一種基于二線制等電勢法的阻性傳感器陣列快速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快速讀出電路。
【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快速讀出電路，可有效消除測試線纜引線電阻、測試線纜接頭觸點電 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] -種基于二線制等電勢法的阻性傳感器陣列快速讀出電路，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;所述快速讀出電路包括:列線驅(qū)動運放、列 多路選擇器、基準電壓源，與阻性傳感器陣列的Μ條行線一一對應(yīng)的Μ個等電流運放和Μ個測 試電流采樣電阻，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;每一條行線通過其一根連接線與其所對應(yīng)等電流運放的反相輸入端連接，并通過其另 一根連接線與其所對應(yīng)測試電流采樣電阻的一端連接，其所對應(yīng)等電流運放的輸出端連接 其所對應(yīng)測試電流采樣電阻的另一端;各等電流運放的同相輸入端均與零電位連接;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其一根連接線與列線驅(qū)動運放 的輸出端連接/斷開，同時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/斷開； 列線驅(qū)動運放的同相輸入端連接基準電壓源。
[0009] 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個單刀 單擲開關(guān)組;每個單刀單擲開關(guān)組包括一對聯(lián)動的單刀單擲開關(guān)，其所對應(yīng)列線分別通過 其兩根連接線與這兩個單刀單擲開關(guān)的一端連接，這兩個單刀單擲開關(guān)的另一端分別連接 列線驅(qū)動運放的輸出端、列線驅(qū)動運放的反相輸入端。
[0010] 上述快速讀出電路的讀出方法，首先選通當(dāng)前待測列：通過列多路選擇器使得阻 性傳感器陣列中當(dāng)前待測列的列線分別通過其兩條連接線同時與列線驅(qū)動運放的輸出端、 列線驅(qū)動運放的反相輸入端連接，同時使得其他列線與列線驅(qū)動運放的輸出端、列線驅(qū)動 運放的反相輸入端同時斷開;然后根據(jù)以下公式計算當(dāng)前待測的第y列中每個阻性傳感器 的電阻值，y = l，2，"_，N:
[0011]
[0012]式中，Rxy表示當(dāng)前待測的第y列中的第X行阻性傳感器的電阻值;RLx表示阻性傳感 器陣列中第X行行線所對應(yīng)測試電流采樣電阻的電阻值;V:為基準電壓源所提供的基準電 壓;Vxy、V M分別表示在選通第y列的情況下，阻性傳感器陣列中第X行行線所對應(yīng)測試電流 采樣電阻與相應(yīng)等電流運放輸出端所連接一端以及與第X行行線所連接一端的電勢;X = 1， 2,…，M〇
[0013] 根據(jù)相同的發(fā)明思路還可以得到以下技術(shù)方案：
[0014] -種基于二線制等電勢法的阻性傳感器陣列快速讀出電路，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;所述快速讀出電路包括:列線驅(qū)動運放、列 多路選擇器、基準電壓源，與阻性傳感器陣列的Μ條行線一一對應(yīng)的Μ個等電流運放和Μ個測 試電流采樣電阻，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;每一條行線通過其一根連接線與其所對應(yīng)等電流運放的反相輸入端連接，并通過其另 一根連接線與其所對應(yīng)測試電流采樣電阻的一端連接，其所對應(yīng)等電流運放的輸出端連接 其所對應(yīng)測試電流采樣電阻的另一端;各等電流運放的同相輸入端均與基準電壓源連接； 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其一根連接線與列線驅(qū)動 運放的輸出端連接/斷開，同時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/斷 開;列線驅(qū)動運放的同相輸入端連接零電位。
[0015] 優(yōu)選地，所述列多路選擇器包括與阻性傳感器陣列的N條列線一一對應(yīng)的N個單刀 單擲開關(guān)組;每個單刀單擲開關(guān)組包括一