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WO2012048770A1 - Electrode notamment pour la constitution d'un capteur de detection de proximite - Google Patents

Electrode notamment pour la constitution d'un capteur de detection de proximite Download PDF

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Publication number
WO2012048770A1
WO2012048770A1 PCT/EP2011/004170 EP2011004170W WO2012048770A1 WO 2012048770 A1 WO2012048770 A1 WO 2012048770A1 EP 2011004170 W EP2011004170 W EP 2011004170W WO 2012048770 A1 WO2012048770 A1 WO 2012048770A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electrode
face
antenna
width
insulating
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/004170
Other languages
English (en)
Inventor
Stephan Baudru
Xavier Hourne
Alain Fontanet
Original Assignee
Continental Automotive France
Continental Automotive Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Continental Automotive France, Continental Automotive Gmbh filed Critical Continental Automotive France
Publication of WO2012048770A1 publication Critical patent/WO2012048770A1/fr

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/945—Proximity switches
    • H03K17/955—Proximity switches using a capacitive detector
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/96—Touch switches
    • H03K17/962—Capacitive touch switches

Definitions

  • the invention relates to an electrode and its electrical shielding screen.
  • Such an electrode is used in particular for producing a proximity and / or contact detection sensor, more particularly in a door handle of a motor vehicle.
  • the invention is more particularly adapted to the realization of a device for access and passive passive boot or "passive start and entry" in English, in particular for a vehicle.
  • a vehicle (100) comprising such a device comprises a cockpit calculator (1 10), commonly referred to by the acronym BCM for "Body Control Module” in English.
  • This computer is connected to electronic components located in particular in the door handles (120).
  • These handles include means for detecting the approach and / or contact of a hand on the door handle (120) and means for emitting an electromagnetic field to a badge (130).
  • a person wearing this badge (130) for example the owner of the vehicle, is in an area (140) near the vehicle and his hand approaches and / or comes into contact with the door handle (120).
  • a door handle (120) of such a vehicle comprises an antenna (221) for transmitting at a specific frequency and activate the badge. It also includes an electrode (223) for detecting the approach and / or contact of a hand on the door handle (120). For security reasons, when the presence of the badge (130) is detected near the vehicle (100) by the antenna (221), the doors thereof are unlocked only if the contact, in this case with a hand is detected by the electrode (223) on the inside of the door handle (120). This detection is generally of the capacitive type.
  • a screen shield (222) prevents detection on the outer face of the handle.
  • the antenna transmission frequency spectrum (221) must be perfectly controlled. However, if it is easy to define this spectrum according to the characteristics of the antenna (221), it is modified by the environment of this antenna, in particular by the presence of the electrode (223) and its screen (221). Indeed currents induced by the electrode circulate in the antenna and disrupt its emission. To counteract these effects, one of the solutions of the prior art consists in placing a thick electrically insulating layer between the antenna (221) and the screen (222). However, this solution to the problem is at the expense of compactness, the device then being difficult to integrate into a door handle (120).
  • the transmitting circuit of the antenna (221) can be calibrated once the antenna mounted in the handle.
  • This solution which preserves the compactness, implies that for each type of vehicle (100), door handle (120), electrode (223) and screen shield (221), the circuit is calibrated differently , even if the antenna (223) is the same. This situation is economically unfavorable, particularly for very large-scale applications such as in the automotive sector.
  • the invention aims at solving the disadvantages of the prior art by proposing an electrode, in particular for constituting a capacitive proximity sensor, characterized in that it comprises:
  • An insulating support extending mainly in a longitudinal direction
  • a first face called an electrode, consisting of a conductive circuit printed on one side of the insulating support, said face being able to constitute an electrode;
  • a second face called a screen, consisting of a conductive circuit printed on one side of the insulating support opposite to the first, this face being able to constitute an electrical shielding screen for the electrode of the first face;
  • the two conductive circuits being printed in the form of a plurality of parallel strips extending longitudinally and separated from each other by an insulating strip.
  • the realization of the electrode and shielding screen by printed circuit technology allows, by the presence of the insulating strips between the conductive strips, to prevent the creation of currents induced by the antenna in the electrode and in the the shielding screen, they can not form any circulation loops except inside the bands themselves; induced currents which, according to the prior art, resulted in a decrease of the electrical characteristics such as the inductance and the resistance of the circuit resignation.
  • the characteristics of the antenna as it has been designed are retained and the calibration of the transmission circuit is no longer indispensable.
  • the invention can be implemented according to the advantageous modes described below, which can be considered individually or in any technically operative combination.
  • the width of the conductive strips is greater than the width of the insulating strips separating them on the electrode face and the width of the conductive strips is less than the width of the insulating strips separating them on the screen face.
  • the invention also relates to a device for transmitting and detecting proximity, characterized in that it comprises an electrode according to one of the preceding embodiments and an antenna in contact with the screen face of this electrode.
  • a device for transmitting and detecting proximity characterized in that it comprises an electrode according to one of the preceding embodiments and an antenna in contact with the screen face of this electrode.
  • Such a device is particularly compact because it does not require the interposition of an insulator between the electrode and the antenna.
  • This device can be advantageously implemented in a door handle, the electrode being able to detect the contact and / or the approach of a hand on this handle.
  • the invention also relates to a vehicle, in particular an automobile, comprising such a door handle.
  • a vehicle in particular an automobile, comprising such a door handle.
  • this vehicle can offer a function of access and passive startup competitive in terms of cost.
  • FIGS. 1 to 4 in which:
  • FIG. 1 relating to the prior art, schematically represents a motor vehicle in top view
  • FIG. 2 also relating to the prior art, illustrates in plan view and in cutting a door handle comprising an antenna and an electrode for detecting contact with the handle;
  • FIG. 3 shows a front view of an electrode according to an exemplary embodiment of the invention, FIG. 3A according to the electrode face, FIG. 3B according to the screen face;
  • FIG. 4 is a comparative table showing an example of modification of the characteristics of the antenna when it is placed close to an electrode according to the prior art and close to an electrode according to the invention.
  • an electrode 300 according to the invention consists of a "comb" printed circuit on each of its faces, separated by an insulating support (350), extending mainly in a longitudinal direction 360.
  • FIG. the electrode side 301 the conductive strips 310 are separated by insulating strips 320 narrower than the conductive strips, these strips are oriented in the longitudinal direction 360 of the electrode 300.
  • the conductive strips 310 are connected to one of their ends 31 1 to an electronic circuit. At their other end 312, they are disjoint and separated by an insulating strip 320.
  • the conductive strips 310 have a width of 1 mm and are separated by insulating strips 320 of 0.3 mm.
  • the electrode side face 301 behaves vis-à-vis the technical function of contact detection as an electrode whose conductive surface covers the entire surface of this face.
  • the conductive strips 310 being disjoint at one of their ends 312, this discontinuity prevents the creation of induced currents on the entire surface of the electrode 301.
  • the conductive strips 330 are of smaller width than the insulating strips 340 separating them.
  • the conductive strips 330 have a width of 0.3 mm and the insulating strips 340 a width of 1 mm.
  • the conductive strips 330 are connected to ground at one of their ends 31 1 'and are disjoint, separated by insulating strips 340 at their other end 312'.
  • the conductive surface on this face 302 is sufficient to ensure the shielding screen technical function vis-à-vis the electrode side face 301, but the discontinuities between the conductive strips 330 at their end 312 'prevent the creation of induced currents on the surface of this face.
  • the array 400 gives the value of the inductance 41 1 (Ls) and the resistor 412 (Rs) of a sinusoidal antenna set at a supply voltage of 1 volt peak at 125 kHz.
  • Column 421 gives the nominal values of the antenna in micro-Henry ( ⁇ ) for the inductance and in Ohms for the resistance.
  • Column 422 gives the values modified inductance 41 1 and resistance 412 when the antenna 221 is placed on an electrode 300 according to the prior art, consisting of a continuous surface copper plate.
  • Column 423 shows the modification of the nominal values (411 and 412) when this antenna 221 is placed in contact with the electrode 301 with an electrode according to an exemplary embodiment of the invention, and the column 424 gives the modified characteristic values 411 and 412. when the antenna 221 is placed in contact with an electrode 300 according to the invention shielding screen side 302.
  • the present invention achieves the objectives it intended.
  • the electrode according to the invention has very little influence on the characteristics of the antenna and eliminates the need for calibration of the power supply circuit thereof.

Landscapes

  • Lock And Its Accessories (AREA)

Abstract

L'invention concerne une électrode (300) et son écran de blindage électrique. Une telle électrode (300) est utilisée notamment pour réaliser un capteur de détection de proximité ou de contact, plus particulièrement dans une poignée de portière (120) d'un véhicule automobile (100). L'électrode (300) selon l'invention comprend : un support isolant (350) s'étendant principalement selon une direction longitudinale (360); une première face (301), dite électrode, constituée d'un circuit conducteur (310) imprimé sur une face du support isolant (350), ladite face étant apte à constituer une électrode; une seconde face (302), dite écran, constituée d'un circuit conducteur (330) imprimé sur une face du support isolant (350) opposée à la première face (301), cette seconde face (302) étant apte à constituer un écran de blindage électrique pour l'électrode de la première face (301); les deux circuits conducteurs (310, 330) étant imprimés sous la forme d'une pluralité de bandes parallèles s'étendant selon la direction longitudinale (360) et séparées l'une de l'autre par une bande isolante (320, 340).

Description

Electrode notamment pour la constitution d'un capteur de détection de proximité
L'invention concerne une électrode et son écran de blindage électrique. Une telle électrode est utilisée notamment pour réaliser un capteur de détection de proximité et/ou de contact, plus particulièrement dans une poignée de portière d'un véhicule automobile. L'invention est plus particulièrement adaptée à la réalisation d'un dispositif d'accès et de démarrage passif sécurisé ou « passive start and entry » en anglais, notamment pour un véhicule.
Figure 1 , selon l'art antérieur, un véhicule (100) comportant un tel dispositif comprend un calculateur d'habitacle (1 10), couramment désigné par l'acronyme BCM pour « Body Control Module » en anglais. Ce calculateur est connecté à des composants électroniques situés notamment dans les poignées de portière (120). Ces poignées comprennent des moyens pour détecter l'approche et/ou le contact d'une main sur la poignée de portière (120) et des moyens pour émettre un champ électromagnétique à destination d'un badge (130). Ainsi, lorsqu'une personne porteuse de ce badge (130), par exemple le propriétaire du véhicule, se trouve dans une zone (140) proche du véhicule et que sa main approche et/ou rentre en contact de la poignée de portière (120), en particulier quand elle s'approche d'une zone de déverrouillage précise et déterminée ou rentre en contact avec elle, cette approche et/ou ce contact est détecté et le BCM (1 10) est informé et génère un champ électromagnétique grâce à une antenne située également dans la poignée. Le badge (130) détecte alors l'émission du champ électromagnétique du véhicule et émet un code. Le code reçu par le véhicule est transféré au BCM (1 0) qui confirme la validité du code et déverrouille les portières du véhicule lorsque le porteur du badge pose la main sur la poignée de portière (120). Ce procédé de déverrouillage des portières (120) du véhicule (100) est connu de l'état de l'art. Le procédé de verrouillage des portières (120) du véhicule (100) fonctionne de manière identique sur une zone de verrouillage précise et déterminée.
Figure 2, selon une vue de détail en coupe relative à l'art antérieur, une poignée de portière (120) d'un tel véhicule comporte une antenne (221 ) pour émettre selon une fréquence déterminée et activer le badge. Elle comporte également une électrode (223) laquelle sert à détecter l'approche et/ou le contact d'une main sur la poignée de portière (120). Pour des raisons de sécurité, lorsque la présence du badge (130) est détectée à proximité du véhicule (100) par l'antenne (221 ), les portières de celui-ci ne sont déverrouillées que si le contact, en l'occurrence avec une main, est détecté par l'électrode (223) sur la face interne de la poignée de portière (120). Cette détection est généralement de type capacitif. Un écran de blindage (222) permet d'éviter les détections sur la face externe de la poignée.
Pour que ce dispositif fonctionne, et notamment pour que la détection de l'émission à faible puissance de l'antenne (221) soit détectée et permette d'activer le circuit du badge (130), le spectre en fréquence d'émission de l'antenne (221 ) doit être parfaitement maîtrisé. Or, s'il est facile de définir ce spectre en fonction des caractéristiques de l'antenne (221), celui-ci est modifié par l'environnement de cette antenne, notamment par la présence de l'électrode (223) et de son écran (221). En effet des courants induits par l'électrode circulent dans l'antenne et viennent perturber son émission. Pour contrer ces effets, une des solutions de l'art antérieur consiste à placer une couche électriquement isolante de forte épaisseur entre l'antenne (221) et l'écran (222). Toutefois, cette solution au problème se fait au détriment de la compacité, le dispositif étant alors difficile à intégrer dans une poignée de portière (120). Alternativement, le circuit d'émission de l'antenne (221) peut être calibré une fois l'antenne montée dans la poignée. Cette solution, qui préserve la compacité, implique que pour chaque type de véhicule (100), de poignée de portière (120), d'électrode (223) et d'écran de blindage (221), le circuit soit calibré de manière différente, même si l'antenne (223) est la même. Cette situation est économiquement défavorable, particulièrement pour des applications de très grande série comme dans le secteur automobile.
L'invention vise à résoudre les inconvénients de l'art antérieur en proposant une électrode, notamment pour la constitution d'un capteur de proximité capacitif, caractérisée en ce qu'elle comprend :
• un support isolant s'étendant principalement selon une direction longitudinale ;
• une première face, dite électrode, constituée d'un circuit conducteur imprimé sur une face du support isolant, ladite face étant apte à constituer une électrode ;
· une seconde face, dite écran, constituée d'un circuit conducteur imprimé sur une face du support isolant opposée à la première, cette face étant apte à constituer un écran de blindage électrique pour l'électrode de la première face ;
• les deux circuits conducteurs étant imprimés sous la forme d'une pluralité de bandes parallèles s'étendant longitudinalement et séparées l'une de l'autre par une bande isolante.
La réalisation de l'électrode et de l'écran de blindage par la technologie des circuits imprimés permet, par la présence des bandes isolantes entre les bandes conductrices, d'empêcher la création de courants induits par l'antenne dans l'électrode et dans l'écran de blindage, ceux-ci ne pouvant plus former de boucles de circulation sauf à l'intérieur même des bandes ; courants induits qui, selon l'art antérieur, entraînaient une baisse des caractéristiques électriques telles que l'inductance et la résistance du circuit d'émission. Ainsi les caractéristiques de l'antenne telle qu'elle a été conçue sont conservées et le calibrage du circuit d'émission n'est plus indispensable.
L'invention peut être mise en œuvre selon des modes avantageux exposés ci- après, lesquels peuvent être considérés individuellement ou selon toute combinaison techniquement opérante.
Avantageusement, la largeur des bandes conductrices est supérieure à la largeur des bandes isolantes les séparant sur la face électrode et la largeur des bandes conductrices est inférieure à la largeur des bandes isolantes les séparant sur la face écran. Cette caractéristique, en augmentant la distance entre les bandes conductrices de la partie à proximité immédiate de l'antenne et en réduisant la largeur de ces bandes conductrice, confine toute circulation de courants induits dans des bandes très étroites, dont la largeur est néanmoins suffisante pour créer l'écran de blindage de l'électrode. Côté électrode, sur la première face où une surface conductrice plus importante est nécessaire pour assurer la fonction de détection, les bandes isolantes empêchent néanmoins la création de boucles de circulation de courants induits à la surface de l'électrode.
Pour un dispositif placé dans une poignée de porte et une antenne émettant à 125 kHz, ce qui constitue un standard pour ce type d'application, des résultats optimaux sont obtenus pour une largeur des bandes conductrices égale à 1 mm et une largeur des bandes isolantes à 0,3 mm sur la face électrode et inversement sur la face écran. Ces dimensions sont également faciles à respecter avec la technologie des circuits imprimés.
L'invention concerne également un dispositif d'émission et de détection de proximité caractérisé en ce qu'il comprend une électrode selon l'un des modes de réalisation précédents et une antenne en contact avec la face écran de cette électrode. Un tel dispositif est particulièrement compact car il ne nécessite pas l'interposition d'un isolant entre l'électrode et l'antenne.
Ce dispositif peut être avantageusement mis en œuvre dans une poignée de portière, l'électrode étant apte à détecter le contact et/ou l'approche d'une main sur cette poignée.
Finalement l'invention concerne également un véhicule, notamment automobile, comprenant une telle poignée de porte. Ainsi ce véhicule peut proposer une fonction d'accès et de démarrage passif compétitive en termes de coût.
L'invention sera maintenant plus précisément décrite dans le cadre de ses modes de réalisation préférés, nullement limitatifs, et des figures 1 à 4 dans lesquelles :
· la figure 1 , relative à l'art antérieur, représente schématiquement un véhicule automobile en vue de dessus ;
• la figure 2, également relative à l'art antérieur, illustre en vue de dessus et en coupe une poignée de portière comprenant une antenne et une électrode pour la détection d'un contact avec la poignée ;
• la figure 3 montre en vue de face une électrode selon un exemple de réalisation de l'invention, figure 3A selon la face électrode, figure 3B selon la face écran ;
• et la figure 4 est un tableau comparatif montrant un exemple de modification des caractéristiques de l'antenne lorsque celle-ci est placée à proximité d'une électrode selon l'art antérieur et à proximité d'une électrode selon l'invention.
Figure 3, une électrode 300 selon l'invention est constituée d'un circuit imprimé « en peigne » sur chacune de ses faces, séparées par un support isolant (350), s'étendant principalement selon une direction longitudinale 360. Figure 3A, sur la face côté électrode 301 les bandes conductrices 310 sont séparées par des bandes isolantes 320 plus étroites que les bandes conductrices, ces bandes sont orientées dans la direction longitudinale 360 de l'électrode 300. Les bandes conductrices 310 sont connectées à une de leurs extrémités 31 1 à un circuit électronique. A leur autre extrémité 312, elles sont disjointes et séparées par une bande isolante 320. Selon un mode de réalisation avantageux, les bandes conductrices 310 ont une largeur de 1 mm et sont séparées par des bandes isolantes 320 de 0,3 mm. Ainsi la face côté électrode 301 se comporte vis-à-vis de la fonction technique de détection de contact comme une électrode dont la surface conductrice couvrirait l'intégralité de la surface de cette face. En revanche, les bandes conductrices 310 étant disjointes à l'une de leurs extrémités 312, cette discontinuité empêche la création de courants induits sur l'ensemble de la surface de l'électrode 301.
Figure 3B, sur la face côté écran de blindage 302, les bandes conductrices 330 sont de largeur inférieure aux bandes isolantes 340 les séparant. Selon un mode de réalisation avantageux, les bandes conductrices 330 ont une largeur de 0,3 mm et les bandes isolantes 340 une largeur de 1 mm. Les bandes conductrices 330 sont reliées à la masse à l'une de leurs extrémités 31 1 ' et sont disjointes, séparées par des bandes isolantes 340 à leur autre extrémité 312'. La surface conductrice sur cette face 302 est suffisante pour assurer la fonction technique d'écran de blindage vis-à-vis de la face côté électrode 301 , mais les discontinuités entre les bandes conductrices 330 à leur extrémité 312' empêchent la création de courants induits sur la surface de cette face.
Figure 4, le tableau 400 donne la valeur de l'inductance 41 1 (Ls) et de la résistance 412 (Rs) d'une antenne en régime sinusoïdal établi sous une tension d'alimentation de 1 Volt crête à 125 kHz.
La colonne 421 donne les valeurs nominales de l'antenne en micro-Henry (μΗ) pour l'inductance et en Ohms pour la résistance. La colonne 422 donne les valeurs modifiées d'inductance 41 1 et de résistance 412 lorsque cette antenne 221 est placée sur une électrode 300 selon l'art antérieur, constituée d'une plaque de cuivre de surface continue. La colonne 423 montre la modification des valeurs nominales (411 et 412) lorsque cette antenne 221 est placée en contact côté électrode 301 avec une électrode selon un exemple de réalisation de l'invention, et la colonne 424 donne les valeurs caractéristiques 411 et 412 modifiées lorsque l'antenne 221 est placée en contact avec une électrode 300 selon l'invention côté écran de blindage 302.
La description ci-avant illustre clairement que par ses différentes caractéristiques et leurs avantages, la présente invention atteint les objectifs qu'elle visait. En particulier, l'électrode selon l'invention influence très peu les caractéristiques de l'antenne et supprime la nécessité de calibrage du circuit d'alimentation de celle-ci.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif d'émission et de détection de proximité capacitif comprenant une électrode (300) et une antenne (221 ) ledit dispositif étant caractérisé en ce que l'antenne (221) comprend:
• un support isolant (350) s'étendant principalement selon une direction longitudinale (360) ;
• une première face (301), dite électrode, constituée d'un circuit conducteur (310) imprimé sur une face du support isolant (350), ladite face étant apte à constituer une électrode ;
• une seconde face (302), dite écran, constituée d'un circuit conducteur (330) imprimé sur une face du support isolant (350) opposée à la première, cette seconde face (302) étant apte à constituer un écran de blindage électrique pour l'électrode de la première face (301) ;
• les deux circuits conducteurs (310, 330) étant imprimés « en peigne » sous la forme d'une pluralité de bandes parallèles conductrices (310, 330) s'étendant selon la direction longitudinale (360) et séparées l'une de l'autre par une bande isolante (320, 340),
et en ce que l'antenne (221) est en contact avec la face écran (302) de l'électrode (300).
2. Dispositif selon la revendication 1 , caractérisée en ce que la largeur des bandes conductrices (310) est supérieure à la largeur des bandes isolantes (320) les séparant sur la face électrode (301) et la largeur des bandes conductrices (330) est inférieure à la largeur des bandes isolantes (340) les séparant sur la face écran (302).
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisée en ce que la largeur des bandes conductrices (310) est égale à 1 mm et la largeur des bandes isolantes (320) à 0,3 mm sur la face électrode (301) et inversement sur la face écran (302).
4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la fréquence d'émission de l'antenne est de 125 kHz.
5. Poignée de portière ( 20) caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif selon la revendication 1 , l'électrode (300) étant apte à détecter le contact et/ou l'approche d'une main sur cette poignée.
6. Véhicule (100), notamment automobile, caractérisé en ce qu'il comprend une poignée de portière (120) selon la revendication 5.
PCT/EP2011/004170 2010-10-13 2011-08-18 Electrode notamment pour la constitution d'un capteur de detection de proximite WO2012048770A1 (fr)

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