基于二線制等電勢法的阻性傳感器陣列測試電路的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及傳感器技術領域，尤其設及一種阻性傳感器陣列測試電路。
【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W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。運個特 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。 W溫度觸覺為例，由于溫度覺感知裝置中設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 M X N根連接線。運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MXN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，M為行數，N為列數。采用該種結構可使得按照M XN的二維結構分布的陣列，只需要M+咐良連線數目即可保證任何一個特定的電阻元件可W 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測試電路，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0~3 0)。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測試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 也導致了測試電路采樣端與阻性傳感器陣列模塊采樣端之間的電勢差，因而破壞了測試電 路的理想隔離反饋條件，使被測單元的阻值測量誤差變大。因此基本相同的連接電纜引線 電阻和不同的線纜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， 如何消除運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測試電路及其測試方法，可有效消除連接電纜引線電阻、線纜接頭觸 點電阻W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W下技術方案解決上述技術問題：
[0008] 基于二線制等電勢法的阻性傳感器陣列測試電路，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;所述測試電路包括:一個電流反饋運放、N個列線驅 動運放、一個等電流M選一多路開關、一個等電勢M選一多路開關、N個列線二選一多路開關、 測試電流設定電阻、基準電壓源，W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;N個列線驅動運放、N個列線二選一多路開關W及阻性傳感器陣列的N條列 線之間一一對應，每條列線通過一根連接線與其相對應列線驅動運放的輸出端相連，同時 該列線通過另一根連接線與其相對應列線驅動運放的反相輸入端相連，每個列線驅動運放 的同相輸入端通過與其相對應列線二選一多路開關的公共端與零電位或者與電流反饋運 放的輸出端連接;等電勢M選一多路開關的M個獨立端、等電流M選一多路開關的M個獨立端 與M條行線一一對應，每條行線通過一根連接線與等電勢M選一多路開關的對應獨立端連 接，并通過另一根連接線與等電流M選一多路開關的對應獨立端連接;等電勢M選一多路開 關的公共端與電流反饋運放的反相輸入端連接，電流反饋運放的同相輸入端連接零電位； 等電流M選一多路開關的公共端與測試電流設定電阻一端連接，測試電流設定電阻另一端 與基準電壓源連接。
[0009] 如上所述測試電路的測試方法，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:通過所述N個列線二選一多路開關使得該 待測阻性傳感器所在列線相對應列線驅動運放的同相輸入端連接電流反饋運放的輸出端， 而其它列線相對應列線驅動運放的同相輸入端均連接零電位，并且通過等電流M選一多路 開關及等電勢M選一多路開關使得該待測阻性傳感器所在行線與電流反饋運放的反相輸入 端、測試電流設定電阻同時連通，而其它行線懸空;然后利用下式計算出該待測阻性傳感器 的電阻Rxy:
[0010]
[0011] 其中，Vxy為電流反饋運放輸出端的電勢，Ve為測試電流設定電阻與等電流M選一多 路開關的公共端相連接一端的電勢，Vl為基準電壓源提供的基準電壓，Rset為測試電流設定 電阻的電阻值。
[0012] 根據相同的發明思路還可W得到W下技術方案：
[0013] 基于二線制等電勢法的阻性傳感器陣列測試電路，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；其特征在于，所述測試電路包括:一個電流反饋運 放、N個列線驅動運放、一個等電流M選一多路開關、一個等電勢M選一多路開關、N個列線二 選一多路開關、測試電流設定電阻、基準電壓源，W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;N個列線驅動運放、N個列線二選一多路開關W及阻性傳感 器陣列的N條列線之間一一對應，每條列線通過一根連接線與其相對應列線驅動運放的輸 出端相連，同時該列線通過另一根連接線與其相對應列線驅動運放的反相輸入端相連，每 個列線驅動運放的同相輸入端通過與其相對應列線二選一多路開關的公共端與基準電壓 源或者與電流反饋運放的輸出端連接;等電勢M選一多路開關的M個獨立端、等電流M選一多 路開關的M個獨立端與M條行線--對應，每條行線通過一根連接線與等電勢M選一多路開 關的對應獨立端連接，并通過另一根連接線與等電流M選一多路開關的對應獨立端連接;等 電勢M選一多路開關的公共端與電流反饋運放的反相輸入端連接，電流反饋運放的同相輸 入端連接基準電壓源;等電流M選一多路開關的公共端與測試電流設定電阻一端連接，測試 電流設定電阻另一端與零電位連接。
[0014] 如上所述測試電路的測試方法，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:通過所述N個列線二選一多路開關使得該 待測阻性傳感器所在列線相對應列線驅動運放的同相輸入端連接電流反饋運放的輸出端， 而其它列線相對應列線驅動運放的同相輸入端均連接基準電壓源，并且通過等電流M選一 多路開關及等電勢M選一多路開關使得該待測阻性傳感器所在行線與電流反饋運放的反相 輸入端、測試電流設定電阻同時連通，而其它行線懸空;然后利用下式計算出該待測阻性傳 感器的電阻Rxy:
[0015]
[0016] 其中，Vxy為電流反饋運放輸出端的電勢，Ve為測試電流設定電阻與等電流M選一多 路開關的公共端相連接一端的電勢，Vl為基準電壓源提供的基準電壓，Rset為測試電流設定 電阻的電阻值。
[0017] -種傳感系統，包括阻性傳感器陣列及相應的測試電路，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，所述測試電路為如上所述基于二線制等電勢 法的阻性傳感器陣列測試電路。
[0018] 相比現有技術，本發明具有W下有益效果：
[0019] 1.本發明是針對阻性傳感器陣列的檢測需要，在不提高陣列互連復雜性的基礎 上，W二線制電壓反饋法為關鍵技術，有效消除了多路選擇器的通道導通電阻、測試線纜接 頭的觸點電阻、長測試線纜所導致的串擾誤差，提高了測量精度，同時擴大了阻性傳感器陣 列中物理量敏感電阻的阻值范圍；而且本發明還可有效消除空間電磁噪聲的干擾；