一種二維阻性傳感陣列的線性讀出電路的制作方法
本發明涉及一種二維阻性傳感陣列的線性讀出電路，屬于電路技術領域。
背景技術：
陣列式傳感裝置就是將具有相同性能的多個傳感元件，按照二維陣列的結構組合在一起，它可以通過感測聚焦在陣列上的參數變化，改變或生成相應的形態與特征。這個特性被廣泛應用于生物傳感、溫度觸覺和基于紅外傳感器等的熱成像等方面。
阻性傳感陣列被廣泛應用于紅外成像仿真系統、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所表現出的熱屬性，則對溫度覺感知裝置提出了較高的空間分辨能力要求。
阻性傳感陣列的質量或分辨率是需要通過增加陣列中的傳感器的數量來增加的。然而，當傳感器陣列的規模加大，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M×N陣列的所有的傳感器的進行逐個訪問，而每個傳感器具有兩個端口，共需要2×M×N根連接線。共用行線與列線的二維陣列降低了器件互連的復雜性，但陣列網絡的互串效應與為實現待測阻性傳感器單獨選定引入的多路選擇器也對檢測精度帶來不確定性；將掃描控制器與電阻采樣電路和多路選擇器結合，雖然可以實現待測阻性傳感器的單個選定，僅僅是理想狀態下的與陣列中其他阻性傳感器的虛擬隔離，但如果想屏蔽掉待測阻性傳感器所在公共行線與列線的多路選擇器內阻以及其他相鄰阻性傳感器引起的干擾，就需要在陣列的每一行都設置掃描控制器與電阻采樣電路，因此僅僅在掃描控制器與電阻采樣電路的控制下，阻性傳感陣列的檢測電路無法同時達到較低的器件互連的復雜性與較高的檢測精度。
關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，測試結構是基于電阻傳感網絡配置，基于電阻的線性與齊次性使用補償網絡定理和疊加網絡定理開發了該電阻網絡的理論模型。使用16×16陣列網絡熱輻射計陣列驗證，僅使用32個引腳，已經證實，該模型針對器件損壞或器件值的微小變化都可以有效分辨，但是它對待測元件所在行與所在列的其他元件的串擾沒有起到很好的隔離作用。2009年Y.J.Yang等人提出了一個32×32陣列的溫度和觸覺傳感陣列，用于機械手臂的人造皮膚，在陣列網絡中加入多路選擇器，行選擇與列選擇速度大大加快，最大檢測速率高達每秒3,000像素，但該電路為了保證檢測精度，屏蔽陣列內非待測電阻的干擾，在陣列的每一列都引入了運算放大電路，其電路復雜，同時多個運放性能的微小差異也會導致多個通道間測量結果的一致性較差。
基于阻性陣列檢測的相關專利，專利CN201410183065.4公開了一種增強電壓反饋的阻性傳感陣列的檢測電路，實現對有故障或有變化的器件的快速檢測，以增強電壓反饋為關鍵技術，在反饋電路與特定的連接方式的作用下，可以使位于待測電阻所在行的相鄰電阻兩端電壓保持等電位，將其中的電流限制到基本為零，有效屏蔽掉了被測電阻所在行線上相鄰電阻與行多路選擇器2的內阻的干擾，提高了阻性陣列的檢測精度。但是，它并沒有屏蔽列多路選擇器內阻以及被測電阻所在列線上相鄰電阻對測量結果的干擾，并未從真正意義上實現對待測電阻所在行線與列線的相鄰電阻和行、列多路選擇器內阻的隔離。
技術實現要素：
針對阻性傳感陣列檢測的需要，本發明提出一種二維阻性傳感陣列的線性讀出電路，本電路可以實現對有故障或有變化的器件的線性檢測，本發明還可以有效隔離當前被測阻性傳感單元所在陣列的其余阻性傳感單元和行、列多路選擇器內阻對檢測結果的影響，使得測量誤差大大降低。
本發明采用如下技術方案：
一種二維阻性傳感陣列的線性讀出電路，包括：共用行線和列線的二維阻性傳感單元陣列、行多路選擇器及列多路選擇器、掃描控制器及負反饋運算放大器，所述二維阻性傳感單元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M×N的二維結構分布的阻性傳感單元陣列，陣列中的各個阻性傳感單元一端連接相應的行線，另一端連接相應的列線，處于第i行、第j列的阻性傳感單元用Rij(i＝1…M,j＝1…N)表示，其中，M為行數，N為列數，阻性傳感單元Rij的一端與行多路選擇器的yri端相連接，阻性傳感單元Rij的另一端與列多路選擇器的xcj端連接，行多路選擇器的br1、br2、…、brM端口與負反饋運算放大器的反相輸入端相連，負反饋運算放大器的同相輸入端接地線，掃描控制器輸出行、列掃描控制信號，行掃描控制信號控制行多路選擇器，列掃描控制信號控制列多路選擇器，所述線性讀出電路還包括測試電流設定電路，所述測試電流設定電路采用電阻RS，電阻RS的一端與行多路選擇器的br1、br2、…、brM端口連接，電阻RS另一端連接負精密電源Vin，所述負反饋運算放大器5的輸出端與列多路選擇器的ac1、ac2、…、acN端口連接。
本發明的檢測電路的工作原理在于：掃描控制器輸出掃描控制信號，控制多路選擇器內端口的連接方式，行控制信號控制行多路選擇器2的yri端與ari端或是與bri端相連；列控制信號控制列多路選擇器3的xcj端與acj端或是與bcj端相連。二維阻性傳感單元陣列中的阻性傳感單元可將各自所處位置的待測物理量的變化轉換為相應電阻阻值變化。當待測阻性傳感單元Rij被選定，其處于陣列第i行、第j列，列控制信號控制列多路選擇器3第j列的xcj端與acj端相連，acj端與負反饋運算放大器5的輸出端相連，其電壓值為VEij，而其他列與地線電流采樣電路7中運算放大器的反相輸入端相連，行控制信號控制行多路選擇器2第i行的yri端與bri端相連，bri端與負反饋運算放大器5的反相輸入端相連，輸入電壓表示為Vre，而其他行與地線電流采樣電路7中運算放大器的反相輸入端相連，此時待測阻性傳感單元Rij被選定。電壓VEij經過列多路選擇器3的選定通道作用于當前被測阻性傳感單元Rij后經由行多路選擇器2輸入到負反饋運算放大器5反相輸入端，同時作用于測試電流設定電阻后，電壓降至負精密電源電壓Vin，當前被測阻性傳感單元Rij所在行線(第i行)上的電壓表示為Vri，所在列線(第j列)上的電壓表示為Vcj，而除當前被測阻性傳感單元以外的其它阻性傳感單元與地線電流采樣電路連接，由于除當前被測阻性傳感單元以外的其它阻性傳感單元兩側連接的行、列多路選擇器端口的電壓均為VZP，即電勢差為零，此時，除當前被測阻性傳感單元以外的其它阻性傳感單元無電流流過，則當前被測阻性傳感單元Rij(i＝1…M,j＝1…N)的精確測量值采用如下計算方法求得：
步驟1，流過當前被測量列(第j列)多路選擇器上的電流IEij＝ICG+IS，從而得到當前被測阻性傳感單元Rij(i＝1…M,j＝1…N)所在列線(第j列)上的電壓Vcj＝VEij-IEij×RSC＝VEij+(Vin/RS+VCG/RCG)×RSC；
步驟2，同時可以求得進而求得當前被測量行(第i列)多路選擇器上的電壓Vri＝-Vin/RS×RSr；
步驟3，可以計算得到當前被測阻性傳感單元的精確測量值：Rij＝(Vcj-Vri)/Vin×RS＝-[VEij+(VCG/RCG+Vin/RS)×RSC+Vin/RS×RSr]/Vin×RS(i＝1…M,j＝1…N)。
這樣可以基本排除二維阻性傳感單元陣列中除當前被測阻性傳感單元以外的其它阻性單元、行多路選擇器與列多路選擇器的內阻對當前被測阻性傳感單元Rij(i＝1…M,j＝1…N)測量的干擾。
與現有技術相比，本發明的有益效果在于：
(1)本發明公開的一種二維阻性傳感陣列的線性讀出電路，其輸出電壓VEij與待測二維阻性傳感陣列Rij(i＝1…M,j＝1…N)成線性比例，根據基本的歐姆定律，得到當前被測阻性傳感單元Rij(i＝1…M,j＝1…N)的阻值Rij＝-VEij/Vin×RS，即VEij/Rij＝-Vin/RS＝K，K為定值，所以輸出電壓與待測二維阻性傳感陣列具有線性關系，因此本發明電路可以快速直觀地讀出二維阻性傳感陣列，使用簡單的線性運算即可得到精確結果，避免了大量繁雜的非線性計算或浮點計算，簡化標定過程，無需采用復雜的模擬電路或者數字電路來做系統補償，且能夠根據輸入電壓的誤差估算系統誤差，使測量過程更加簡單、精確；
(2)本發明公開的一種二維阻性傳感陣列的線性讀出電路，是針對阻性傳感單元陣列的檢測需要，在不提高阻性傳感單元陣列互連復雜性的基礎上，以改進零電勢法為關鍵技術，在地線電流采樣電路與被測阻性傳感單元計算方法的共同作用下，可以準確得到流過被測阻性傳感單元所在列多路選擇器的電流IEij和流過被測阻性傳感單元所在行多路選擇器的電流IL，從而排除位于當前被測阻性傳感單元所在行、列的多路選擇器的通道內阻的電壓，準確得到當前被測阻性傳感單元兩端的電壓，而一般零電勢法電路中，流過被測阻性傳感單元所在列多路選擇器的電流IEij忽略了流到地線的一部分電流，就是地線電流采樣電路所采集到的電流ICG，這就不能準確得到當前被測阻性傳感單元兩端的電壓，因此，在引入地線電流采樣電路后，有效減少二維阻性傳感單元陣列中除當前被測阻性傳感單元以外的其它阻性傳感單元、行多路選擇器與列多路選擇器的內阻對被測當前被測阻性傳感單元測量的干擾，提高了阻性單元陣列的檢測精度，不僅可以實現對待測單元的單個選定，而且可以有效減少當前被測阻性傳感單元所在行、列線上多路選擇器的內阻和除當前被測阻性傳感單元以外的其它阻性單元的干擾，大大提高了其測量精度；
(3)采用一個運算放大器與一個電阻構成地線電流采樣電路，僅需多使用一個運算放大器與一個電阻就可以減少當前被測阻性傳感單元所在行、列多路選擇器內阻和除當前被測阻性傳感單元以外的其它阻性傳感單元的干擾，避免了由于布置多個運放而使得器件互連變得復雜，也避免了由于不同運放之間的性能參數的微小差異帶來的測量誤差。
(4)在保證測量精度的前提下，可采用價格較低、內阻較大的列多路選擇器，降低成本；
(5)采用一個運算放大器與一個電阻構成地線電流采樣電路，僅需多使用一個運算放大器與一個電阻就可以減少當前被測阻性傳感單元所在行、列多路選擇器內阻和除當前被測阻性傳感單元以外的其它阻性傳感單元的干擾，避免了由于布置多個運放而使得器件互連變得復雜，也避免了由于不同運放之間的性能參數的微小差異帶來的測量誤差；
(6)采用共用行線與列線的二維阻性傳感單元陣列，將M×N分布的阻性陣列的連線數目減少為M+N根，減少了器件互連的復雜性，保證了陣列中的每一個阻性傳感單元都有唯一的行與列組合的訪問方式；
(7)加入地線電流采樣電路后，可以精確得到地線采樣電流ICG，再結合流過測試電流設定電阻的電流IS，進而得到流入整個二維阻性傳感單元陣列中的電流值IEij＝ICG+IS，根據電流值可以計算得到整個二維阻性傳感單元陣列的功耗。
(8)本發明公開的一種二維阻性傳感陣列的線性讀出電路，同樣適用于低成本的單極性電源場合。
附圖說明
下面結合附圖和具體實施方式對本發明做進一步的闡述。
圖1是本發明基于的共用行線與列線的二維阻性傳感單元陣列示意圖；
圖2是本發明的一種二維阻性傳感陣列的線性讀出電路示意圖；
圖3是檢測待測阻性傳感單元時阻性傳感單元陣列的區域劃分示意圖；
圖4是引入地線電流采樣電路前阻性傳感單元陣列檢測的電路示意圖；
圖5是引入地線電流采樣電路后阻性傳感單元陣列檢測的電路示意圖；
圖6是引入地線電流采樣電路后單獨接行多路選擇器的阻性陣列檢測的電路示意圖；
圖7是引入地線電流采樣電路后單獨接行多路選擇器的阻性陣列檢測的另一個電路示意圖；
圖8是引入地線電流采樣電路后單獨接列多路選擇器的阻性陣列檢測的電路示意圖；
圖9是引入地線電流采樣電路后單獨接列多路選擇器的阻性陣列檢測的另一個電路示意圖；
圖10是本發明應用于單極性電源場合的電路示意圖；
具體實施方式
一種二維阻性傳感陣列的線性讀出電路，包括：共用行線和列線的二維阻性傳感單元陣列1、行多路選擇器2及列多路選擇器3、掃描控制器4及負反饋運算放大器5，所述二維阻性傳感單元陣列1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M×N的二維結構分布的阻性傳感單元陣列，陣列中的各個阻性傳感單元一端連接相應的行線，另一端連接相應的列線，處于第i行、第j列的阻性傳感單元用Rij(i＝1…M,j＝1…N)表示，其中，M為行數，N為列數，阻性傳感單元Rij的一端與行多路選擇器2的yri端相連接，阻性傳感單元Rij的另一端與列多路選擇器3的xcj端連接，行多路選擇器2的br1、br2、…、brM端口與負反饋運算放大器5的反相輸入端相連，負反饋運算放大器5的同相輸入端接地線，掃描控制器4輸出行、列掃描控制信號，行掃描控制信號控制行多路選擇器2，列掃描控制信號控制列多路選擇器3，所述線性讀出電路還包括測試電流設定電路6，所述測試電流設定電路6采用電阻RS，電阻RS的一端與行多路選擇器2的br1、br2、…、brM端口連接，電阻RS另一端連接負精密電源Vin，所述負反饋運算放大器5的輸出端與列多路選擇器3的ac1、ac2、…、acN端口連接。
在本實施例中，所述線性讀出電路包括地線電流采樣電路7，所述地線電流采樣電路7包括一個運算放大器Amp2和一個電阻RCG，所述運算放大器Amp2的同相輸入端作為地線電流采樣電路7的輸入端，在地線電流采樣電路7的輸入端上直接接地線，電阻RCG的一端與所述運算放大器Amp2的異相輸入端連接，電阻RCG的另一端與所述運算放大器的輸出端連接且作為地線電流采樣電路7的輸出端，所述運算放大器Amp2的異相輸入端至少與所述行多路選擇器2的ar1、ar2、…、arM未選端口和所述列多路選擇器3的bc1、bc2、…、bcN未選端口中的一組未選端口連接，并且，所述地線電流采樣電路7產生一電流，使得地線電流采樣電路7的采樣端與未選端口的連接節點的電勢Vzp為零。
下面參照附圖，對本發明做出如下說明：
一種二維阻性傳感陣列線的性讀出電路，包括：共用行線和列線的二維阻性傳感單元陣列1、行多路選擇器2及列多路選擇器3、掃描控制器4、負反饋運算放大器5、測試電流設定電路6及地線電流采樣電路7。所述二維阻性傳感單元陣列1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M×N的二維結構分布的阻性傳感單元陣列，陣列中的各個阻性傳感單元一端連接相應的行線，另一端連接相應的列線，處于第i行、第j列的阻性傳感單元用Rij(i＝1…M,j＝1…N)表示，其中，M為行數，N為列數，陣列分布一般N>M，阻性傳感單元Rij的一端與行多路選擇器2的yri端相連接，阻性傳感單元Rij的另一端與列多路選擇器3的xcj端連接，行多路選擇器2的ar1、ar2、…、arM端口和列多路選擇器3的bc1、bc2、…、bcN端口兩個端口中至少一個端口與地線電流采樣電路7中運算放大器的反相輸入端相連，行多路選擇器2的br1、br2、…、brM端口與負反饋運算放大器5的反相輸入端相連，負反饋運算放大器5的同相輸入端接地線，同時行多路選擇器2的br1、br2、…、brM端口還與測試電流設定電路6的電阻RS的一端連接，RS另一端連接負精密電源Vin，列多路選擇器3的ac1、ac2、…、acN端口與負反饋運算放大器5的輸出端相連，掃描控制器4輸出掃描控制信號，行控制信號控制行多路選擇器2，列控制信號控制列多路選擇器3。所述地線電流采樣電路7包括一個運算放大器和一個電阻，所述運算放大器的同相輸入端作為地線電流采樣電路7的輸入端，在地線電流采樣電路7中運算放大器的同相輸入端上直接接地線，電阻RCG的一端與所述運算放大器的異相輸入端連接，電阻RCG的另一端接所述運算放大器的輸出端相連且作為地線電流采樣電路7的輸出端，所述運算放大器的反相輸入端作為改進的零電勢點，所述電流采樣電路中電阻RCG選用特定的值。假設算放大器的最大驅動電流為Imax，最大飽和電壓為Vmax，則二維阻性陣列中阻性傳感單元的阻值范圍為(0，Vmax/Vin×RS)，且為了保證運算放大器不飽和，
對于反饋端運算放大器，所允許的最大RCG為：
對于采樣端運算放大器，所允許的最大RCG為：
為保證兩個運算放大器同時都不飽和，故
RCGmax＝min{RCGmax1,RCGmax2}
所以RCG的取值范圍為(0，RCGmax)。
其中，二維阻性傳感單元陣列1共用行線與列線，即用兩組正交的線路作為行線和列線，陣列中的阻性傳感單元一端連接相應的行線，另一端連接相應的列線，陣列中的每個阻性傳感單元都有唯一的行線與列線的組合。其有益效果是按照M×N的二維結構分布的陣列，只需要M+N根連線數目即可保證任何一個特定的阻性傳感單元可以通過控制行線和列線的相應組合被訪問。按照M×N的二維陣列結構分布，其中，M為行數，N為列數，處于第i行、第j列的阻性傳感單元用Riji＝1…M,j＝1…N)表示。
為了對陣列中的待測阻性傳感單元Rij進行單個掃描，引入行多路選擇器2、列多路選擇器3與掃描控制器4，其中，行多路選擇器2的yri端與阻性傳感單元Rij的一端連接，行多路選擇器2的ar1、ar2、…、arM端口與地線電流采樣電路7中運算放大器的反相輸入端的等效零電勢點Vzp相連，行多路選擇器2的br1、br2、…、brM端口與負反饋運算放大器5的反相輸入端相連，負反饋運算放大器5的同相輸入端接地線，同時行多路選擇器2的br1、br2、…、brM端口還與測試電流設定電路6的電阻RS的一端連接，RS另一端連接負精密電源Vin；列多路選擇器3的xcj端與阻性傳感單元Rij的另一端連接，列多路選擇器3的ac1、ac2、…、acN端口與負反饋運算放大器5的輸出端相連，列多路選擇器3的bc1、bc2、…、bcN端口與地線電流采樣電路7的反相輸入端的等效零電勢點Vzp相連。多路選擇器內置可控單刀雙擲開關，掃描控制器4輸出掃描控制信號，控制多路選擇器內端口的連接方式，行多路選擇器2通過行控制信號，控制yri端與ari端或是與bri端相連；列多路選擇器3通過列控制信號，控制xcj端與acj端或是與bcj端相連。其有益效果是可以對陣列中的阻性傳感單元Rij選中進行單個檢測，并且可以保證實現遍歷陣列中的所有待測阻性傳感單元。
二維阻性傳感單元陣列1中的阻性傳感單元可將各自所處位置的待測物理量的變化轉換為相應電阻阻值變化。當阻性傳感單元Rij被選定，其處于陣列第i行、第j列，掃描控制器4輸出掃描控制信號，列控制信號控制列多路選擇器3的第j列的xcj端與acj端相連，acj端與負反饋運算放大器5的輸出端相連，其輸出電壓為VEij，而其他列與地線電流采樣電路7的零電勢點Vzp相連，行控制信號控制行多路選擇器2的第i行的yri端與bri端相連，bri端與負反饋運算放大器5的反相輸入端相連，輸入電壓為Vre，同時bri端還與測試電流設定電路6的電阻RS的一端連接，RS另一端連接負精密電源Vin，而其他行與地線電流采樣電路的零電勢點Vzp相連，此時待測阻性傳感單元Rij被選定。
考慮到整個陣列并非完全理想，引入的行多路選擇器2、列多路選擇器3與掃描控制器4并不能完全實現屏蔽位于待測阻性傳感單元所在陣列的其它阻性傳感單元的干擾以及多路選擇器的內阻干擾，為了滿足更高精度的測量需要，將運算放大器與電阻相結合，組成地線電流采樣電路7，電壓VEij經過列多路選擇器3的選定通道作用于當前被測阻性傳感單元Rij后經由行多路選擇器2輸入到負反饋運算放大器5反相輸入端，同時作用于測試電流設定電阻后，電壓降至負精密電源電壓Vin，當前被測阻性傳感單元Rij所在行線(第i行)上的電壓表示為Vri，所在列線(第j列)上的電壓表示為Vcj，而除當前被測阻性傳感單元以外的其它阻性傳感單元與地線電流采樣電路連接，由于除當前被測阻性傳感單元以外的其它阻性傳感單元兩側連接的行、列多路選擇器端口的電壓均為VZP，即電勢差為零，此時，除當前被測阻性傳感單元以外的其它阻性傳感單元無電流流過，則當前被測阻性傳感單元Rij(i＝1…M,j＝1…N)的精確測量值采用如下計算方法求得：
步驟1，流過當前被測量列(第j列)多路選擇器上的電流IEij＝ICG+IS，從而得到當前被測阻性傳感單元Rij(i＝1…M,j＝1…N)所在列線(第j列)上的電壓Vcj＝VEij-IEij×RSC＝VEij+(Vin/RS+VCG/RCG)×RSC；
步驟2，同時可以求得進而求得當前被測量行(第i列)多路選擇器上的電壓Vri＝-Vin/RS×RSr；
步驟3，可以計算得到當前被測阻性傳感單元的精確測量值：Rij＝(Vcj-Vri)/Vin×RS＝-[VEij+(VCG/RCG+Vin/RS)×RSC+Vin/RS×RSr]/Vin×RS(i＝1…M,j＝1…N)。
這樣可以基本排除二維阻性傳感單元陣列中除當前被測阻性傳感單元以外的其它阻性單元、行多路選擇器與列多路選擇器的內阻對當前被測阻性傳感單元Rij測量的干擾。對共用行線與列線的二維阻性傳感單元陣列中的待測阻性傳感單元進行單個選定檢測時，保證了較低的器件互連的復雜性與較高的測量精度。下面參照附圖，對本發明的具體實施方案做出更為詳細的說明。
圖1為本發明基于的共用行線與列線的二維阻性傳感單元陣列，其分布可以是任意的M×N。為了保證所有的器件可以單獨掃描，且不增加器件互連復雜性的基礎上，該二維阻性傳感單元陣列共用行線與列線，即用兩組正交的線路作為行線和列線，陣列中的阻性傳感單元一端連接相應的行線，另一端連接相應的列線，陣列中的每個阻性傳感單元都有唯一的行線與列線的組合。其有益效果是按照M×N的二維結構分布的陣列，只需要M+N根連線數目即可保證任何一個特定的阻性傳感單元可以通過控制行線和列線的相應組合被訪問。其中，M為行數，N為列數，處于第i行、第j列的阻性傳感單元用Rij表示，其中i＝1、2、…、M，j＝1、2、…、N，陣列分布一般N>M。
圖2為本發明的一種二維阻性傳感陣列的線性讀出電路示意圖，圖中以R11做當前被測阻性傳感單元為例，掃描控制器輸出控制信號，控制行多路選擇器與列多路選擇器的通道分別與不同的端口相連，其中，行多路選擇器的yr1端與行多路選擇器的br1端相連，列多路選擇器的xc1端與列多路選擇器的ac1端相連。圖3為本發明的檢測待測阻性傳感單元時阻性傳感陣列的區域劃分示意圖。該圖以R11做當前被測阻性傳感單元為例，當前被測阻性傳感單元R11的一端yr1與行多路選擇器的br1端相連，另一端xc1與列多路選擇器的ac1端相連，此時R11被選中，進行單個掃描。通過當前被測阻性傳感單元R11將二維阻性傳感單元陣列分為2個區域：
1)I區：當前被測阻性傳感單元R11，此時當前被測阻性傳感單元所在行1的yr1端與br1端相連，當前被測阻性傳感單元所在第1行線上的電壓值為Vr1，當前被測阻性傳感單元所在第1列線上的電壓值為Vc1，當前被測阻性傳感單元所在列1的xc1端與ac1端相連，ac1端的電壓值為VEij，此時阻性傳感單元R11被選定；
2)II區：除當前被測阻性傳感單元R11外的其它阻性傳感單元，共(M×N-1)個單元，由于二維阻性傳感單元陣列共用行線和列線，該(M×N-1)個非被測的阻性傳感單元的行端與br1相連或列端與bcj相連，這些非被測的阻性傳感單元與地線電流采樣電路相連接構成回路；
現以R11做當前被測阻性傳感單元為例，圖4表示了引入地線電流采樣電路前阻性陣列檢測的電路示意圖。由圖4可知，在未引入地線電流采樣電路7前，測試電壓VEij經過列多路選擇器3的選定通道作用于當前被測阻性傳感單元R11后經由行多路選擇器2輸入到負反饋運算放大器5的反相輸入端，后作用于測試電流設定電阻RS，最后電壓值等于負精密電源電壓Vin，同時，VEij還經過列1的其它待測阻性傳感單元與行多路選擇器2以及行1的其它待測阻性傳感單元與列多路選擇器3，此時，電壓(VEij-Vre)不完全等于當前被測阻性傳感單元R11兩端的電壓，行、列多路選擇器的內阻RSr和RSC以及其它待測阻性傳感單元對測量結果造成干擾。因此，在僅加入運算放大電路構成的一般電阻采樣電路對阻性傳感陣列進行掃描，當對當前被測阻性傳感單元進行測量時，當前被測阻性傳感單元所在行、列的多路選擇器以及其它待測阻性傳感單元內會有電流通過，因而當前被測阻性傳感單元的測量結果會受到這些多路選擇器的內阻和它待測阻性傳感單元的干擾，影響測量結果的準確性。
圖表示了引入地線電流采樣電路后阻性陣列檢測的電路示意圖。圖5仍以R11做當前被測阻性傳感單元為例，結合圖4沒有引入地線電流采樣電路前的電路，單獨把行多路選擇器2的ar1、ar2、…、arM端口與地線電流采樣電路7中運算放大器的反相輸入端相連，它的電路示意圖如圖6和圖7所示；單獨把列多路選擇器的bc1、bc2、…、bcN端口與地線電流采樣電路7中運算放大器的反相輸入端相連，它的電路示意圖如圖8和圖9所示。
由圖6和圖7可知，單獨把行多路選擇器2的ar1、ar2、…、arM端口與地線電流采樣電路7中運算放大器的反相輸入端相連，仍以R11做當前被測阻性傳感單元為例，當待測阻性傳感單元R11被選定，其處于陣列第1行第1列，列控制信號控制列多路選擇器3第1列的xc1端與ac1端相連，ac1端與電壓VEij相連，行控制信號控制行多路選擇器2第1行的yr1端與br1端相連，br1端與負反饋運算放大器5的輸入端相連，同時連接測試電流設定電阻RS的一端，RS的另一端連接負精密電源Vin，而其他行與地線電流采樣電路的輸入端相連，此時待測阻性傳感單元R11被選定。當待測阻性傳感單元R11被選定時，電壓VEij經過列多路選擇器3的選定通道作用于當前被測阻性傳感單元R11后經由行多路選擇器2的選定通道輸入到負反饋運算放大器5的反相輸入端，后作用于測試電流設定電阻RS，最后電壓值等于負精密電源電壓Vin，同時，電壓VEij也作用于當前被測阻性傳感單元R11所在列的其它阻性傳感單元后經過行多路選擇器2的選定通道輸入到地線電流采樣電路7。此時，經過列多路選擇器3的xc1端的電流IEij包括上述2部分的電流值，由于行多路選擇器的ar1、ar2、…、arM端口接入到地線電流采樣電路，可以得到經過行多路選擇器的電流ICG，于是可以得到經過列多路選擇器xc1的電流IEij精確值，結合多路選擇器的內阻，從而排除行、列多路選擇器兩端的電壓，得到當前被測阻性傳感單元R11兩端更精確的電壓，這樣有效減小行、列多路選擇器內阻以及其它待測阻性傳感單元對測量結果的干擾。
由圖8和圖9可知，單獨把列多路選擇器3的bc1、bc2、…、bcN端口與地線電流采樣電路7中運算放大器的反相輸入端相連，仍以R11做當前被測阻性傳感單元為例，當待測阻性傳感單元R11被選定，其處于陣列第1行、第1列，列控制信號控制列多路選擇器3第1列的xc1端與ac1端相連，ac1端與電壓VEij相連，而其他列與地線電流采樣電路7輸入端相連，行控制信號控制行多路選擇器2第1行的yr1端與br1端相連，br1端與負反饋運算放大器5的反相輸入端相連，同時br1端還與測試電流設定電路6的電阻RS的一端連接，RS另一端連接負精密電源Vin，此時待測阻性傳感單元R11被選定。當待測阻性傳感單元R11被選定時，電壓VEij經過列多路選擇器3的選定通道作用于當前被測阻性傳感單元R11后經由行多路選擇器2的選定通道輸入到負反饋運算放大器5的反相輸入端，后作用于測試電流設定電阻RS，最后電壓值等于負精密電源電壓Vin，同時，電壓VEij還作用于當前被測阻性傳感單元R11所在列的待測阻性傳感單元后經由列多路選擇器3的選定通道輸入到地線電流采樣電路7。此時，經過列多路選擇器3的xc1端的電流IEij包括上述2部分的電流值，由于列多路選擇器3的bc1、bc2、…、bcN端口接入到地線電流采樣電路7，可以得到經過列多路選擇器3的電流ICG，于是可以得到經過列多路選擇器xc1的電流IEij精確值，結合多路選擇器的內阻，從而排除行、列多路選擇器兩端的電壓，得到當前被測阻性傳感單元R11兩端更精確的電壓，這樣有效減小行、列多路選擇器內阻以及經過其它待測阻性傳感單元對測量結果的干擾。
因此，在引入地線電流采樣電路后，將行多路選擇器2的ar1、ar2、…、arM端口和列多路選擇器3的bc1、bc2、…、bcN端口都連接到地線電流采樣電路7上，可準確的得到當前被測阻性傳感單元兩端的電壓值，從而基本排除行、列多路選擇器內阻以及其它待測阻性傳感單元對當前被測阻性傳感單元測量結果的影響。
最終，在對當前被測阻性傳感單元的測量過程中，當待測阻性傳感單元Rij被選中，恒定電壓VEij被加載到當前被測阻性傳感單元Rij一端，通過電壓VCG、Vin、電阻RCG、RS以及行多路選擇器內阻RSr和列多路選擇器內阻RSC的值求解出當前被測阻性傳感單元Rij的有效值。
圖10為本發明應用于單極性電源場合的電路示意圖，圖中負反饋運算放大器5的正相輸入端與地線電流采樣電路7中運算放大器Amp2的正相輸入端相連，并連接一個正精密電源，該電源電壓Vset為特定值，測試電流設定電路6中測試電流設定電阻RS一端依然連接行多路選擇器2的br1、br2、…、brM端及負反饋運算放大器5的反相輸入端，RS另一端接地。這樣，圖10即為單極性電源電路。同時，當前被測阻性傳感單元Rij(i＝1…M,j＝1…N)的精確測量值采用如下計算方法求得：
步驟1，流過當前被測量列(第j列)多路選擇器上的電流IEij＝ICG+IS，從而得到當前被測阻性傳感單元Rij(i＝1…M,j＝1…N)所在列線(第j列)上的電壓Vcj＝VEij-IEij×RSC＝VEij-(Vset/RS+VCG/RCG)×RSC；
步驟2，同時可以求得進而求得當前被測量行(第i列)多路選擇器上的電壓Vri＝Vset/RS×RSr；
步驟3，可以計算得到當前被測阻性傳感單元的精確測量值：Rij＝(Vcj-Vri)/Vset×RS＝[VEij-(VCG/RCG+Vset/RS)×RSC-Vset/RS×RSr]/Vset×RS(i＝1…M,j＝1…N)。
綜上可見，在減少由于位于待測阻性傳感單元所在二維阻性傳感單元陣列中行多路選擇器、列多路選擇器的內阻和除被測單元以外的其它阻性傳感單元對當前被測阻性傳感單元Rij的誤差干擾，改進零電勢結構具有比一般零電勢結構更好的性能。在地線電流采樣電路與被測阻性傳感單元計算方法的共同作用下，可以有效減小行多路選擇器、列多路選擇器的內阻和除被測阻性單元外的其它阻性傳感單元對當前被測阻性傳感單元測量的干擾，提高了其測量精度。
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