgewertet wird. Die Elektrode B3 wird mit Ground gekoppelt, um im Wesentlichen eine kapazitive Entkoppelung der Elektrode A3 von der Elektrode C3 zu erreichen. Die Elektrode A3 ist an der Oberseite der Leiterplatte, die Elektrode C3 an der Unterseite der Leiterplatte angeordnet.
Das an der Sendeelektrode A1 emittierte elektrische Wechselfeld koppelt über die das Handgerät umgreifende Hand in Feldmesselektrode A3 bzw. C3 ein. Je nachdem welche Seite (Oberseite oder Unterseite) des Handgerätes der Handfläche zugewandt ist, ist entweder die kapazitive Koppelung zwischen der Elektrode A1 und der Elektrode A3 oder die kapazitive Koppelung zwischen der Elektrode A1 und der Elektrode C3 größer.
Ferner ist es möglich, in diesem Beispiel zwei Betriebsmodi vorzusehen. In dem ersten Betriebsmodus wird nur ein Umgreifen detektiert. In dem zweiten Betriebsmodus wird nur detektiert, welche Seite des Handgerätes der Handfläche zugewandt ist. Vorzugsweise findet ein Wechsel von dem ersten Betriebsmodus in den zweiten Betriebsmodus nur dann statt, wenn in dem ersten Betriebsmodus tatsächlich ein Umgreifen detektiert worden ist. In dem zweiten Betriebsmodus kann dann die Elektrode A2 (und ggf. die Elektrode C2), welche im ersten Betriebsmodus als Empfangselektrode betrieben wird, ebenfalls als Sendeelektrode betrieben werden.
In einer weiteren Ausführungsform dieses Beispiels kann unter Verwendung der vierten Elektrodenkonfiguration E4 ein berührungssensitiver Knopf (Button) an einer Seitenwandung des Handgerätes realisiert werden. Hierzu wird die Elektrode A4 der vierten Elektrodenkonfiguration E4 als Feldmesselektrode verwendet. Die Elektrode B4 kann mit Ground verbunden sein. Das an der Sendeelektrode A1 (und ggf. an der Elektrode A2) emittierte elektrische Wechselfeld koppelt über die das Handgerät umgreifende Hand in die Elektrode A4 ein. Um Fehlauslösungen zu vermeiden, kann es vorgesehen sein, dass die Elektrodenkonfiguration E4 nur dann aktiv ist, wenn ein Umgreifen detektiert worden ist. Ferner kann es vorteilhaft sein, die Elektrodenkonfiguration E4 nur dann zu aktivieren, wenn das Handgerät mit seiner Rückseite der Handfläche zugewandt ist.
Möglich ist es auch, dass nur eine Sendeelektrode A1 oder A2 und nur die Feldmesselektrode A4 aktiv sind, um eine einfache Betätigung des Knopfes zu detektieren.
In einer alternativen Ausgestaltung kann auch lediglich nur die Elektrodenkonfiguration E4 aktiv sein, wobei in diesem Fall die Elektrodenkonfiguration entweder im Transmission Mode (A4 = Sendeelektrode, C4 = Empfangselektrode) oder im Loading Mode (A4 = Sendeelektrode) betrieben werden kann, um einen berührungssensitiven Button zu realisieren.
Beispiel 3:
Nachfolgend wird eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektrodenkonfiguration bzw. Leiterplatte beschrieben, bei der zumindest eine der Elektroden der Elektrodenkonfigurationen E1 bis E4 als Kompensationselektrode verwendet wird.
Die Elektrode A1 wird hier als Sendeelektrode und die Elektrode A2 als Empfangselektrode betrieben. Die Elektrode C2 wird als Kompensationselektrode betrieben. Die Elektroden B1 und B2 können mit Ground verbunden sein.
Die Sendelektrode A1 wird mit einem elektrischen Wechselsignal beaufschlagt. Die Kompensationselektrode C2 wird ebenfalls mit einem elektrischen Wechselsignal beaufschlagt, welches vorzugsweise die Wellenform und die Frequenz des elektrischen Wechselsignals hat, mit welchem die Sendelektrode A1 beaufschlagt wird. Das elektrische Wechselsignal der Kompensationselektrode C2 kann gegenüber dem elektrischen Wechselsignal der Sendelektrode A1 phasenverschoben sein und/oder eine andere Amplitude aufweisen.
Das der Sendeelektrode A1 beaufschlagte elektrische Wechselsignal ist so ausgelegt, dass das von der Sendelektrode A1 emittierte elektrische Wechselfeld in die Empfangselektrode A2 einkoppelbar ist. Das der Kompensationselektrode C2 beaufschlagte elektrische Wechselsignal ist so ausgelegt, dass das von der Kompensationselektrode C2 emittierte elektrische Wechselfeld ebenfalls in die Empfangselektrode A2 einkoppelbar ist. Durch das an der Kompensationselektrode C2 emittierte elektrische Wechselfeld, welches ggf. phasenverschoben zum von der Sendelektrode A1 emittierten elektrischen Wechselfeld ist, wird der Pegel des an der Empfangselektrode A2 einwirkenden elektrischen Wechselfelds reduziert bzw. bei einer gegenphasigen Überlagerung (nahezu) ausgelöscht.
Durch die Annäherung einer Hand an die Elektroden wird das an der Empfangselektrode A2 einwirkende elektrische Wechselfeld so verändert, dass dieses in der Empfangselektrode A2 einen Strom erzeugt, welcher repräsentativ für die Annäherung einer Hand an die Elektroden ist.
Zusätzlich kann auch die Elektrode C1 der ersten Elektrodenkonfiguration E1 als Sendeelektrode verwendet werden.
In dieser Ausführungsform gemäß Beispiel 3 kann ein Umgreifen des Handgerätes detektiert werden.
Das mit Beispiel 3 erläuterte Prinzip kann auch auf eine einzige Elektrodenkonfiguration angewandt werden, etwa auf die Elektrodenkonfiguration E1. Beispielsweise kann die Elektrode A1 als Sendeelektrode, die Elektrode C1 als Empfangselektrode und die Elektrode B1 als Kompensationselektrode verwendet werden. Die Wirkungsweise ist hierbei dieselbe wie vorstehend beschrieben.
Des Weiteren kann in dem Beispiel 3 auch die dritte Elektrodenkonfiguration E3 vorgesehen sein, um zu detektieren, ob das Handgerät mit seiner Vorderseite oder seiner Rückseite der Handfläche zugewandt ist. Hierzu kann es ausreichend sein lediglich die Elektrode A1 als Sendeelektrode zu betreiben. Vorteilhaft kann es sein, die kapazitive Sensoreinrichtung in zwei Betriebsmodi zu betreiben, wobei in dem ersten Betriebsmodus ein Umgreifen das Handgerätes und in dem zweiten Betriebsmodus die Lage des Handgerätes relativ zur Handfläche detektiert wird. In dem zweiten Betriebsmodus kann die in dem ersten Betriebsmodus als Kompensationselektrode verwendete Elektrode C1 bzw. C2 als weitere Sendeelektrode verwendet werden.
Des Weiteren kann in dem Beispiel 3 auch die vierte Elektrodenkonfiguration E4 vorgesehen sein, um einen berührungssensitive Button zu realisieren. Die Funktionsweise ist hierbei dieselbe wie vorstehend mit Bezug auf das Beispiel 2 beschrieben. Ferner kann es hier vorteilhaft sein, die Elektrode C4 als Kompensationselektrode zu betreiben.
Die erfindungsgemäße Leiterplatte P kann zumindest teilweise flexibel ausgestaltet sein.

Claims

Leiterplatte (P), aufweisend eine Auswerteeinrichtung (E) und zumindest eine Elektrodenkonfiguration eines kapazitiven Sensors, wobei die Elektrodenkonfiguration zumindest zwei übereinander angeordnete und zueinander beabstandete Elektroden aufweist, welche jeweils durch Teile zumindest einer elektrisch leitfähigen Schicht der Leiterplatte (P) gebildet werden, und wobei mindestens eine Elektrode der Elektrodenkonfiguration über eine Leiterbahn der Leiterplatte (P) mit der Auswerteeinrichtung (E) gekoppelt ist.
Leiterplatte nach Anspruch 1, wobei die Elektroden der Elektrodenkonfiguration über eine Leiterbahn der Leiterplatte (P) mit der Auswerteeinrichtung (E) gekoppelt sind.
Leiterplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elektrodenkonfiguration eine dritte, zwischen einer oberen Elektrode (A) und einer unteren Elektrode (C) angeordnete Elektrode (B) aufweist, wobei eine Elektrode der oberen Elektrode (A) und der unteren Elektrode (C) als Sendeelektrode betreibbar ist und die jeweils andere Elektrode der oberen Elektrode (A) und der unteren Elektrode (C) als Empfangselektrode betreibbar ist, und wobei die dritte Elektrode (B) als Kompensationselektrode und/oder als Groundelektrode betreibbar ist.
Leiterplatte nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Elektrodenkonfiguration eine dritte, zwischen einer oberen Elektrode (A) und einer unteren Elektrode (C) angeordnete Elektrode (B) aufweist, wobei die obere Elektrode (A) und die untere Elektrode (C) jeweils als Groundelektrode betreibbar sind und wobei die dritte Elektrode (B) als Loadingelektrode betreibbar ist.
Leiterplatte nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Elektrodenkonfiguration zumindest eine weitere Elektrode aufweist, welche zwischen der oberen Elektrode (A) und der unteren Elektrode (C) der Elektrodenkonfiguration angeordnet ist, und wobei eine der beiden zwischen der oberen Elektrode (A) und der unteren Elektrode (C) angeordnete Elektrode als Kompensationselektrode (B) und die jeweils andere der beiden zwischen der oberen Elektrode (A) und der unteren Elektrode (C) angeordnete Elektrode als Groundelektrode (D) betreibbar ist.
Leiterplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine Elektrodenkonfiguration randseitig auf der Leiterplatte (P) angeordnet ist.
Leiterplatte nach Anspruch 6, wobei die randseitige Anordnung der zumindest einen Elektrodenkonfiguration auf der Leiterplatte (P) derart gewählt ist, dass zumindest eine Elektrode der Elektrodenkonfiguration bis an die Abschlusskante (K) der Leiterplatte (P) reicht.
Leiterplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eine Elektrode der Elektrodenkonfiguration zumindest teilweise umlaufend um die Leiterplatte (P) angeordnet ist.
Leiterplatte nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei zumindest zwei Elektroden der Elektrodenkonfiguration durch Teile derselben elektrisch leitfähigen Schicht der Leiterplatte (P) gebildet werden.
Leiterplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eine der Elektroden der Elektrodenkonfiguration oder zumindest eine weitere Elektrode durch eine an der randseitigen Oberfläche (K) der Leiterplatte (P) angeordnete elektrisch leitfähige Schicht gebildet wird.
Leiterplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leiterplatte (P) zumindest zwei randseitig, vorzugsweise an zwei gegenüberliegenden Abschlusskanten (K1, K2) der Leiterplatte (P), angeordnete Elektrodenkonfigurationen aufweist, und wobei zumindest eine Elektrode der einen Elektrodenkonfiguration als Sendeelektrode und zumindest eine Elektrode der anderen Elektrodenkonfiguration als Empfangselektrode betreibbar sind.
Leiterplatte nach einem dem vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest zwei Elektroden der Elektrodenkonfiguration mit unterschiedlichen elektrischen Wechselsignalen beaufschlagbar sind.
Leiterplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auswerteeinrichtung (E) in zumindest zwei Betriebsmodi betreibbar ist und wobei in Abhängigkeit vom Betriebsmodus der Auswerteeinrichtung (E) eine Anzahl der Elektroden der Elektrodenkonfiguration jeweils mit einem elektrischen Wechselsignal beaufschlagbar sind.
Leiterplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leiterplatte eine doppelseitige Leiterplatte ist und wobei zumindest eine der Elektroden der Elektrodenkonfiguration an der Oberseite (O) der Leiterplatte (L) und die übrigen Elektroden der Elektrodenkonfiguration an der Unterseite (U) der Leiterplatte (L) angeordnet sind.
Leiterplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leiterplatte (P) zumindest teilweise flexibel ausgestaltet ist.
Leiterplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf der Leiterplatte (P) zumindest eine weitere Elektrode angeordnet ist, welche nicht direkt mit der Auswerteeinrichtung (E) gekoppelt ist und welche kapazitiv oder galvanisch mit zumindest einer Elektrode der Elektrodenkonfiguration koppelbar ist.
Leiterplatte nach Anspruch 16, wobei die zumindest eine weitere Elektrode durch Teile einer elektrisch leitfähigen Schicht der Leiterplatte (P) gebildet wird.
Elektrisches Handgerät, aufweisend zumindest eine Leiterplatte (P) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.