二維阻性傳感器陣列的快速讀出電路及其讀出方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種二維阻性傳感器陣列的快速讀出電路 及其讀出方法。
【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(gè)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(gè)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(duì)溫度測量精度和分辨率提出了較高的要求，而為了進(jìn)一步得到物體不同位置材 質(zhì)所表現(xiàn)出的熱屬性，則對(duì)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(duì)所有元器件的信息采集和信號(hào)處理就變得困難。一般情 況下，要對(duì)一個(gè)MXN陣列的所有的阻性傳感器的進(jìn)行逐個(gè)訪問，而每個(gè)阻性傳感器具有兩 個(gè)端口，共需要2XΜXN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(gè)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，可以引入共用行線與列線 的二維陣列，將掃描控制器與單個(gè)運(yùn)算放大電路和多路選擇器結(jié)合，盡管如此，還是只能實(shí) 現(xiàn)單個(gè)待測電阻的測量，因此如何在每次掃描中同時(shí)選取多個(gè)待測電阻就成了一道需要攻 克的難題。
[0005] 關(guān)于電阻式傳感陣列的檢測研究，2006年R.S.Saxena等人提出了基于紅外熱成 像的陣列檢測技術(shù)，測試結(jié)構(gòu)是基于電阻傳感網(wǎng)絡(luò)配置，基于電阻的線性與齊次性使用補(bǔ) 償網(wǎng)絡(luò)定理和疊加網(wǎng)絡(luò)定理開發(fā)了該電阻網(wǎng)絡(luò)的理論模型。使用16X16陣列網(wǎng)絡(luò)熱輻射 計(jì)陣列驗(yàn)證，僅使用32個(gè)引腳，已經(jīng)證實(shí)，該模型針對(duì)器件損壞或器件值的微小變化都可 以有效分辨，它具有一定精度，但是在檢測速度上依然存在技術(shù)缺陷。2009年Y.J.Yang等 人提出了一個(gè)32X32陣列的溫度和觸覺傳感陣列，用于機(jī)械手臂的人造皮膚，在陣列網(wǎng)絡(luò) 中加入多路選擇器，行選擇與列選擇速度大大加快，最大檢測速率能夠達(dá)到每秒3000個(gè)傳 感單元，但該陣列的檢測每次也只能檢測單個(gè)待測單元，檢測效率成為最大的技術(shù)瓶頸。
[0006] 一篇中國發(fā)明專利（CN201110148963. 2)公開了一種陣列式溫度觸覺傳感裝置， 采用電阻傳感陣列實(shí)現(xiàn)溫度觸覺的傳感，其反饋驅(qū)動(dòng)隔離電路將待測電阻所在行的電壓經(jīng) 行選擇器后的端電壓VSG反饋回非選定行線與列線，雖然對(duì)精度有一定程度改善，但并未 在檢測速度上有所突破。另有中國發(fā)明專利CN201410183065《一種增強(qiáng)電壓反饋的阻性傳 感陣列的檢測電路》，它在專利CN201110148963. 2的基礎(chǔ)上將掃描控制器、反饋電路、行多 路選擇器及列多路選擇器結(jié)合，其中反饋電路由單個(gè)運(yùn)算放大器及分壓電路組成，分壓電 路中電阻R1與電阻R2選用特定阻值的電阻，將電阻R1與電阻R2的比值限定為R1 :R2 =Rr:Rs，其中，Rr表示行多路選擇器的通道內(nèi)阻，Rs表示采樣電阻。該方法雖然可以有 效減小待測電阻的相鄰列電阻和列多路選擇器的內(nèi)阻對(duì)被測電阻測量的干擾，顯著提高其 測量精度，但依然每次只能選定單個(gè)待測電阻，所以在檢測速度上，還需要更進(jìn)一步的改進(jìn) 提尚。
[0007] 綜上所述，現(xiàn)有二維阻性傳感器陣列在進(jìn)行傳感器數(shù)據(jù)掃描時(shí)，一次只能讀出單 個(gè)傳感器數(shù)據(jù)，影響了檢測時(shí)效性，因此有必要對(duì)二維阻性傳感器陣列的數(shù)據(jù)讀出速率進(jìn) 行提升。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有二維阻性傳感器陣列數(shù)據(jù)讀出速率較 低的缺陷，提供一種二維阻性傳感器陣列的快速讀出電路及其讀出方法，從而大幅提高二 維阻性傳感器陣列的數(shù)據(jù)讀出速率。
[0009] 本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題：
[0010] 一種二維阻性傳感器陣列的快速讀出電路，所述二維阻性傳感器陣列為共用行線 和
[0011] 列線的二維阻性傳感器陣列，所述快速讀出電路包括：行多路選擇器、列多路選擇 器、掃描控制器、第一電壓反饋電路、第二電壓反饋電路、采樣電阻、測試電壓輸入端；采樣 電阻一端接地，另一端連接第一電壓反饋電路的輸入端；所有行線被分為兩組；對(duì)于第一 組行線，行多路選擇器可在掃描控制器控制下使得其中任一行線與測試電壓輸入端接通而 與第二電壓反饋電路的輸出端斷開，或者與第二電壓反饋電路的輸出端接通而與測試電壓 輸入端斷開；對(duì)于第二組行線，行多路選擇器可在掃描控制器控制下使得其中任一行線與 第一電壓反饋電路的輸入端接通而與第二電壓反饋電路的輸出端斷開，或者與第二電壓反 饋電路的輸出端接通而與第一電壓反饋電路的輸入端斷開；列多路選擇器可在掃描控制器 控制下使得任一列線與第二電壓反饋電路的輸入端接通而與第一電壓反饋電路的輸出端 斷開，或者與第一電壓反饋電路的輸出端接通而與第二電壓反饋電路的輸入端斷開。
[0012] 優(yōu)選地，所述第一電壓反饋電路包括第一運(yùn)算放大器和第一驅(qū)動(dòng)電路，第一運(yùn)算 放大器的反相輸入端與第一運(yùn)算放大器的輸出端及第一驅(qū)動(dòng)電路的輸入端連接，第一運(yùn)算 放大器的同相輸入端、第一驅(qū)動(dòng)電路的輸出端分別作為第一電壓反饋電路的輸入端、第一 電壓反饋電路的輸出端；所述第二電壓反饋電路包括第二運(yùn)算放大器和第二驅(qū)動(dòng)電路，第 二運(yùn)算放大器的反相輸入端與第二運(yùn)算放大器的輸出端及第二驅(qū)動(dòng)電路的輸入端連接，第 二運(yùn)算放大器的同相輸入端、第二驅(qū)動(dòng)電路的輸出端分別作為第二電壓反饋電路的輸入 端、第二電壓反饋電路的輸出端。
[0013] 優(yōu)選地，兩組行線的數(shù)量差小于等于1。
[0014] 優(yōu)選地，所述行多路選擇器包括與二維阻性傳感器陣列的行線一一對(duì)應(yīng)的Μ個(gè)二 選一雙向模擬開關(guān)，Μ為所述二維阻性傳感器陣列的行數(shù)；根據(jù)行線的分組情況，這Μ個(gè)二 選一雙向模擬開關(guān)被分為相應(yīng)的兩組；對(duì)于第一組中的每一個(gè)二選一雙向模擬開關(guān)，其公 共輸入/輸出端與其所對(duì)應(yīng)的行線連接，其兩個(gè)獨(dú)立輸入/輸出端分別與測試電壓輸入端、 第二電壓反饋電路的輸出端連接，其控制信號(hào)輸入端與掃描控制器連接；對(duì)于第二組中的 每一個(gè)二選一雙向模擬開關(guān)，其公共輸入/輸出端與其所對(duì)應(yīng)的行線連接，其兩個(gè)獨(dú)立輸 入/輸出端分別與第一電壓反饋電路的輸入端、第二電壓反饋電路的輸出端連接，其控制 信號(hào)輸入端與掃描控制器連接。
[0015] 優(yōu)選地，所述列多路選擇器包括與二維阻性傳感器陣列的列線一一對(duì)應(yīng)的N個(gè)二 選一雙向模擬開關(guān)，N為所述二維阻性傳感器陣列的列數(shù)；對(duì)于每一個(gè)二選一雙向模擬開 關(guān)，其公共輸入/輸出端與其所對(duì)應(yīng)的列線連接，其兩個(gè)獨(dú)立輸入/輸出端分別與第一電壓 反饋電路的輸出端、第二電壓反饋電路的輸入端連接，其控制信號(hào)輸入端與掃描控制器連 接。
[0016] 如上任一技術(shù)方案所述快速讀出電路的讀出方法，掃描控制器控制列多路選擇 器，使得當(dāng)前掃描的列線與第二電壓反饋電路的輸入端接通而與第一電壓反饋電路的輸出 端斷開，其余列線與第一電壓反饋電路的輸