基于二線制等電勢法的阻性傳感器陣列讀出電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種阻性傳感器陣列讀出電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 陣列式傳感裝置就是將具有相同性能的多個傳感元件，按照二維陣列的結(jié)構(gòu)組合 在一起，它可以通過檢測聚焦在陣列上的參數(shù)變化，改變或生成相應(yīng)的形態(tài)與特征。這個特 性被廣泛應(yīng)用于生物傳感、溫度觸覺和基于紅外傳感器等的熱成像等方面。
[0003] 阻性傳感器陣列被廣泛應(yīng)用于紅外成像仿真系統(tǒng)、力觸覺感知與溫度觸覺感知。 以溫度觸覺為例，由于溫度覺感知裝置中涉及熱量的傳遞和溫度的感知，為得到物體的熱 屬性，裝置對溫度測量精度和分辨率提出了較高的要求，而為了進一步得到物體不同位置 材質(zhì)所表現(xiàn)出的熱屬性，則對溫度覺感知裝置提出了較高的空間分辨能力要求。
[0004] 阻性傳感器陣列的質(zhì)量或分辨率是需要通過增加陣列中的傳感器的數(shù)量來增加 的。然而，當(dāng)傳感器陣列的規(guī)模加大，對所有元器件的信息采集和信號處理就變得困難。一 般情況下，要對一個MXN陣列的所有的阻性傳感器的進行逐個訪問，而每個阻性傳感器具 有兩個端口，共需要2 X Μ X N根連接線。這種連接方式不僅連線復(fù)雜，而且每次只能選定單 個待測電阻，掃描速度慢，周期長，效率低。為降低器件互連的復(fù)雜性，有研究者提出了共用 行線與列線的二維陣列結(jié)構(gòu)。圖1顯示了共用行線和列線的二維阻性傳感器陣列的結(jié)構(gòu)。如 圖1所示，該傳感器陣列包括分別作為共用行線和共用列線的兩組正交線路及按照ΜΧΝ的 二維結(jié)構(gòu)分布的物理量敏感電阻（即阻性傳感器)陣列，陣列中的各個物理量敏感電阻一端 連接相應(yīng)的行線，另一端連接相應(yīng)的列線，陣列中的每個電阻都有唯一的行線與列線的組 合，處于第i行第j列的電阻用Ru表示，其中，Μ為行數(shù)，Ν為列數(shù)。采用該種結(jié)構(gòu)可使得按照Μ ΧΝ的二維結(jié)構(gòu)分布的陣列，只需要Μ+Ν根連線數(shù)目即可保證任何一個特定的電阻元件可以 通過控制行線和列線的相應(yīng)組合被訪問，因此所需連線數(shù)大幅減少。
[0005] 共用行列線的阻性傳感器陣列通常需要通過較長線纜連接讀出電路，而較長連接 線纜的多根引線上存在引線電阻，其阻值在多根等長等材質(zhì)的引線間基本相同，且隨線纜 長度增加而增大；同時連接線纜的插頭與插座間的觸點存在接觸電阻，對于每對觸點，其接 觸電阻阻值隨其接觸狀態(tài)(觸點的接觸狀態(tài)隨時間、機械振動等都會發(fā)生變化)不同而在一 定范圍內(nèi)變化(約〇~3 Ω)。阻值基本相同的引線電阻和阻值不同的接觸電阻對阻性傳感器 陣列的測試精度存在明顯影響。就基于等電勢法的共用行列線阻性傳感器陣列而言，引線 電阻和接觸電阻導(dǎo)致了讀出電路驅(qū)動端與阻性傳感器陣列模塊驅(qū)動端之間的電勢差，同時 也導(dǎo)致了讀出電路采樣端與阻性傳感器陣列模塊采樣端之間的電勢差，因而破壞了讀出電 路的理想隔離反饋條件，使被測單元的阻值測量誤差變大。因此基本相同的引線電阻和不 同的接頭觸點電阻對基于等電勢法的共用行列線阻性傳感器陣列測試結(jié)果的影響顯著，同 時傳統(tǒng)方法還存在多路開關(guān)的通道導(dǎo)通電阻會影響待測單元的測量誤差，如何消除這些因 素的影響是一個有待深入研究的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種基于二線制等電勢 法的阻性傳感器陣列讀出電路，可有效消除測試線纜引線電阻、線纜接頭觸點電阻以及多 路開關(guān)通道導(dǎo)通電阻所產(chǎn)生的測量誤差，大幅提高阻性傳感器陣列的測量精度。
[0007] 本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題：
[0008] 基于二線制等電勢法的阻性傳感器陣列讀出電路，所述阻性傳感器陣列為共用行 線和列線的Μ X N二維阻性傳感器陣列；其特征在于，所述讀出電路包括:一個電流反饋運 放、一個列線驅(qū)動運放、行多路選擇器、列多路選擇器、測試電流設(shè)定電阻、基準(zhǔn)電壓源，以 及為所述阻性傳感器陣列的每一條行線和列線分別設(shè)置的兩根連接線；電流反饋運放的輸 出端與列線驅(qū)動運放的同相輸入端連接，電流反饋運放的同相輸入端與零電位連接，測試 電流設(shè)定電阻的一端連接基準(zhǔn)電壓源;所述列多路選擇器可使得阻性傳感器陣列中任意一 條列線通過其一根連接線與列線驅(qū)動運放的輸出端連接，并通過其另一根連接線與列線驅(qū) 動運放的反相輸入端連接，同時使得阻性傳感器陣列中其它每一根列線通過其兩根連接線 分別與零電位連接;所述行多路選擇器可使得阻性傳感器陣列中任意一條行線通過其一根 連接線與電流反饋運放的反相輸入端連接，并通過其另一根連接線與測試電流設(shè)定電阻的 另一端連接，同時使得阻性傳感器陣列中其它每一根行線通過其兩根連接線分別與零電位 連接。
[0009] 優(yōu)選地，所述行多路選擇器包括與阻性傳感器陣列的Μ條行線一一對應(yīng)的Μ個雙刀 雙擲開關(guān);對于每一個雙刀雙擲開關(guān)，其一對公共端分別通過其所對應(yīng)行線的兩根連接線 與該行線連接，該雙刀雙擲開關(guān)的其中一對獨立端分別與電流反饋運放的反相輸入端、測 試電流設(shè)定電阻的另一端連接，該雙刀雙擲開關(guān)的另外一對獨立端均與零電位連接。
[0010] 優(yōu)選地，所述列多路選擇器包括與阻性傳感器陣列的Ν條列線一一對應(yīng)的Ν個列雙 刀雙擲開關(guān);對于每一個列雙刀雙擲開關(guān)，其一對公共端分別通過其所對應(yīng)列線的兩根連 接線與該列線連接，該列雙刀雙擲開關(guān)的其中一對獨立端分別與列線驅(qū)動運放的輸出端、 列線驅(qū)動運放的反相輸入端連接，該列雙刀雙擲開關(guān)的另外一對獨立端均與零電位連接。
[0011] 如上任一技術(shù)方案所述讀出電路的讀出方法，對于所述阻性傳感器陣列中的任意 一個待測阻性傳感器，首先選通該待測阻性傳感器，具體如下:通過列多路選擇器使得待測 阻性傳感器所在列線通過其一根連接線與列線驅(qū)動運放的輸出端連接，并通過其另一根連 接線與列線驅(qū)動運放的反相輸入端連接，同時使得阻性傳感器陣列中其它每一根列線通過 其兩根連接線分別與零電位連接;與此同時，通過行多路選擇器使得待測阻性傳感器所在 行線通過其一根連接線與電流反饋運放的反相輸入端連接，并通過其另一根連接線與測試 電流設(shè)定電阻的另一端連接，同時使得阻性傳感器陣列中其它每一根行線通過其兩根連接 線分別與零電位連接;然后利用下式計算出該待測阻性傳感器的電阻R xy:
[0013]其中，Vxy為電流反饋運放輸出端的反饋電壓，V:為基準(zhǔn)電壓源提供的基準(zhǔn)電壓，I 為測試電流設(shè)定電阻與行多路選擇器所連接一端的電勢，Rset為測試電流設(shè)定電阻的電阻 值。
[0014] 根據(jù)相同的發(fā)明思路還可以得到以下技術(shù)方案：
[0015] 基于二線制等電勢法的阻性傳感器陣列讀出電路，所述阻性傳感器陣列為共用行 線和列線的Μ X N二維阻性傳感器陣列；其特征在于，所述讀出電路包括:一個電流反饋運 放、一個列線驅(qū)動運放、行多路選擇器、列多路選擇器、測試電流設(shè)定電阻、基準(zhǔn)電壓源，以 及為所述阻性傳感器陣列的每一條行線和列線分別設(shè)置的兩根連接線；電流反饋運放的輸 出端與列線驅(qū)動運放的同相輸入端連接，電流反饋運放的同相輸入端與基準(zhǔn)電壓源連接， 測試電流設(shè)定電阻的一端連接零電位;所述列多路選擇器可使得阻性傳感器陣列中任意一 條列線通過其一根連接線與列線驅(qū)動運放的輸出端連接，并通過其另一根連接線與列線驅(qū) 動運放的反相輸入端連接，同時使得阻性傳感器陣列中其它每一根列線通過其兩根連接線 分別與基準(zhǔn)電壓源連接;所述行多路選擇器可使得阻性傳感器陣列中任意一條行線通過其 一根連接線與電流反饋運放的反相輸入端連接，并通過其另一根連接線與測試電流設(shè)定電 阻的另一端連接，同時使得阻性傳感器陣列中其它每一根行線通過其兩根連接線分別與基 準(zhǔn)電壓源連接。
[0016] 優(yōu)選地，所述行多路選擇器包括與阻性傳感器陣列的Μ條行線一一對應(yīng)的Μ個雙刀 雙擲開關(guān);對于每一個雙刀雙擲開關(guān)，其一對公共端分別通過其所對應(yīng)行線的兩根連接線 與該行線連接，該雙刀雙擲開關(guān)的其中一對獨立端分別與電流反饋運放的反相輸入端、測 試電流設(shè)定電阻的另一端連接，該雙刀雙擲開關(guān)的另外一對獨立端均與基準(zhǔn)電壓源連接。
[0017] 優(yōu)選地，所述列多路選擇器包括與阻性傳感器陣列的Ν條列線一一