一種基于二線制等電勢(shì)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(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(guò)檢測(cè)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(jué)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(jué)感知與溫度觸覺(jué)感知。 以溫度觸覺(jué)為例，由于溫度覺(jué)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(cè)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(jué)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(guò)增加陣列中的傳感器的數(shù)量來(lái)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(wèn)，而每個(gè)阻性傳感器具 有兩個(gè)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(gè)待測(cè)電阻，掃描速度慢，周期長(zhǎng)，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(gè)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(gè)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(gè)特定的電阻元件可以 通過(guò)控制行線和列線的相應(yīng)組合被訪問(wèn)，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(guò)較長(zhǎng)線纜連接讀出電路，而較長(zhǎng)連接 線纜的多根引線上存在引線電阻，其阻值在多根等長(zhǎng)等材質(zhì)的引線間基本相同，且隨線纜 長(zhǎng)度增加而增大；同時(shí)連接線纜的插頭與插座間的觸點(diǎn)存在接觸電阻，對(duì)于每對(duì)觸點(diǎn)，其接 觸電阻阻值隨其接觸狀態(tài)(觸點(diǎn)的接觸狀態(tài)隨時(shí)間、機(jī)械振動(dòng)等都會(huì)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(duì)阻性傳感器 陣列的測(cè)試精度存在明顯影響。就基于等電勢(shì)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(dòng)端與阻性傳感器陣列模塊驅(qū)動(dòng)端之間的電勢(shì)差，同時(shí) 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(shì)差，因而破壞了讀出電 路的理想隔離反饋條件，使被測(cè)單元的阻值測(cè)量誤差變大。因此基本相同的引線電阻和不 同的接頭觸點(diǎn)電阻對(duì)基于等電勢(shì)法的共用行列線阻性傳感器陣列測(cè)試結(jié)果的影響顯著，同 時(shí)傳統(tǒng)方法還存在多路開關(guān)的通道導(dǎo)通電阻會(huì)影響待測(cè)單元的測(cè)量誤差，如何消除這些因 素的影響是一個(gè)有待深入研究的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)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(shì) 法的阻性傳感器陣列讀出電路，可有效消除測(cè)試線纜引線電阻、測(cè)試線纜接頭觸點(diǎn)電阻以 及多路開關(guān)通道導(dǎo)通電阻所產(chǎn)生的測(cè)量誤差，大幅提高阻性傳感器陣列的測(cè)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(wèn)題：
[0008] 一種基于二線制等電勢(shì)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MXN二維阻性傳感器陣列;所述讀出電路包括:一個(gè)等電流驅(qū)動(dòng)運(yùn)放、一個(gè) 列線驅(qū)動(dòng)運(yùn)放、行多路選擇器、列多路選擇器、測(cè)試電流采樣電阻、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;等電流驅(qū)動(dòng)運(yùn)放的輸出端與 測(cè)試電流采樣電阻的一端連接，等電流驅(qū)動(dòng)運(yùn)放的同相輸入端連接零電位，列線驅(qū)動(dòng)運(yùn)放 的同相輸入端與基準(zhǔn)電壓源連接;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(guò)其一根連接線與列線驅(qū)動(dòng)運(yùn)放的輸出端連接，并通過(guò)其另一根連接線與列線驅(qū)動(dòng)運(yùn) 放的反相輸入端連接，同時(shí)使得阻性傳感器陣列中其它每一根列線通過(guò)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(guò)其一根連接 線與等電流驅(qū)動(dòng)運(yùn)放的反相輸入端連接，并通過(guò)其另一根連接線與測(cè)試電流采樣電阻的另 一端連接，同時(shí)使得阻性傳感器陣列中其它每一根行線通過(guò)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(duì)應(yīng)的Μ個(gè)行雙 刀雙擲開關(guān);對(duì)于每一個(gè)行雙刀雙擲開關(guān)，其一對(duì)公共端分別通過(guò)其所對(duì)應(yīng)行線的兩根連 接線與該行線連接，該行雙刀雙擲開關(guān)的其中一對(duì)獨(dú)立端分別與等電流驅(qū)動(dòng)運(yùn)放的反相輸 入端、測(cè)試電流采樣電阻的另一端連接，該行雙刀雙擲開關(guān)的另外一對(duì)獨(dú)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(duì)應(yīng)的Ν個(gè)列雙 刀雙擲開關(guān);對(duì)于每一個(gè)列雙刀雙擲開關(guān)，其一對(duì)公共端分別通過(guò)其所對(duì)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(duì)獨(dú)立端分別與列線驅(qū)動(dòng)運(yùn)放的輸出端、 列線驅(qū)動(dòng)運(yùn)放的反相輸入端連接，該列雙刀雙擲開關(guān)的另外一對(duì)獨(dú)立端均與零電位連接。
[0011] 如上所述讀出電路的讀出方法，對(duì)于所述阻性傳感器陣列中的任意一個(gè)待測(cè)阻性 傳感器，首先選通該待測(cè)阻性傳感器，具體如下:通過(guò)列多路選擇器使得待測(cè)阻性傳感器所 在列線通過(guò)其一根連接線與列線驅(qū)動(dòng)運(yùn)放的輸出端連接，并通過(guò)其另一根連接線與列線驅(qū) 動(dòng)運(yùn)放的反相輸入端連接，同時(shí)使得阻性傳感器陣列中其它每一根列線通過(guò)其兩根連接線 分別與零電位連接;與此同時(shí)，通過(guò)行多路選擇器使得待測(cè)阻性傳感器所在行線通過(guò)其一 根連接線與等電流驅(qū)動(dòng)運(yùn)放的反相輸入端連接，并通過(guò)其另一根連接線與測(cè)試電流采樣電 阻的另一端連接，同時(shí)使得阻性傳感器陣列中其它每一根行線通過(guò)其兩根連接線分別與零 電位連接;然后利用下式計(jì)算出該待測(cè)阻性傳感器的電阻R xy:
[0013]其中，Vl為基準(zhǔn)電壓源提供的基準(zhǔn)電壓，為測(cè)試電流采樣電阻與行多路選擇器所 連接一端的電勢(shì)，Vt(3St為測(cè)試電流采樣電阻與等電流驅(qū)動(dòng)運(yùn)放的輸出端所連接一端的電 勢(shì)，Rtest為測(cè)試電流采樣電阻的電阻值。
[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] -種基于二線制等電勢(shì)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MXN二維阻性傳感器陣列;所述讀出電路包括:一個(gè)等電流驅(qū)動(dòng)運(yùn)放、一個(gè) 列線驅(qū)動(dòng)運(yùn)放、行多路選擇器、列多路選擇器、測(cè)試電流采樣電阻、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;等電流驅(qū)動(dòng)運(yùn)放的輸出端與 測(cè)試電流采樣電阻的一端連接，等電流驅(qū)動(dòng)運(yùn)放的同相輸入端連接基準(zhǔn)電壓源，列線驅(qū)動(dòng) 運(yùn)放的同相輸入端與零電位連接;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(guò)其一根連接線與列線驅(qū)動(dòng)運(yùn)放的輸出端連接，并通過(guò)其另一根連接線與列線驅(qū)動(dòng)運(yùn) 放的反相輸入端連接，同時(shí)使得阻性傳感器陣列中其它每一根列線通過(guò)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(guò)其一根 連接線與等電流驅(qū)動(dòng)運(yùn)放的反相輸入端連接，并通過(guò)其另一根連接線與測(cè)試電流采樣電阻 的另一端連接，同時(shí)使得阻性傳感器陣列中其它每一根行線通過(guò)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(duì)應(yīng)的Μ個(gè)行雙 刀雙擲開關(guān);對(duì)于每一個(gè)行雙刀雙擲開關(guān)，其一對(duì)公共端分別通過(guò)其所對(duì)應(yīng)行線的兩根連 接線與該行線連接，該行雙刀雙擲開關(guān)的其中一對(duì)獨(dú)立端分別與等電流驅(qū)動(dòng)運(yùn)放的反相輸 入端、測(cè)試電流采樣電阻的另一端連接，該行雙刀雙擲開關(guān)的另外一對(duì)獨(dú)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條列線一一對(duì)應(yīng)的Ν個(gè)列雙 刀雙擲開關(guān);對(duì)于每一