一种二维阻性传感阵列的线性读出电路制造技术

本发明专利技术公开了一种二维阻性传感阵列的线性读出电路，包括：共用行线和列线的二维阻性传感单元阵列、行多路选择器及列多路选择器、扫描控制器、负反馈运算放大器及测试电流设定电路，所述二维阻性传感单元阵列包括分别作为共用行线和共用列线的两组正交线路及按照M×N的二维结构分布的阻性传感单元阵列，扫描控制器输出行、列扫描控制信号，行扫描控制信号控制行多路选择器，列扫描控制信号控制列多路选择器，所述测试电流设定电路采用电阻RS。利用所述电路，不仅可以线性读出所测二维阻性传感单元阵列，还可以有效减小二维阻性传感单元阵列中除当前被测阻性传感单元以外的其它阻性传感单元、行多路选择器与列多路选择器内阻对测量结果的干扰。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种二维阻性传感阵列的线性读出电路，属于电路

技术介绍
阵列式传感装置就是将具有相同性能的多个传感元件，按照二维阵列的结构组合在一起，它可以通过感测聚焦在阵列上的参数变化，改变或生成相应的形态与特征。这个特性被广泛应用于生物传感、温度触觉和基于红外传感器等的热成像等方面。阻性传感阵列被广泛应用于红外成像仿真系统、力触觉感知与温度触觉感知。以温度触觉为例，由于温度觉感知装置中涉及热量的传递和温度的感知，为得到物体的热属性，装置对温度测量精度和分辨率提出了较高的要求，而为了进一步得到物体不同位置材质所表现出的热属性，则对温度觉感知装置提出了较高的空间分辨能力要求。阻性传感阵列的质量或分辨率是需要通过增加阵列中的传感器的数量来增加的。然而，当传感器阵列的规模加大，对所有元器件的信息采集和信号处理就变得困难。一般情况下，要对一个M×N阵列的所有的传感器的进行逐个访问，而每个传感器具有两个端口，共需要2×M×N根连接线。共用行线与列线的二维阵列降低了器件互连的复杂性，但阵列网络的互串效应与为实现待测阻性传感器单独选定引入的多路选择器也对检测精度带来不确定性；将扫描控制器与电阻采样电路和多路选择器结合，虽然可以实现待测阻性传感器的单个选定，仅仅是理想状态下的与阵列中其他阻性传感器的虚拟隔离，但如果想屏蔽掉待测阻性传感器所在公共行线与列线的多路选择器内阻以及其他相邻阻性传感器引起的干扰，就需要在阵列的每一行都设置扫描控制器与电阻采样电路，因此仅仅在扫描控制器与电阻采样电路的控制下，阻性传感阵列的检测电路无法同时达到较低的器件互连的复杂性与较高的检测精度。关于电阻式传感阵列的检测研究，2006年R.S.Saxena等人提出了基于红外热成像的阵列检测技术，测试结构是基于电阻传感网络配置，基于电阻的线性与齐次性使用补偿网络定理和叠加网络定理开发了该电阻网络的理论模型。使用16×16阵列网络热辐射计阵列验证，仅使用32个引脚，已经证实，该模型针对器件损坏或器件值的微小变化都可以有效分辨，但是它对待测元件所在行与所在列的其他元件的串扰没有起到很好的隔离作用。2009年Y.J.Yang等人提出了一个32×32阵列的温度和触觉传感阵列，用于机械手臂的人造皮肤，在阵列网络中加入多路选择器，行选择与列选择速度大大加快，最大检测速率高达每秒3,000像素，但该电路为了保证检测精度，屏蔽阵列内非待测电阻的干扰，在阵列的每一列都引入了运算放大电路，其电路复杂，同时多个运放性能的微小差异也会导致多个通道间测量结果的一致性较差。基于阻性阵列检测的相关专利，专利CN201410183065.4公开了一种增强电压反馈的阻性传感阵列的检测电路，实现对有故障或有变化的器件的快速检测，以增强电压反馈为关键技术，在反馈电路与特定的连接方式的作用下，可以使位于待测电阻所在行的相邻电阻两端电压保持等电位，将其中的电流限制到基本为零，有效屏蔽掉了被测电阻所在行线上相邻电阻与行多路选择器2的内阻的干扰，提高了阻性阵列的检测精度。但是，它并没有屏蔽列多路选择器内阻以及被测电阻所在列线上相邻电阻对测量结果的干扰，并未从真正意义上实现对待测电阻所在行线与列线的相邻电阻和行、列多路选择器内阻的隔离。
技术实现思路
针对阻性传感阵列检测的需要，本专利技术提出一种二维阻性传感阵列的线性读出电路，本电路可以实现对有故障或有变化的器件的线性检测，本专利技术还可以有效隔离当前被测阻性传感单元所在阵列的其余阻性传感单元和行、列多路选择器内阻对检测结果的影响，使得测量误差大大降低。本专利技术采用如下技术方案：一种二维阻性传感阵列的线性读出电路，包括：共用行线和列线的二维阻性传感单元阵列、行多路选择器及列多路选择器、扫描控制器及负反馈运算放大器，所述二维阻性传感单元阵列包括分别作为共用行线和共用列线的两组正交线路及按照M×N的二维结构分布的阻性传感单元阵列，阵列中的各个阻性传感单元一端连接相应的行线，另一端连接相应的列线，处于第i行、第j列的阻性传感单元用Rij(i＝1…M,j＝1…N)表示，其中，M为行数，N为列数，阻性传感单元Rij的一端与行多路选择器的yri端相连接，阻性传感单元Rij的另一端与列多路选择器的xcj端连接，行多路选择器的br1、br2、…、brM端口与负反馈运算放大器的反相输入端相连，负反馈运算放大器的同相输入端接地线，扫描控制器输出行、列扫描控制信号，行扫描控制信号控制行多路选择器，列扫描控制信号控制列多路选择器，所述线性读出电路还包括测试电流设定电路，所述测试电流设定电路采用电阻RS，电阻RS的一端与行多路选择器的br1、br2、…、brM端口连接，电阻RS另一端连接负精密电源Vin，所述负反馈运算放大器5的输出端与列多路选择器的ac1、ac2、…、acN端口连接。本专利技术的检测电路的工作原理在于：扫描控制器输出扫描控制信号，控制多路选择器内端口的连接方式，行控制信号控制行多路选择器2的yri端与ari端或是与bri端相连；列控制信号控制列多路选择器3的xcj端与acj端或是与bcj端相连。二维阻性传感单元阵列中的阻性传感单元可将各自所处位置的待测物理量的变化转换为相应电阻阻值变化。当待测阻性传感单元Rij被选定，其处于阵列第i行、第j列，列控制信号控制列多路选择器3第j列的xcj端与acj端相连，acj端与负反馈运算放大器5的输出端相连，其电压值为VEij，而其他列与地线电流采样电路7中运算放大器的反相输入端相连，行控制信号控制行多路选择器2第i行的yri端与bri端相连，bri端与负反馈运算放大器5的反相输入端相连，输入电压表示为Vre，而其他行与地线电流采样电路7中运算放大器的反相输入端相连，此时待测阻性传感单元Rij被选定。电压VEij经过列多路选择器3的选定通道作用于当前被测阻性传感单元Rij后经由行多路选择器2输入到负反馈运算放大器5反相输入端，同时作用于测试电流设定电阻后，电压降至负精密电源电压Vin，当前被测阻性传感单元Rij所在行线(第i行)上的电压表示为Vri，所在列线(第j列)上的电压表示为Vcj，而除当前被测阻性传感单元以外的其它阻性传感单元与地线电流采样电路连接，由于除当前被测阻性传感单元以外的其它阻性传感单元两侧连接的行、列多路选择器端口的电压均为VZP，即电势差为零，此时，除当前被测阻性传感单元以外的其它阻性传感单元无电流流过，则当前被测阻性传感单元Rij(i＝1…M,j＝1…N)的精确测量值采用如下计算方法求得：步骤1，流过当前被测量列(第j列)多路选择器上的电流IEij＝ICG+IS，从而得到当前被测阻性传感单元Rij(i＝1…M,j＝1…N)所在列线(第j列)上的电压Vcj＝VEij-IEij×RSC＝VEij+(Vin/RS+VCG/RCG)×RSC；步骤2，同时可以求得进而求得当前被测量行(第i列)多路选择器上的电压Vri＝-Vin/RS×RSr；步骤3，可以计算得到当前被测阻性传感单元的精确测量值：Rij＝(Vcj-Vri)/Vin×RS＝-[VEij+(VCG/RCG+Vin/RS)×RSC+Vin/RS×RSr]/Vin×RS(i＝1…M,j＝1…N)。这样可以基本排除二维阻性传感本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二维阻性传感阵列的线性读出电路，包括：共用行线和列线的二维阻性传感单元阵列(1)、行多路选择器(2)及列多路选择器(3)、扫描控制器(4)及负反馈运算放大器(5)，所述二维阻性传感单元阵列(1)包括分别作为共用行线和共用列线的两组正交线路及按照M×N的二维结构分布的阻性传感单元阵列，阵列中的各个阻性传感单元一端连接相应的行线，另一端连接相应的列线，处于第i行、第j列的阻性传感单元用Rij(i＝1…M,j＝1…N)表示，其中，M为行数，N为列数，阻性传感单元Rij的一端与行多路选择器(2)的yri端相连接，阻性传感单元Rij的另一端与列多路选择器(3)的xcj端连接，行多路选择器(2)的br1、br2、…、brM端口与负反馈运算放大器(5)的反相输入端相连，负反馈运算放大器(5)的同相输入端接地线，扫描控制器(4)输出行、列扫描控制信号，行扫描控制信号控制行多路选择器(2)，列扫描控制信号控制列多路选择器(3)，其特征在于，所述线性读出电路还包括测试电流设定电路(6)，所述测试电流设定电路(6)采用电阻RS，电阻RS的一端与行多路选择器(2)的br1、br2、…、brM端口连接，电阻RS另一端连接负精密电源Vin，所述负反馈运算放大器(5)的输出端与列多路选择器(3)的ac1、ac2、…、acN端口连接。...

【技术特征摘要】
1.一种二维阻性传感阵列的线性读出电路，包括：共用行线和列线的二维阻性传感单元阵列(1)、行多路选择器(2)及列多路选择器(3)、扫描控制器(4)及负反馈运算放大器(5)，所述二维阻性传感单元阵列(1)包括分别作为共用行线和共用列线的两组正交线路及按照M×N的二维结构分布的阻性传感单元阵列，阵列中的各个阻性传感单元一端连接相应的行线，另一端连接相应的列线，处于第i行、第j列的阻性传感单元用Rij(i＝1…M,j＝1…N)表示，其中，M为行数，N为列数，阻性传感单元Rij的一端与行多路选择器(2)的yri端相连接，阻性传感单元Rij的另一端与列多路选择器(3)的xcj端连接，行多路选择器(2)的br1、br2、…、brM端口与负反馈运算放大器(5)的反相输入端相连，负反馈运算放大器(5)的同相输入端接地线，扫描控制器(4)输出行、列扫描控制信号，行扫描控制信号控制行多路选择器(2)，列扫描控制信号控制列多路选择器(3)，其特征在于，所述线性读出电路还包括测试电流设定电路(6)，所述测试电流设定电路(6)采用电阻RS，电阻...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴剑锋，王愚，何赏赏，杨坚，李建清，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32