一種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
【技術領域】
[0001] 本發明涉及傳感器技術領域，尤其涉及一種阻性傳感器陣列讀出電路。
【背景技術】
[0002] 陣列式傳感裝置就是將具有相同性能的多個傳感元件，按照二維陣列的結構組合 在一起，它可以通過檢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。
[0003] 阻性傳感器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。
[0004] 阻性傳感器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雜性，有研究者提出了共用 行線與列線的二維陣列結構。圖1顯示了共用行線和列線的二維阻性傳感器陣列的結構。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 二維結構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 連接相應的行線，另一端連接相應的列線，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，Ν為列數。采用該種結構可使得按照Μ ΧΝ的二維結構分布的陣列，只需要Μ+Ν根連線數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組合被訪問，因此所需連線數大幅減少。
[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(觸點的接觸狀態隨時間、機械振動等都會發生變化)不同而在一 定范圍內變化(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 電阻和接觸電阻導致了讀出電路驅動端與阻性傳感器陣列模塊驅動端之間的電勢差，同時 也導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果的影響顯著，同 時傳統方法還存在多路開關的通道導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。
【發明內容】
[0006] 本發明所要解決的技術問題在于克服現有技術不足，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、測試線纜接頭觸點電阻以 及多路開關通道導通電阻所產生的測量誤差，大幅提高阻性傳感器陣列的測量精度。
[0007] 本發明具體采用以下技術方案解決上述技術問題：
[0008] 一種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MXN二維阻性傳感器陣列;所述讀出電路包括:一個等電流驅動運放、一個 列線驅動運放、行多路選擇器、列多路選擇器、測試電流采樣電阻、基準電壓源，以及為所述 阻性傳感器陣列的每一條行線和列線分別設置的兩根連接線;等電流驅動運放的輸出端與 測試電流采樣電阻的一端連接，等電流驅動運放的同相輸入端連接零電位，列線驅動運放 的同相輸入端與基準電壓源連接;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動運放的輸出端連接，并通過其另一根連接線與列線驅動運 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 線與等電流驅動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采樣電阻的另 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條行線一一對應的Μ個行雙 刀雙擲開關;對于每一個行雙刀雙擲開關，其一對公共端分別通過其所對應行線的兩根連 接線與該行線連接，該行雙刀雙擲開關的其中一對獨立端分別與等電流驅動運放的反相輸 入端、測試電流采樣電阻的另一端連接，該行雙刀雙擲開關的另外一對獨立端均與零電位 連接。
[0010] 優選地，所述列多路選擇器包括與阻性傳感器陣列的Ν條列線一一對應的Ν個列雙 刀雙擲開關;對于每一個列雙刀雙擲開關，其一對公共端分別通過其所對應列線的兩根連 接線與該列線連接，該列雙刀雙擲開關的其中一對獨立端分別與列線驅動運放的輸出端、 列線驅動運放的反相輸入端連接，該列雙刀雙擲開關的另外一對獨立端均與零電位連接。
[0011] 如上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動運放的輸出端連接，并通過其另一根連接線與列線驅 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 根連接線與等電流驅動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采樣電 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，Vl為基準電壓源提供的基準電壓，為測試電流采樣電阻與行多路選擇器所 連接一端的電勢，Vt(3St為測試電流采樣電阻與等電流驅動運放的輸出端所連接一端的電 勢，Rtest為測試電流采樣電阻的電阻值。
[0014] 根據相同的發明思路還可以得到以下技術方案：
[0015] -種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MXN二維阻性傳感器陣列;所述讀出電路包括:一個等電流驅動運放、一個 列線驅動運放、行多路選擇器、列多路選擇器、測試電流采樣電阻、基準電壓源，以及為所述 阻性傳感器陣列的每一條行線和列線分別設置的兩根連接線;等電流驅動運放的輸出端與 測試電流采樣電阻的一端連接，等電流驅動運放的同相輸入端連接基準電壓源，列線驅動 運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 線通過其一根連接線與列線驅動運放的輸出端連接，并通過其另一根連接線與列線驅動運 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 連接線與等電流驅動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采樣電阻 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 電壓源連接。
[0016] 優選地，所述行多路選擇器包括與阻性傳感器陣列的Μ條行線一一對應的Μ個行雙 刀雙擲開關;對于每一個行雙刀雙擲開關，其一對公共端分別通過其所對應行線的兩根連 接線與該行線連接，該行雙刀雙擲開關的其中一對獨立端分別與等電流驅動運放的反相輸 入端、測試電流采樣電阻的另一端連接，該行雙刀雙擲開關的另外一對獨立端均與基準電 壓源連接。
[0017] 優選地，所述列多路選擇器包括與阻性傳感器陣列的Ν條列線一一對應的Ν個列雙 刀雙擲開關;對于每一