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Die
Erfindung betrifft allgemein die elektromechanischen Strukturen
von Tastaturen. Insbesondere betrifft die Erfindung die Integration
und Einkopplung von Tastaturstrukturen in die weiteren elektrischen
und mechanischen Teile einer elektronischen Vorrichtung.
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Ein
Tastenblock, der sich aus einzeln zu drückenden numerischen oder alphanumerischen
Tasten sowie aus Funktions- und Steuertasten zusammensetzt, ist
ein wichtiger Teil vieler moderner elektronischer Vorrichtungen.
Tastaturen dieser Art kommen vor allem bei tragbaren Telekommunikationsvorrichtungen
wie etwa Mobiltelefonen und Multifunktionssprechanlagen, tragbaren
digitalen Assistenten und Palmtop-Computern vor. 1 ist eine auseinandergezogene Querschnittsansicht,
die eine herkömmliche
konstruktive Anordnung zeigt, die auf einer Leiterplatte oder PCB
(Printed Circuit Board) 101 aufgebaut ist, die an ihrer
oberen Oberfläche
eine Anzahl von Kontaktflächen
aufweist. Ein isolierender Film 102 deckt die PCB mit Ausnahme
jener Kontaktflächen,
auf denen Komponenten anzubringen sind, ab. Der Tastaturteil umfasst
eine Kuppenschicht 103 (oder alternativ eine Auswahl einzelner
Tastenkuppen), die aus einem elastischen Material gefertigt ist, das
wenigstens an der konkaven Oberfläche jeder Kuppe elektrisch
leitend ist. Außerdem
umfasst der Tastaturteil eine gummiartige Tastenmatte 104,
an der die gewölbten
Vorsprünge
mit den leitenden Kuppen der Kuppenschicht 103 zusammentreffen
und die sichtbaren Teile der Tasten bilden. Mit ihrer(n) Anschlussfläche(n) ist
ein Mikrofon 105 gekoppelt, wobei das Tastatur-Mikrofon-Objekt durch
eine Abschirmung gegen elektrostatische Entladung 106,
die aus einer dünnen
Schicht aus rostfreiem Stahl oder einem anderen leitfähigen Material
gefertigt ist, abgedeckt ist.
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Die
elektrischen Ausführungen
von Tastenblöcken
treten in verschiedenen Formen auf. 2 zeigt
einen herkömmlichen
rechteckigen Tastenblock, der aus N × M Tasten besteht; hier N
= 4 und M = 5. Die Anordnung umfasst N leitende Eingangszeilen 201 bis 204 und
M leitende Ausgangsspalten 205 bis 209, wobei
die Zeilen und Spalten normalerweise keinen galvanischen Kontakt
miteinander haben. An jedem Verbindungspunkt einer Zeile mit einer
Spalte befindet sich eine Taste mit einer leitenden Kuppe, die als
gestrichelter Kreis gezeigt ist. Wenn beispielsweise die als 210 gezeigte
Taste gedrückt wird,
führt dies
dazu, dass die leitende Kuppe einen galvanischen Kontakt zwischen
der Zeile 204 und der Spalte 209 herstellt. Ein
Eingangsspannungsverteiler 211 speist jede der Eingangszeilen
in zyklischer Reihenfolge mit einer Geschwindigkeit, von der angenommen
wird, dass sie die Geschwindigkeit des Drückens der Tasten durch den
Benutzer übersteigt.
Ein Ausgangsdetektor 212 erfasst die in einer der Ausgangsleitungen
hervorgerufene Stromführung,
wenn die Stromführung
der entsprechenden Eingangsleitung mit einer leitenden Kuppe, die
die Eingangs- und Ausgangsleitungen an einem Schnittpunkt koppelt, übereinstimmt.
Der logische Codierblock 213 setzt die Erkennung eines
Tastenanschlags in eine Bitsequenz um, die eindeutig angibt, welche
Taste gedrückt
worden ist.
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Die
Nachteile der Anordnung von 2 umfassen
die relativ hohe Verlustleistung der im Block 211 enthaltenen
N parallelen Spannungspuffer, die erforderlich sind, um die ununterbrochene
sequentielle Stromführung
der Eingangszeilen aufrechtzuerhalten.
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Aus
der europäischen
Patentveröffentlichung
Nr.
EP 695 041 ist eine
Tastenblockanordnung nach
3 bekannt.
Eine Versorgungsspannung Vcc ist über einen Widerstand
302 an
eine Positivspannungsschiene
301 gelegt. Von der Positivspannungsschiene
besteht über
einen Widerstand
303–306 eine
Verbindung zu jeder Spalte von Tasten, derart, dass jeder der Widerstände einen
anderen Wert besitzt. Jede Zeile von Tasten ist mit einer Erde-Schiene
307 verbunden,
derart, dass von jeder Zeile über
einen Widerstand
308–312 mit
unterschiedlichem Wert eine Verbindung zu einem gemeinsamen Verbindungspunkt
besteht und von dem gemeinsamen Verbindungspunkt über einen
Widerstand
313 eine Verbindung zur Erde-Schiene besteht. Die Positivspannungsschiene
301 ist
mit einem ersten Ausgangsanschluss
314 gekoppelt. Die Schaltung
umfasst außerdem
einen PNP-Transistor
315, dessen Emitter mit der Versorgungsspannung Vcc
gekoppelt ist, dessen Basis über
einen Widerstand
316 mit der Positivspannungsschiene
301 gekoppelt
ist und dessen Kollektor über
einen Widerstand
317 mit der Erde-Schiene
307 gekoppelt
ist. Der Kollektor des PNP-Transistors
314 ist außerdem mit
einem zweiten Ausgangsanschluss
318 gekoppelt.
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Der
Grundgedanke des Tastenblocks nach 3 besteht
darin, dass beim Drücken
einer bestimmten Taste ein Stromwiderstandspfad zwischen der Positivspannungsschiene
und der Erde-Schiene geschaffen wird. Der Widerstandswert des Strompfads
ist der gedrückten
Taste eindeutig zugeordnet, da alle Spaltenwiderstände 303–306 und
Zeilenwiderstände 308–312 verschiedene
Werte aufweisen. Der variable Widerstand des Strompfads dient zusammen
mit dem Widerstand 302 als Teil eines Spannungsteilers,
der seinerseits bewirkt, dass die Positivspannungsschiene einen
Spannungswert annimmt, der der gedrückten Taste eindeutig zugeordnet
ist. Ein mit dem ersten Ausgangsanschluss verbundener (nicht gezeigter)
A/D-Umsetzer setzt den Spannungswert der Positivspannungsschiene
in ein digitales Wort um, das die gedrückte Taste repräsentiert.
Die um den PNP-Transistor aufgebaute Schaltung erzeugt ein Unterbrechungssignal,
das von dem zweiten Ausgangsanschluss lesbar ist und angibt, dass
eine Taste gedrückt
worden ist.
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Aus
der europäischen
Patentveröffentlichung
Nr. 99660183.7 ist eine Tastenblockanordnung bekannt, deren Funktionsprinzip
in 4 gezeigt ist. Die
Anordnung umfasst einen ersten Widerstandsstreifen 401 und
einen zweiten Widerstandsstreifen 402 in einem parallelen,
berührungslosen Aufbau.
Am Punkt 403 besteht eine zeitweilige leitende Verbindung
zwischen den Widerstandsstreifen, die beispielsweise durch eine
leitende Kuppe, die gleichzeitig gegen die Oberflächen beider
Widerstandsstreifen gepresst wird, hervorgerufen wird. Das erste
Ende (das linke Ende in 4)
des ersten Widerstandsstreifens 401 ist über einen
Widerstand R1 mit einer Versorgungsspannung Vcc gekoppelt, während das
zweite Ende des Widerstandsstreifens 401 mit dem Erdpotential
gekoppelt ist. Entsprechend ist das erste Ende des zweiten Widerstandsstreifens 402 mit
einem Ausgangsanschluss für
eine Ausgangsspannung Vout gekoppelt, um diese messen zu können, während das
zweite Ende des zweiten Widerstandsstreifens 402 unverbunden
bleibt.
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Wenn
der spezifische Widerstand der Widerstandsstreifen 401 und 402 und
die Abstände
X und Y bekannt sind, können
die Widerstandswerte der Widerstandsstreifenstücke auf beiden Seiten des Verbindungspunkts
berechnet werden. Unter der Annahme, dass der Ausgangsanschluss,
an dem die Ausgangsspannung Vout gemessen wird, nur einen vernachlässigbaren
Strom aufnimmt, kann ferner die Ausgangsspannung Vout berechnet
werden, die ihrerseits nur von der Position der leitenden Verbindung 403 in
Bezug auf die Enden des ersten Widerstandsstreifens sowie von dem
spezifischen Widerstand des Streifens abhängt. Die Erfassung der einzelnen
Tastenanschläge
läuft auf
die Aufgabe hinaus, einen analogen Spannungswert zu messen. Die Anmeldung
EP 99660183.7 schlägt
verschiedene mäandernde
und andere Formen für
die Widerstandsstreifen auf der Oberfläche einer Leiterplatte oder
dergleichen vor.
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Das
US-Patent Nr. 5.983.116 beschreibt eine Tastenblockanordnung, bei
der analoge Signale verwendet werden, um Tastenanschläge zu repräsentieren.
Eine Decodierschaltung ist mit der N × M-Schaltmatrix eines Tastenblocks
gekoppelt. Diese Decodierschaltung ist so beschaffen, dass sie einen
erfassten Tastenanschlag in ein Analogsignal umsetzt und eine Unterbrechung
an einen Prozessor weitergibt, der dann den Wert des Analogsignals über einen
Analog-Digital-Umsetzer liest.
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Solange
die elektrischen Ausführungen
von 2, 3 und 4 auf der in 1 gezeigten mechanischen Struktur basieren,
weisen sie alle zusammen den Nachteil auf, dass sie eine relativ
große
Fläche der
Leiterplatte beanspruchen. Außerdem
belegen sie den Layoutentwurf der Leiterplatte zumeist mit gewissen
Einschränkungen,
obwohl das in 4 gezeigte
Prinzip in dieser Hinsicht wesentlich flexiblere Ausführungen
als die anderen Lösungen
ermöglicht.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Tastenblockstruktur zu schaffen,
die im Hinblick auf die Herstellung vorteilhaft ist und sowohl dem
Layoutentwurf der Leiterplatte als auch der Gestaltung des Tastenblocks
selbst nur geringe Grenzen setzt. Es ist ebenso eine Aufgabe der
Erfindung, eine Tastenblockstruktur zu schaffen, die eine zuverlässige und genaue
Erfassung von Tastenanschlägen
ermöglicht und
eine statistische Schwankung der Komponenteneigenschaften und Veränderungen
der Umgebungsbedingungen toleriert.
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Die
Aufgaben der Erfindung werden erfüllt, indem der Tastenblock
als Teil eines Abdeckungsteils aufgebaut wird und eine geeignete
Kopplung verwendet wird, um die elektrischen Verbindungen zwischen
dem Tastenblock und anderen elektronischen Teilen der betreffenden
Vorrichtung zu verwirklichen.
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Die
Tastenblockanordnung gemäß der Erfindung
umfasst
- – einen
Tastenblock, der aktivierbare Tasten enthält,
- – Eingangssignalmittel,
die dem Tastenblock ein elektrisches Eingangssignal zuführen,
- – Signalumsetzungsmittel,
die in Reaktion auf eine Tastenaktivierung das Eingangssignal wahlweise
in ein elektrisches Ausgangssignal umsetzen, dessen Wert von der
aktivierten Taste abhängt,
und
- – Ausgangssignal-Erfassungsmittel,
die den Wert des elektrischen Ausgangssignals erfassen;
sie
ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine erste kapazitive Kopplung
zwischen den Eingangssignalmitteln und den Signalumsetzungsmitteln
sowie eine zweite kapazitive Kopplung zwischen den Signalumsetzungsmitteln
und den Ausgangssignal-Erfassungsmitteln umfasst.
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Die
Erfindung betrifft außerdem
eine austauschbare Abdeckung für
eine Mobiltelekommunikationsvorrichtung, die eine Tastenblockanordnung nach
Anspruch 1 umfasst.
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Außerdem betrifft
die Erfindung eine Gruppe austauschbarer Abdeckungen für eine Mobiltelekommunikationsvorrichtung,
die umfasst
- – eine erste Abdeckung und
eine zweite Abdeckung,
- – in
jeder der ersten und zweiten Abdeckungen Mittel zum mechanischen
Befestigen der Abdeckung an derselben Mobiltelekommunikationsvorrichtung,
- – in
jeder der ersten und zweiten Abdeckungen einen Tastenblock, der
aktivierbare Tasten umfasst; sie ist dadurch gekennzeichnet, dass
- – die
erste Abdeckung und die zweite Abdeckung jeweils eine Tastenblockanordnung
nach Anspruch 1 umfassen und
- – die
Tasten des Tastenblocks sich bei der ersten Abdeckung an anderen
Stellen als bei der zweiten Abdeckung befinden.
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Außerdem betrifft
die Erfindung eine elektronische Vorrichtung, die umfasst
- – eine
Tastenblockanordnung nach Anspruch 1,
- – einen äußeren Abdeckungsteil,
- – eine
gedruckte Leiterplatte, wobei
- – die
Eingangssignal-Erzeugungsmittel und die Ausgangssignal-Erfassungsmittel
in der gedruckten Leiterplatte vorgesehen sind und
- – die
Signalumsetzungsmittel an dem äußeren Abdeckungsteil
befestigt sind.
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Gemäß der Erfindung
ist eine Mehrzahl der elektronischen Teile der Erfindung konstruktiv
mit einem Abdeckungsteil und nicht mit einer "Maschinen-PCB" verbunden, da es ein gemeinsames Kennzeichen
solcher Leiterplatten ist, dass sie eine beachtliche Anzahl von
elektronischen Komponenten umfassen, die die Hauptfunktionalitäten einer
elektronischen Vorrichtung erfüllen.
Eine kapazitive Kopplung wird als vorteilhafteste Form der elektrischen
Kopplung des Tastenblocks mit den anderen elektronischen Teilen
der Vorrichtung betrachtet. Die Grundform einer solchen kapazitiven
Kopplung ist ein Paar von leitenden Elektroden, wovon eine erste Elektrode
mit den elektrischen Teilen des Tastenblocks verbunden ist und eine
zweite Elektrode mit der Schaltungsanordnung auf einer Maschinen-PCB verbunden
ist. Das Zusammenfügen
von Abdeckungsteil und PCB bringt die Elektroden sehr nahe zueinander,
so dass sie zusammen einen Koppelkondensator bilden.
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Als
Folge der Erfindung werden zahlreiche Vorteile erzielt. Der dreidimensionale
Entwurf des Tastenblocks ist von der Planheit der Leiterplatten losgelöst. Der
Ort, die Anzahl und die Größe von Tasten
werden von dem PCB-Layout völlig
unabhängig. Große Bereiche
der PCB-Oberfläche werden
für andere
Zwecke frei gelassen. Die Verwirklichung von wasserdichten oder
sogar hermetisch verschlossenen tastenblockgesteuerten Vorrichtungen
wird einfacher. Tastenanschlagangaben können über bewegliche Verbindungsstellen
zwischen Vorrichtungsteilen übertragen
werden. Dem Entwurf von austauschbaren äußeren Abdeckungen wird ein
großer
Freiheitsgrad verliehen.
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Die
neuartigen Merkmale, die als kennzeichnend für die Erfindung betrachtet
werden, sind insbesondere in den beigefügten Ansprüchen dargelegt. Die Erfindung
selbst, sowohl ihre Konstruktion als auch ihr Betriebsverfahren
nebst ihren zusätzlichen Aufgaben
und Merkmalen, wird jedoch aus der folgenden Beschreibung der spezifischen
Ausführungsformen
am verständlichsten,
wenn sie in Verbindung mit der begleitenden Zeichnung gelesen wird.
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1 zeigt eine herkömmliche
mechanische Struktur, die in Mobiltelefonen verwendet wird,
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2 zeigt eine herkömmliche elektrische Anordnung
zur Implementierung eines Tastenblocks,
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3 zeigt eine weitere herkömmliche
elektrische Anordnung zur Implementierung eines Tastenblocks,
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4 zeigt eine weitere herkömmliche
elektrische Anordnung zur Implementierung eines Tastenblocks,
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5a zeigt eine weitere herkömmliche grundsätzliche
Lösung
bei einer bestimmten elektromechanischen Struktur,
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5b zeigt eine grundsätzliche
Lösung,
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6 zeigt die Anwendung der
kapazitiven Kopplung bei der Lösung
von 5b
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7 zeigt eine Struktur gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung,
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8 ist ein Ersatzschaltbild
von 7,
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die 9a, 9b und 9c zeigen
verschiedene Schaltungen, die in Verbindung mit jener von 8 verwendet werden können,
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10 ist ein Gesamtschaltplan
einer Anordnung gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung,
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11 veranschaulicht die Funktionsweise der
Schaltung von 10,
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12 zeigt eine weitere Struktur
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung,
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13 zeigt die Struktur von 12 in einer zusammengesetzten
Konfiguration,
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14 zeigt die Anwendbarkeit
der Erfindung auf eine Mobiltelekommunikationsvorrichtung,
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15 ist ein Teilschnitt durch
eine Einzelheit der Vorrichtung in 14,
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16 ist ein Ersatzschaltbild
einer weiteren Anordnung gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung,
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17 zeigt die Anwendbarkeit
der Erfindung auf eine andere Mobiltelekommunikationsvorrichtung,
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18 zeigt die Anwendbarkeit
der Erfindung auf austauschbare Abdeckungen.
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Die 1 bis sind bei der Beschreibung
des Standes der Technik besprochen worden, weshalb sich die folgende
Beschreibung der Erfindung und ihrer vorteilhaften Ausführungsformen
auf die 5a bis 18 konzentriert. Gleiche
Bezugszeichen bezeichnen ähnliche
Teile in der Zeichnung.
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5a zeigt eine herkömmliche
prinzipielle Lösung,
bei der eine tastenblockgesteuerte elektronische Vorrichtung eine
Maschinen-PCB 501 und eine äußere Abdeckung 502 umfasst.
Unter den elektrischen Funktionen der PCB sind die Erzeugung einer Eingangsspannung 503 für den Tastenblock,
die Umsetzung 504 der Eingangsspannung in eine Ausgangsspannung
als Reaktion auf einen Tastenanschlag, die Erfassung 506 der
Ausgangsspannung und die Umsetzung 507 der erfassten Ausgangsspannung
in ein Stück
digitaler Eingangsinformationen vorhanden. Nur die äußersten
mechanischen Teile 505 (üblicherweise eine Matrix aus
gewölbten Vorsprüngen), die
vom Benutzer berührbar
und für diesen
sichtbar sind, sind konstruktiv mit der äußeren Abdeckung 502 ver bunden.
Folglich besteht nur zwischen der PCB 501 und der äußeren Abdeckung 502 eine
mechanische Kopplung 508. Es ist ebenso möglich, dass
auch die sichtbaren gewölbten
Teile der Tasten konstruktiv mit der PCB verbunden sind, so dass
das Einzige, das dem Tastenblock in der äußeren Abdeckung verbleibt,
ein Loch oder eine Anzahl von Löchern
ist, durch die die Tastenoberseiten zugänglich sind.
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5b zeigt eine entsprechende
prinzipielle Lösung.
Es ist eine PCB 501' und
ein äußeres Abdeckungsteil 502' vorhanden,
jedoch sind die oben beschriebenen Funktionen in einer etwas anderen
Weise darauf verteilt. Die PCB 501' ist wiederum für die Erzeugung 503 der
Eingangsspannung für
den Tastenblock und für
die Erfassung 506 der Ausgangsspannung sowie für die Umsetzung 507 der
Letzteren in ein Stück
digitaler Informationen verantwortlich. Jedoch ist nun zusätzlich zu
der mechanischen Schaltaktion 505 auch die Umsetzung 504 der
Eingangsspannung in eine Ausgangsspannung als Reaktion auf einen
Tastenanschlag konstruktiv mit dem Abdeckungsteil 502' verbunden.
Die Wechselwirkung zwischen den Funktionalitäten 503, 504 und 506 erfordert
ebenfalls eine gewisse Art elektrischer Kopplung 509 zwischen
der PCB 501' und
der äußeren Abdeckung 502'.
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Die
prinzipiellen Lösungen
der 5a und 5b basieren auf der Verwendung
von Spannungssignalen in Verbindung mit dem Tastenblock. Jedoch
ist dem Fachmann klar, dass auch andere Formen elektrischer Signale
wie etwa Stromsignale verwendet werden können.
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Die
Ausführung
der elektrischen Kopplung 509 ist ein ausschlaggebender
Faktor für
die Anwendbarkeit und die Zuverlässigkeit
der in 5b gezeigten
prinzipiellen Lösung.
Der direkteste Weg der Ausführung
einer elektrischen Verbindung zwischen zwei konstruktiv verschiedenen
Objekten ist die Verwendung eines Paars ineinandergreifender elektromechanischer
Verbinder, die sich gegenseitig verriegeln, wenn die betreffenden
Objekte aneinander gefügt
werden. Jedoch erfordert eine solche, auf galvanischen Verbindern
basierende Lösung,
dass die Verbindungsflächen
sauber gehalten und korrekt aufeinander ausgerichtet sind. In Mobiltelefonen
beispielsweise hat die Möglichkeit,
die Benutzer selbst die äußeren Abdeckungen
nach Wunsch verändern zu
lassen, an Popularität
gewonnen. Da der Telefonhersteller eventuell die Schuld erhält, wenn
die elektrische Kopplung 509 versagt, selbst dann, wenn
die eigentliche Ursache des Fehlers in unkorrekten Aktionen eines
Benutzers liegt, ist es am vorteilhaftesten, wenn die elektrische
Kopplung 509 so kinderleicht wie möglich gemacht wird.
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6 zeigt die Anwendung einer
kapazitiven, nicht galvanischen Kopplung zur Lösung der oben erwähnten Probleme.
Kapazitive Kopplungen sind zum Transport von Wechselstromsignalen
bestens geeignet, weshalb die Eingangsspannungserzeugung 503 für den Tastenblock
hier die Erzeugung einer Wechselspannung beinhaltet. Die Umsetzung der
Eingangsspannung in eine Ausgangswechselspannung findet in einer
schaltbaren Matrix von Impedanzpfaden 504 statt, wo das
Drücken
einer jeden Taste im Tastenblock einen Signalpfad mit einem speziellen,
eindeutig bestimmten Impedanzwert erzeugt. Wenn die Eingangswechselspannung
durch einen Signalpfad mit einer bestimmten Impedanz geht, findet
ein Spannungsabfall statt, der die Eingangsspannung in eine bestimmte
Ausgangsspannung umsetzt, deren Pegel die erfahrene Impedanz aufweist.
Die Ausgangsspannung wird über
die kapazitive Schnittstelle 509 zu einem Erfassungsblock 506 zurück übertragen,
wo der Pegel der Ausgangswechselspannung erfasst wird. Nach der
allgemein bekannten Fourier-Theorie
kommen hier auch digitale Signale oder digitale Impulsströme als Wechselstromsignale
in Betracht.
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Eine
kapazitive Kopplung ist sehr leicht zu implementieren. Pro Verbindung
sind lediglich zwei Elektroden erforderlich, die nebeneinander liegen,
jedoch in der zusammengesetzten Konfiguration der elektronischen
Vorrichtung galvanisch voneinander getrennt sind. Die erste Elektrode
jedes kapazitiven Paars ist am vorteilhaftesten eine leitende Anschlussfläche an der
Oberfläche
der PCB, während die
zweite Elektrode jedes kapazitiven Paars am vorteilhaftesten eine
leitende Fläche
an einem bestimmten Teil des konstruktiven Objekts ist, das um den äußeren Abdeckungsteil
herum gebaut ist.
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Als
nächstes
wird eine Ausführungsform
der Erfindung beschrieben, in der die Tastenblockfunktionalität auf der
Widerstandsstreifenlösung
basiert, auf die in der Beschreibung des Standes der Technik hingewiesen
worden ist. 7 ist eine
auseinandergezogene axonometrische Ansicht, die eine PCB 701, einen
ersten Isolierfilm 702, einen mäandernden Widerstandsstreifen 703,
einen perforierten zweiten Isolierfilm 704 und eine leitende
Kuppenschicht 705 zeigt. Die obere Oberfläche der
PCB 701 umfasst drei leitende Anschlussflächen 706, 707 und 708.
Die Enden des mäandernden
Widerstandsstreifens 703 sind so verlängert, dass das erste Ende 709 nach Größe, Form
und Ort einer ersten leitenden Anschlussfläche 706 entspricht,
während
das zweite Ende 710 nach Größe, Form und Ort einer zweiten leitenden
Anschlussfläche 708 entspricht.
Die Kuppenschicht 705 umfasst an einer Kante eine leitende Nase 711,
die nach Größe, Form
und Ort einer dritten leitenden Anschlussfläche 707 entspricht.
Die gestrichelten Linien zeigen, dass in einer zusammengesetzten
Konstruktion die Teile übereinandergestapelt sind.
Der Begriff "Widerstandsstreifen" bedeutet, dass der
Streifen 703 aus einem Material gefertigt ist, dessen spezifischer
Widerstand groß genug
ist, um eine messbare Widerstandsdifferenz zwischen Streifenstücken, deren
Längen
sich um den Abstand zwischen zwei benachbarten Tasten unterscheiden,
zu erzeugen. Der Begriff "leitende
Kuppenschicht" bedeutet,
dass die Kuppenschicht Strom so gut leitet, dass der zwischen der
Nase 711 und der zu ihr am nächsten liegenden Tastenkuppe
gemessene Widerstand im wesentlichen gleich dem zwischen der Nase 711 und
dem von ihr am weitesten entfernten Tastenkuppe gemessenen Widerstand
ist. "Isolierung" oder "Isolation" wird im Sinne einer
Leitfähigkeit
verwendet, die so extrem niedrig ist, dass praktisch kein messbarer
elektrischer Strom fließt.
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Der
erste Isolierfilm 702 deckt die leitenden Anschlussflächen 706, 707 und 708 in
der Weise ab, dass selbst in einer zusammengesetzten Konstruktion
die verlängerten
Enden 709 und 710 des Widerstandsstreifens 703 und
die leitende Nase 711 der leitenden Kuppe von den leitenden
Anschlussflächen 706, 707 und 708 isoliert
bleiben. Der perforierte zweite Isolierfilm 704 isoliert
im allgemeinen den Widerstandsstreifen 703 von der leitenden
Kuppenschicht 705, jedoch ist es durch Drücken einer
Tastenkuppe möglich,
durch ein Loch in dem zweiten Isolierfilm zwischen der betreffenden
Tastenkuppe und dem Teil des Widerstandsstreifens an derselben Stelle
einen Berührungskontakt
zu erzeugen. An einer bestimmten Schicht der PCB 701 befindet
sich eine (in 7 nicht
gezeigte) so genannte Erde-Ebene, die einer im Wesentlichen durchgängigen,
leitenden Schicht entspricht, deren Potenzial das lokale Erdpotential
definiert.
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8 ist ein Stromlaufplan,
der die elektrischen Aspekte der Anordnung von 7 zeigt. Es sind zwei Eingangsanschlüsse 801 und 802 vorhanden,
die mit ersten Elektroden an Eingangskondensatoren 803 bzw. 804 gekoppelt
sind. Parallel zu jedem Eingangskondensator 803 und 804 sind
Widerstände 805 bzw. 806 vorhanden.
Zwischen den zweiten Elektroden der Eingangskondensatoren 803 und 804 ist
eine Reihenschaltung von Widerständen
vorhanden, wobei zwischen den Widerständen ein Kopplungspunkt bezeichnet
ist. Zwecks Einfachheit ist die Reihenschaltung von Widerständen nur
teilweise gezeigt, so dass die Kopplungspunkte 807, 808, 809 und 810 sowie
die Reihenwiderstände 811, 812 und 813 gezeigt
sind. Zwischen jedem Kopplungspunkt und dem zweiten Eingangsanschluss 802 sind
Kapazitäten
vorhanden, von denen die Kapazitäten 814, 815, 816 und 817 gezeigt
sind.
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Die
Kopplungspunkte 807, 808, 809 und 810 sind
schematisch mit den wählbaren
Anschlüssen
eines Wahlschalters 818 verbunden, dessen gemeinsamer Anschluss
ferner über
die Parallelschaltung aus einem Ausgangskondensator 819 und
einem Widerstand 820 mit einem Ausgangsanschluss 821 verbunden
ist. Die Struktur des Wahlschalters 818 ist so, dass er
irgendeinen oder auch keinen der wählbaren Anschlüsse mit
den gemeinsamen Anschlüssen
koppeln kann.
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Die
Entsprechung zwischen den 7 und 8 ist derart, dass
- – die
Eingangskondensatoren 803 und 804 den Elektrodenpaaren
entsprechen, die durch eine der leitenden Anschlussflächen 706 und 708 und eines
der verlängerten
Enden 709 und 710 des Widerstandsstreifens 703 gebildet
sind,
- – der
Ausgangskondensator 819 dem Elektrodenpaar entspricht,
das durch die leitende Anschlussfläche 707 und die Nase 711 gebildet
ist,
- – die
parallelen Eingangs- und Ausgangswiderstände 805, 806 und 820 extrem
hohe Ohmwerte besitzen und der Streukapazität durch den ersten Isolierfilm 702 entsprechen,
- – die
Kopplungspunkte 807, 808, 809 und 810 und die
Reihenwiderstände 811, 812 und 813 zusammen
den Widerstandsstreifen 703 bilden,
- – die
Kapazitäten 814, 815, 816 und 817 die Streukapazitäten zwischen
dem Widerstandsstreifen 703 und dem Erdpotential auf der
PCB 701 bilden,
- – der
Wahlschalter 818 der Kuppenschicht 705 entspricht
und
- – eine
Verbindung zwischen einem wählbaren
Anschluss und dem gemeinsamen Anschluss an dem Wahlschalter 818 einem
Tastenanschlag entspricht.
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Die 9a, 9b und 9c zeigen
einige exemplarische Schaltungen, die auf der PCB 701 aufgebaut sein
können,
um die oben in Verbindung mit den 7 und 8 beschriebene Tastenblockanordnung
zu verwenden. 9a zeigt
einen Spannungsgenerator 901, der zwischen den ersten Eingangssignalanschluss 801 und
ein Erdpotential gekoppelt ist. Der zweite Eingangssignalanschluss 802 ist
mit dem Erdpotential verbunden. Der Spannungsgenerator 901 ist
dazu geeignet, eine Wechselspannung für den Widerstandsstreifen über die
Eingangssignalanschlüsse 801 und 802 zu
erzeugen. Ein Tastenanschlag entspricht einer Kopplung der Schaltung
von 9b an den Verbindungspunkt,
an dem die Taste gedrückt wurde, über den
Ausgangssignalanschluss 821. Der gleichrichtende Spannungsteiler,
der aus der Reihenschaltung aus einer Diode 902 und einem
Widerstand 903 zwischen dem Ausgangssignalanschluss 821 und
dem Erdpotential besteht, liefert an dem Punkt zwischen der Diode 902 und
dem Widerstand 903 eine teilweise gleichgerichtete Spannungswellenform.
Diese Spannungswellenform wird an einen Peak-Erfassungs-A/D-Umsetzer 904 angelegt,
der die Spannungswellenform abtastet und ein digitales Ausgangswort
ausgibt, das dem erfassten Peak- oder Spitzenwert entspricht.
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Der
Widerstand zwischen dem Eingangssignalanschluss 801 und
dem Ausgangssignalanschluss 821 ist durch die Wahl des
Kopplungspunkts, der mit dem Ausgangssignalanschluss 821,
d. h. mit der Taste, die gedrückt
wurde, verbunden wurde, eindeutig definiert. Deshalb gibt der Ausgang
des Peak-Erfassungs-A/D-Umsetzers 904 eindeutig
an, welche Taste gedrückt
wurde.
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Die
Widerstandskennlinien aller leitfähigen Materialien hängen von
den Umgebungsbedingungen, hauptsächlich
von der Temperatur, ab. Außerdem
können
die Widerstandskennlinien bestimmter Materialien Alterungsdriften
aufweisen. Alle Phänomene
dieser Art führen
zu Unbestimmtheiten hinsichtlich der "eindeutig" definierten Widerstandswerte bezüglich der
Verbindungspunkte 807, 808, 809, 810 usw.
längs des
Widerstandsstreifens. Zur Kompensation einer solcher Unbestimmtheit
können
verschiedene Messungen vorgenommen werden. 9c zeigt eine alternative Schaltung,
die der Schaltung von 9a gleicht,
mit der Ausnahme, dass der Wechselspannungsgenerator 901 nun
mit dem zweiten Eingangssignalanschluss 802, anstatt mit
dem ersten Eingangssignalanschluss 801, der an das Erdpotential
geschaltet ist, gekoppelt ist. Diese Schaltung zusammen mit jener
von 9b ermöglicht die
Messung des Widerstands zwischen dem zweiten Eingangsanschluss 802 und
dem Ausgangssignalanschluss 821.
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Die
Funktionalität
von abwechselnden Messungen der Widerstände auf beiden Seiten eines
Verbindungspunkts ist in den 10 und 11 zusammengefasst. 10 zeigt eine Anordnung,
in der eine Wechselspannungsquelle 901 über eine Schaltmatrix 1001,
die so angeordnet ist, dass sie in Antwort auf einen Steuerbefehl
die Polarität
der Kopplung wechselt, mit den Eingangssignalanschlüssen 801 und 802 gekoppelt
ist. Der Ausgangssignalanschluss 821 ist – über einen
teilweise gleichrichtenden Spannungsteiler 902, 903 – mit dem
Eingang eines Peak-Erfassungs-A/D-Umsetzers 904,
der ferner mit einem Mittelwertspeicherungs- und Vergleichseinheit 1002 verbunden
ist, gekoppelt. Die Steuerbefehle, die den Betrieb der Schaltmatrix 1001,
des Peak-Erfassungs-A/D-Umsetzers 904 und
der Mittelwertspeicherungs- und Vergleichseinheit 1002 synchronisiert, kommen
von einer Steuereinheit 1003.
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Zu
einem bestimmten ersten Zeitpunkt 1101 wird eine erste
Polarität
für die
Kopplung zwischen der Wechselspannungsquelle 901 und den
Eingangssignalanschlüssen 801 und 802 gewählt. Im Schritt 1102 wird
die Spitzenausgangsspannung gemessen und ihr Wert gespeichert. Unmittelbar
danach wird im Schritt 1103 die Polarität der Kopplung zwischen der
Wechselspannungsquelle 901 und den Eingangssignalanschlüssen 801 und 802 umgekehrt, wobei
im Schritt 1104 die Spitzenausgangsspannung wiederum gemessen
wird und ihr Wert gespeichert wird. Das Verhältnis der gespeicherten Spannungswerte
ist für
den Verbindungspunkt, d. h. die Taste, die gedrückt worden ist, eindeutig.
Es wird im Schritt 1105 berechnet und im Schritt 1106 gegen
eine Nachschlagtabelle mit gespeicherten Verhältniswerten verglichen. Wenn
die engste Übereinstimmung gefunden
ist, wird im Schritt 1108 der entsprechende Tastenbezeichner
ausgegeben. Um die Nachschlagtabelle dynamisch aktuell zu halten,
kann es einen Schritt 1107 geben, in dem der Wert in der
Tabelle, der die engste Übereinstimmung
ergeben hatte, durch ein Rechenergebnis (üblicherweise ein Mittelwert),
das aus dem Originalwert in der Nachschlagtabelle und dem neu gemessenen
Verhältniswert
erhalten wurde, ersetzt.
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Der
oben beschriebene Prozess läuft
im Grunde fortwährend.
Er kann jedoch so ergänzt
sein, dass er einen Schritt der Rückkehr bei null umfasst, in
dem ein im Schritt 1102 gemessener Nullwert eine sofortige
Rückkehr
zum Schritt 1101 bewirkt, so dass der Rest des Verfahrens
nur ausgeführt
wird, wenn ein Tastenanschlag erfasst worden ist.
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Im
Vorhergehenden wurden keine Beschränkungen hinsichtlich der Form
des Wechselspannungssignals, das dem Widerstandsstreifen zugeführt wird,
angegeben. Tatsächlich
erlegt die Erfindung in dieser Hinsicht keine großen Beschränkungen
auf. Ein vorteilhafter Weg der Erzeugung des Wechselspannungssignals
besteht darin, unter den Systemtaktsignalen, von denen es in einer
Funkvorrichtung viele zu wählen
gibt, ein normales zyklisches Spannungsimpulssignal auszuwählen und
jeden N-ten Impuls davon an den Widerstandsstreifen anzulegen. Die
positive ganze Zahl N ist so gewählt, dass
während
eines typischen Tastenanschlags, der zu einem zufällig gewählten Zeitpunkt
erfolgt, wenigstens ein Spannungsimpuls an den Widerstandsstreifen
geschaltet wird. Statische Informationen über typische Tastenanschläge sind
einem Fachmann bekannt, wobei ein vorteilhafter Wert für N durch
Simulation und Experimentieren einfach auszuwählen ist. Es wurde festgestellt,
dass Impulse, die aus einem 13-MHz-Taktsignal
ausgewählt
werden, mit Eingangs- und Ausgangskoppelkondensatoren von 10 pF
gut arbeiten. Solche Koppelkondensatoren entsprechen z. B. Elektroden-Anschlussflächengrößen von
56 mm2 bei einem dazwischen gelegten Isolierfilm
von 50 mm.
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12 ist ein auseinandergezogener
Querschnitt durch eine konstruktive Anordnung, bei der eine PCB 1201 an
einer ihrer Oberflächen
bestimmte leitende Anschlussflächen 1202 aufweist.
Die gesamte PCB ist mit einer isolierenden Schutzschicht 1203 bedeckt.
Es sind ein äußeres Abdeckungsteil 1204 und
ein Tastenblock, der mit dem äußeren Abdeckungsteil
konstruktiv verbunden ist, vorhanden. Der Tastenblock besteht aus
einer Anzahl von sichtbaren Tastenkuppen 1205, einer leitenden
Kuppenschicht 1206, einer Isolierschicht 1207,
einem mäandernden
Widerstandsstreifen 1208 und einer Lichtführung 1209,
die übereinandergestapelt
sind. Der Stapel ist an dem äußeren Abdeckungsteil 1204 beispielsweise
durch Aufkleben, Ultraschallschweißen oder durch Verwendung von
Zusammenfügungsteilen
in dem äußeren Abdeckungsteil,
die sich durch Löcher
in den anderen Teilen erstrecken und zusammengepresst sind, um die
Anordnung zusammenzuhalten, angebracht. Die Funktion und die Zusammensetzung
der Lichtführung 1209 ist
an sich bekannt; sie wird verwendet, um Licht von einer (nicht gezeigten)
Lichtquelle in den Bereich unter dem Tastenblock zu führen, um
so ein Beleuchten der Tasten von hinten zu gewährleisten. 13 zeigt die gleiche Struktur in einer
zusammengesetzten Konfiguration. Sowohl der Widerstandsstreifen 1208 als
auch die leitende Kuppenschicht 1206 weisen verlängerte Teile
auf, die sich in der zusammengesetzten Konfiguration in nächster Nähe zu ihren
entsprechenden leitenden Anschlussflächen 1202 auf der
PCB befinden, um die kapazitive Kopplung zu bewerkstelligen.
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Die
Erfassung von Tastenanschlägen
basiert auf einer Impedanzmessung, was bedeutet, dass alle Impedanzen
zwischen der Schaltungsanordnung auf der PCB und dem Widerstandsstreifen
selbst so genau wie möglich
sein sollten. Um die Möglichkeit
einer willkürlichen
Veränderung
der Kapazitätswerte der
Koppelkondensatoren zu verkleinern, sind die leitenden Anschlussflächen 1202 auf
der PCB oder die verlängerten
Teile des Widerstandsstreifens 1208 und der Kuppenschicht 1206 vorzugsweise
etwas größer als
ihre Gegenparts gehalten. In dieser Weise hat eine leichte Fehlausrichtung
während
des Zusammenbaus keine spürbaren
Auswirkungen auf die Koppelkapazitäten. Es ist wahrscheinlich
am vorteilhaftesten, wenn die verlängerten Teile des Widerstandsstreifens 1208 und
der Kuppenschicht 1206 etwas größer als die leitenden Anschlussflächen 1202 auf
der PCB gehalten sind, da der Oberflächenbereich auf der PCB knapp
ist, während
die Innenfläche
des um den äußeren Abdeckungsteil
gebauten konstruktiven Objekts gewöhnlich eine Menge an freiem
Raum aufweist.
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Eine
Gruppe vorteilhafter Materialien, die zum Aufbau des Widerstandsstreifens
verwendet werden können,
sind die ICPs oder eigenleitenden Polymere. Dies sind Kunststoffe,
deren spezifische Leitfähigkeit
durch Modifikation der Materialzusammensetzung ziemlich genau bestimmt
werden kann. Es ist auch möglich,
die räumliche
Leitfähigkeitsverteilung
innerhalb eines aus einem ICP gefertigten Materialstücks so zu
beeinflussen, dass das Stück ein
streifenähnliches
Widerstandselement aufweisen kann, wobei die zugeordneten Kopplungspunkte
in einem praktisch nicht leitenden Basismaterial eingebettet sind.
Die Erfindung begrenzt die Wahl des Materials, aus dem der Widerstandsstreifen
und andere Teile der Struktur hergestellt sind, nicht, solange ihre spezifischen
Leitfähigkeiten
den oben angegebenen Definitionen von Leitfähigkeit, Isolierung und spezifischem
Widerstand genügen.
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Die
Erfindung erfordert keine Parallelität oder anderweitige örtliche Übereinstimmung
der PCB und des Tastenblocks. 14 zeigt
schematisch eine Mobiltelekommunikationsvorrichtung 1400, bei
der ein Tastenblock an einer angelenkten Flip-Abdeckung 1401 angeordnet
ist, die in Bezug auf den Körperteil 1402 der
Vorrichtung beweglich ist. 15 ist
ein Teilschnitt durch den Drehgelenkbereich, in dem eine kapazitive
Verbindung zwischen einer PCB 1501 und der Flip-Abdeckung 1401 verwirklicht
ist. Ein Leiter 1502 auf der Oberfläche ist mit einer ersten leitenden
zylindrischen Oberfläche 1503 innerhalb des
Drehgelenks gekoppelt, wobei eine isolierende Durchführung 1504 die
leitende zylindrische Oberfläche
von einer zweiten, konzentrischen leitenden zylindrischen Oberfläche 1505 innerhalb
des Drehgelenks trennt. Die zweite leitende zylindrische Oberfläche 1505 ist
mit einem Verbinder 1506 gekoppelt, der zu den inneren
Teilen der Flip-Abdeckung 1401 führt. Alle erforderlichen kapazitiven
Kopplungen können innerhalb
des Drehgelenkbereichs ausgeführt
sein. Die isolierende Durchführung 1504 dient
außerdem als
reibungsreduzierendes Lager, das die mechanische und elektrische
Zuverlässigkeit
der Verbindung im Vergleich zu herkömmlichen Gelenkverbindungen,
bei denen zwei leitende Oberflächen
einen galvanischen Kontakt zwischen sich aufweisen müssen, erhöht.
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Wenn
der Widerstandsstreifen sehr lang wird und die Anzahl der Tasten
längs diesem
sehr groß wird,
werden die Differenzen bezüglich
des Widerstands zwischen benachbarten Tasten relativ klein, was
die Möglichkeit
von Fehlern beim Erfassen der korrekten Taste erhöht. Das
Problem kann umgangen werden, indem mehr als ein Widerstandsstreifen unter
der Tastatur angeordnet wird, so dass sich lediglich ein Teil der
Tasten längs
jedes Widerstandsstreifens befindet. 16 zeigt
eine Anordnung, bei der ein Gleichspannungsgenerator 901 mit
einer Schaltmatrix 1601 gekoppelt ist, die den Gleichspannungsgenerator 901 vorübergehend
mit einem der parallelen Widerstandsstreifen 1610, 1611, 1612 oder 1613 mit
beiden Polaritäten
verbinden kann. Eine gemeinsame leitende Kuppenschicht dient als Mittel,
das Kopplungen von verschiedenen Punkten der Widerstandsstreifen
an einen Ausgangssignalanschluss 821 herstellt, der wiederum – über einen
teilweise gleichrichtenden Spannungsteiler 902, 903 – mit einem
Peak-Erfassungs-A/D-Umsetzer 904 und ferner mit einem Mittelwertspeicher
und Komparator 1602 verbunden ist.
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Unter
dem Befehl einer Steuereinheit 1603 verteilt die Schaltmatrix 1601 Spannungsimpulse ausreichend
schnell an die Widerstandsstreifen, so dass während eines typischen Tastenanschlags
alle Widerstandsstreifen Spannungssignale mit beiden Polaritäten empfangen.
Die Erfassung der Widerstandswerte und die Umsetzung in digitale
Tastenanschlagangaben folgen den Prozeduren, die früher im Fall
eines einzelnen Widerstandsstreifens beschrieben worden sind. Da
die Steuereinheit 1603 sowohl die Schaltmatrix 1601 als
auch den Mittelwertspeicher und Komparator 1602 steuert,
sind keine wahren eindeutigen Spannungsbeziehungen erforderlich:
zwei verschiedene Widerstandsstreifen können sehr wohl gleiche Ergebnisse
hervorrufen. Durch sorgfältige
Synchronisation der Zeitabläufe
kann die Erfassungsschaltung herausfinden, von welchem Widerstandsstreifen
der Spannungsmesswert stammt.
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Die
Erfindung erfordert keine grundsätzlich planare
Form des Tastenblocks. Tatsächlich
lässt die Erfindung
zu, dass der Tastenblock irgendeiner dreidimensionalen Form folgt.
Speziell dann, wenn Kunststoffmaterialien und dünne schmiedbare Metallschichten
als konstruktive Komponenten verwendet werden, kann der Tastenblock
sogar sehr ungewöhnliche
Formen annehmen. 17 zeigt
schematisch eine Mobiltelekommunikationsvorrichtung 1700 des
Armbanduhrtyps, die eine zylindrische äußere Abdeckung und mehrere
Tasten 1701, 1702, 1703, 1704 und 1705 längs der
zylindrischen Oberfläche der
Abdeckung aufweist. Die elektronischen Funktionen einer solchen
Telekommunikationsvorrichtung sind üblicherweise auf einer im wesentlichen
kreisförmigen
PCB aufgebaut, die zu den im wesentlichen planaren oberen und unteren
Oberflächen
des Gehäuses
parallel sind, so dass durch Anwendung der herkömmlichen Technik von 1 ein Tastenblock des in 17 gezeigten Typs ausgeführt werden kann.
Gemäß der Erfindung erstreckt
sich eine zylindrische "Kuppenschicht" längs der
Innenseite der zylindrischen Oberfläche der äußeren Abdeckung, wobei sich
in ihrer nächsten
Nähe eine
Widerstandsstreifenanordnung befindet, die ebenso um die innere
Oberfläche
der Abdeckung verläuft.
Sowohl die "Kuppenschicht" als auch der Widerstandsstreifen sind
mit Kopplungsabgriffen verbunden, die in nächster Nähe der entsprechenden Anschlussflächen auf der
PCB liegen und dadurch die kapazitive Kopplung bewerkstelligen.
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Ein
zusätzlicher
Vorteil der Erfindung ist der, dass die leitende Kuppenschicht in
vielen Fällen
als Teil der Abschirmung gegen elektromagnetische Beeinflussung
dient. Die Kuppenschicht ist leitend, im wesentlichen durchgehend
und innerhalb der Abdeckung der elektronischen Vorrichtung angeordnet,
so dass sie zur Abschirmung gegen elektrostatische Entladung gut
geeignet ist. Dieses Merkmal der Erfindung dient dazu, die Gesamtzahl
an Komponenten der elektronischen Vorrichtung zu verringern, was außerdem die
Herstellungskosten und die konstruktive Komplexität verringert.
Wenn die leitende Kuppenschicht nicht für einen solchen Zweck verwendet wird,
kann die in der Zeichnung gezeigte gleichförmige, durchgehende leitende
Schicht durch einen "Kuppenstreifen", eine "Kuppenmasche" oder irgendein anderes
Mittel ersetzt sein, das die Kuppen an jedem Tastenort miteinander
und mit dem Punkt, an dem die kapazitive Kopplung stattfindet, korrekt
leitend verbindet.
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Die
obige Beschreibung bezog sich nur auf die Verwendung einer Widerstandsstreifenanordnung
als Umsetzungselement, das eine Eingangsspannung in verschiedene
Ausgangsspannungspegel in einer Tastenblockanordnung umsetzt. Die
Verwendung einer kapazitiven Kopplung erfordert an sich nicht, dass
das Umsetzungselement ein Widerstandsstreifen ist. Es ist möglich, die
in den 2 und 3 gezeigten
bekannten Prinzipien so zu modifizieren, dass eine kapazitive Kopplung
an das Umsetzungselement verwendet wird. Der Nachteil ist jedoch
dann gewöhnlich
die relativ große
Anzahl von erforderlichen parallelen kapazitiven Kopplungen. Wenn
beispielsweise die Verbindungsmatrix von 2 in
einem um einen Abdeckungsteil gebauten konstruktiven Objekt angeordnet
ist und die Eingangs- und Ausgangspuffer 211 und 212 auf
einer PCB angeordnet sind, müssen
N + M = 9 parallele kapazitive Kopplungen vorhanden sein. Außerdem wird
die Anzahl von kapazitiven Kopplungen in der Anordnung von 3 gegebenenfalls größer als drei.
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Die
Erfindung ist auf den Fall von austauschbaren Abdeckungen für Mobiltelefone
und ähnliche Mobiltelekommunikationsvorrichtungen
ohne weiteres anwendbar. 18 veranschaulicht
die Anwendbarkeit der Erfindung auf den Fall von austauschbaren
Abdeckungen. Wenn die Abdeckungen von ungeübten Benutzern ausgetauscht
werden sollen, muss die mechanische Kopplung 508 sehr einfach und
zuverlässig
sein; eine leicht anwendbare Einrastkopplung ist an den so genannten
Xpress-on-Abdeckungen bekannt, wobei Xpress-on ein registriertes Warenzeichen
von Nokia Mobile Phones ist. Die kapazitive Kopplung, die aus den
leitenden Anschlussflächen 706, 707 und 708 auf
einer PCB 501' und
den entsprechenden kapazitiven Elektroden 709, 710 und 711 in
den austauschbaren Abdeckungen 502' und 502'' besteht,
ist gegenüber
einer kleinen Fehlausrichtung, einem Verschleiß oder einer Verschmutzung
der Teile unempfindlich, was sie sehr zuverlässig macht. Die Erfindung ermöglicht die
freie Wahl der Orte der Tasten innerhalb einer austauschbaren Abdeckung:
bei der neuen Abdeckung 502'' müssen sich
die Tasten nicht an denselben Stellen wie bei der alten Abdeckung 502' befinden, solange die
auf die Tasten bezogenen Widerstandswerte im Wesentlichen gleich
bleiben. Selbst die letzte Randbedingung kann aufgehoben sein, wenn
der Benutzer angewiesen wird, nach dem Wechseln der Abdeckung einer
bestimmten Einlaufprozedur zu folgen, bei der der Benutzer der Vorrichtung
die auf die neuen Tasten bezogenen Widerstandswerte "beibringt", indem er alle Tasten
nacheinander und in einer bestimmten, der Vorrichtung bekannten
Reihenfolge drückt.
Auf diese Weise erlangt die Vorrichtung während eines bestimmten "Lernmodus" die ersten gespeicherten
Werte für
die oben beschriebene Mittelwertspeicherungs- und -vergleichseinheit.
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Die
Erfindung ermöglicht
die relativ einfache Herstellung einer wasserdichten oder hermetisch verschlossenen
elektronischen Vorrichtung, bei der der Tastenblock noch ein angenehmes
Tastgefühl vermittelt
(viele herkömmliche,
hermetisch verschlossene Vorrichtungen besitzen eine durchgehende Kunststofffolie,
die die gesamte Tastatur abdeckt und das Tastgefühl beeinträchtigt). Es ist möglich, den Widerstandsstreifen,
die leitende Kuppenschicht und die isolierende Schicht dazwischen
in einer einzigen hermetisch verschlossenen konstruktiven Einheit einzuschließen, bei
der die Kuppenschicht als obere Oberfläche dient und z. B. eine Kunststofffolie
alle anderen Oberflächen
einschließlich
der kapazitiven Elektroden abdeckt. Auf der Oberseite der Kuppen
in der Kuppenschicht sind Tastenkuppen mit integralen Betätigungseinrichtungen
(wie jenen, die in 12 gezeigt
sind) angeordnet, wobei die gesamte Struktur an einem äußeren Abdeckungsteil
angebracht ist. Die PCB bildet eine weitere hermetisch verschlossene
Einheit, bei der eine Kunststofffolie oder eine andere durchgehende
isolierende Schicht alle Oberflächen
einschließlich
der Kopplungsanschlussflächen, die
als Teil der kapazitiven Kopplung dienen, abdeckt. Die versiegelnden
Schichten blockieren das kapazitive Passieren von Signalen zwischen
der PCB und dem Tastenblock nicht.
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Eine
weitere mögliche
Verallgemeinerung der Anwendbarkeit der Erfindung bezieht sich auf
die Art und Weise der Kopplung, die im Vorhergehenden ausschließlich als
kapazitive Kopplung beschrieben worden ist. Manche anderen Formen
einer elektromagnetischen Kopplung weisen ebenfalls einige der Vorteile
der kapazitiven Kopplung auf. In manchen Fällen ist es möglich, eine
induktive Kopplung zu verwenden, wobei jeder Koppelkondensator,
der in der obigen Beschreibung vorkam, durch ein induktives Paar
ersetzt ist. Eine induktive Kopplung basiert auf dem Einleiten eines
veränderlichen
Stroms durch eine erste Induktionsspule, derart, dass der Strom
ein veränderliches
Magnetfeld induziert. Eine zweite Induktionsspule, die sich in der
Nähe des
ersten befindet, reagiert nach den bekannten Maxwellschen Gleichungen
in der Weise auf das veränderliche
Magnetfeld, dass in der zweiten Induktionsspule ein Strom zu fließen beginnt.
Im Vergleich zu ihren kapazitiven Gegenparts weisen induktive Kopplungen
den Nachteil auf, dass sie relativ große Ströme erfordern, die sie bei Anwendungen,
in denen die elektrische Leistung sehr sparsam und effizient genutzt
werden soll, gegebenenfalls unvorteilhaft werden lassen. Eine andere
bekannte Form einer elektromagnetischen Kopplung ist die optoelektronische
Kopplung, bei der elektromagnetische Strahlung auf den Wellenlängen des
sichtbaren oder nahezu sichtbaren Lichts als Signalübertragungsmittel
dient. Ein Optokoppler besteht aus einer Licht emittierenden Senderdiode
und einem lichtempfindlichen Halbleiterempfänger. Die Nachteile einer optoelektronischen
Kopplung umfassen das Altern der Komponenten, die Anforderung nach
Ausrichtung und saubere optische Sender- und Empfängeroberflächen sowie
die relativ große
Menge an gesendeter Energie.
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Die
oben angegebenen beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung
sind nicht so auszulegen, dass sie der Anwendbarkeit der beigefügten Ansprüche Einschränkungen
auferlegen. Insbesondere können
die verschiedenen alternativen Ausführungsformen der Erfindung
wie durch die Ansprüche
definiert in vielfältiger
Weise miteinander kombiniert werden.