传感器的读取装置与驱动方法
【专利摘要】一种传感器的读取装置与驱动方法。读取装置包括可调式偏压单元、传感器单元、信号转换单元、检查单元以及控制单元。该传感器单元使用可调式偏压单元的偏压电压而感测物理能量，以及输出感测结果。控制单元依据感测结果控制可调式偏压单元去调整偏压电压。因此，读取装置能改善长时间检测时所造成的连续功率损失。
【专利说明】传感器的读取装置与驱动方法
【技术领域】[0001]本发明涉及一种感测装置，且特别涉及一种传感器的读取装置与传感器的驱动方法。
【背景技术】[0002]随着生活类型及技术发展趋势，人类对于电子产品的需求，除了轻薄短小的规格外，对于具备能卷曲、方便携带、触感舒适、耗能低、容易维护等特性的产品将有极大的需求。而现阶段的半导体及电子零组件等现有技术皆属硬质材料，在应用产品设计上无法做到前述的需求。因此软性电子零组件技术即因应而生。目前的变阻式阵列感测元件具有易于使用、轻薄、可挠曲、不规则形状、抗摔、可利用印刷的网印技术制作、可定制化制成不同尺寸及形状、结构简单…等优点。不管是单点或阵列式软性变阻压力感测元件，就巨观角度而言，其等效电路皆为可变电阻。然而，软性压力感测元件的电阻值会随着受到的压力大小而变动，其电阻变动范围介于几百万(Million)欧姆(ohm)到几欧姆间。对于传统驱动电路而言,如何在如此大的电阻变动范围中有效地读出软性压力感测元件的正确电阻值(压力值)是困难的。[0003]另一方面，在需要长时间监测压力的使用情境上(如居家照护床垫/椅垫，工厂自动化设备…等应用产品)，此传统驱动电路会有大量功率损耗的问题。分析其原因，主要是压力感测元件在压力对电阻值的关系曲线为一负向特性曲线(即压力愈大，电阻值愈小)。表1说明不同压力施加至压力感测元件时，压力感测元件电阻值与功率损耗的关系。在此假设压力感测元件的偏压电压为3.3V。由表1可知，当软性压力感测元件承受压力较小(或没有受压)时，压力感测元件的电阻值约为IM ohm，其功率损耗P=I*I*R=0.00001089W。当软性压力感测元件受到中等压力时，电阻约为lOOOohm，其功率损耗P=0.01089ff(与没有受压时功率损耗相差近1000倍)。当软性压力感测元件受到较大压力时，压力感测元件的电阻值约为lOohm，其功率损耗P=L 089ff(与没有受压时功率损耗相差近100000倍)。[0004]表1:压力对压力感测元件电阻值的关系
【权利要求】
1.一种传感器的读取装置，其特征在于该读取装置包括: 可调式偏压单元，调整与输出偏压电压； 传感器单元，其偏压端耦接至该可调式偏压单元以接收该偏压电压，其中该传感器单元使用该偏压电压而感测物理能量，以及该传感器单元的输出端对应输出感测结果； 信号转换单元，其输入端耦接至该传感器单元的输出端以接收该感测结果，以及依据该感测结果对应输出电信号； 检查单元，其输入端耦接至该信号转换单元以接收与检查该电信号，以及该检查单元的输出端对应输出检查结果；以及 控制单元，耦接至该检查单元的输出端以及该可调式偏压单元，其中该控制单元依据该检查结果控制该可调式偏压单元以对应调整该偏压电压。
2.如权利要求1所述传感器的读取装置，其特征在于该可调式偏压单元包括: 可变电阻，其第一端耦接电压源，该可变电阻的第二端输出该偏压电压，其中该可变电阻的阻值受控于该控制单元。
3.如权利要求1所述传感器的读取装置，其特征在于该可调式偏压单元包括: 多个电阻，其第一端共同耦接至该传感器单元以输出该偏压电压，其中这些电阻的阻值互不相同；以及 开关，该开关受控于该控制单元而将电压源选择性地耦接至这些电阻其中一者的第二端。
4.如权利要求1所述传感器的读取装置，其特征在于该传感器单元包括: 传感器阵列；以及 切换电路，耦接至该传感器阵列； 其中该控制单元控制该切换电路进行切换操作，以便从该传感器阵列的多个传感器中选择目标传感器；以及该信号转换单元依据该切换电路的该切换操作而选择性地感测这些传感器中的该目标传感器，以及将感测结果增益后输出作为该电信号。
5.如权利要求4所述传感器的读取装置，其特征在于这些传感器为压力传感器，该切换电路进行该切换操作以将该偏压电压切换至该目标传感器，以及该切换电路将低于该偏压电压的一参考电压耦接至这些传感器中除了该目标传感器外的其他传感器。
6.如权利要求5所述传感器的读取装置，其特征在于该参考电压为接地电压或系统最低电压。
7.如权利要求4所述传感器的读取装置，其特征在于该传感器单元还包括: 过载保护器，串接于该目标传感器与该信号转换单元之间。
8.如权利要求7所述传感器的读取装置，其特征在于该过载保护器是热敏电阻；该过载保护器与该目标传感器二者中之一者具有正温度系数，另一者具有负温度系数。
9.如权利要求7所述传感器的读取装置，其特征在于该传感器单元还包括: 热敏电阻，并联于该过载保护器，其中该热敏电阻与该目标传感器二者中之一者具有正温度系数，另一者具有负温度系数。
10.如权利要求1所述传感器的读取装置，其特征在于该控制单元动态地决定增益值，以及该信号转换单元依据该增益值读取该感测结果以获得对应于该传感器单元的电信号。
11.如权利要求10所述传感器的读取装置， 其特征在于该信号转换单元包括:第一放大器，该第一放大器的非反相输入端稱接参考电压，该第一放大器的反相输入端耦接该传感器单元；以及 第一可变电阻单元，该第一可变电阻单元的第一端与第二端分别耦接至该第一放大器的反相输入端与输出端，其中该第一可变电阻单元的阻值是受控于该控制单元。
12.如权利要求11所述传感器的读取装置，其特征在于该信号转换单元还包括: 第二放大器，该第二放大器的非反相输入端耦接该参考电压，该第二放大器的输出端提供该电信号给该检查单元； 第二电阻，该第二电阻的第一端与第二端分别耦接至该第一放大器的输出端与该第二放大器的反相输入端；以及 第三电阻，该第三电阻的第一端与第二端分别耦接至该第二放大器的反相输入端与该第二放大器的输出端。
13.如权利要求1所述传感器的读取装置，其特征在于该检查单元包括: 延迟电路，其输入端耦接至该信号转换单元以接收该电信号；以及 误差放大器，该误差放大器的反相输入端耦接至该信号转换单元以接收该电信号，该误差放大器的非反相输入端耦接至该延迟电路的输出端，而该误差放大器的输出端输出该检查结果。
14.如权利要求1所述传感器的读取装置，其特征在于该检查单元包括: 延迟电路，其输入端耦接至该信号转换单元以接收该电信号；以及 减法器，该减法器接收并计算该电信号与该延迟电路的输出端的信号二者的差值，以及输出该差值作为该检查结果。
15.如权利要求1所述传感器的读取装置，其特征在于该检查单元包括: 延迟电路，其输入端耦接至该信号转换单元以接收该电信号；以及 比较电路，其第一输入端耦接至该信号转换单元以接收该电信号，该比较电路的第二输入端耦接至该延迟电路的输出端。
16.如权利要求15所述传感器的读取装置，其特征在于该比较电路包括: 第三放大器，该第三放大器的非反相输入端耦接至该信号转换单元以接收该电信号； 第四放大器，该第四放大器的非反相输入端耦接至该延迟电路的输出端； 第四电阻，该第四电阻的第一端与第二端分别耦接至该第三放大器的反相输入端与该第四放大器的反相输入端； 第五电阻，该第五电阻的第一端与第二端分别耦接至该第三放大器的反相输入端与输出端； 第六电阻，该第六电阻的第一端与第二端分别耦接至该第四放大器的反相输入端与输出立而; 第七电阻，该第七电阻的第一端耦接至该第三放大器的输出端； 第八电阻，该第八电阻的第一端耦接至该第四放大器的输出端； 第五放大器，该第五放大器的反相输入端耦接至该第七电阻的第二端，该第五放大器的非反相输入端耦接至该第八电阻的第二端，该第五放大器的输出端作为该比较电路的输出端； 第九电阻，该第九电阻的第一端与第二端分别耦接至该第五放大器的反相输入端与输出端；以及 第十电阻，该第十电阻的第一端耦接至该第五放大器的非反相输入端，该第十电阻的第二端耦接至参考电压。
17.如权利要求15所述传感器的读取装置，其特征在于该检查单元还包括: 模拟数字转换器，其输入端耦接至该比较电路的输出端，该模拟数字转换器的输出端提供该检查结果给该控制单元。
18.如权利要求15所述传感器的读取装置，其特征在于该比较电将该电信号减去该延迟电路所输出的延迟信号而获得脉冲；该脉冲的电压振幅是响应于该传感器单元的该感测结果；以及该控制单元更依据该脉冲的电压振幅控制该可调式偏压单元以对应调整该偏压电压。
19.如权利要求15所述传感器的读取装置，其特征在于该电信号的电压振幅与该延迟电路所输出的延迟信号的电压振幅是响应于该传感器单元的该感测结果；该比较电将该电信号减去该延迟信号而获得脉冲；该控制单元累计该脉冲的电压振幅至计数值；以及该控制单元更依据该计数值控制该可调式偏压单元以对应调整该偏压电压。
20.如权利要求15所述传感器的读取装置，其特征在于该检查单元还包括: 触发电路，其输入端与输出端分别耦接至该信号转换单元与该控制单元，其中该触发电路依据该电信号判断有无该物理能量施加于该传感器单元；当该物理能量施加于该传感器单元时，该触发电路触发该控制单元进入低功率模式。
21.如权利要求20所述传感器的读取装置，其特征在于该触发电路包括: 比较器，该比较器的非反相输入端耦接至该信号转换单元，该比较器的反相输入端耦接至参考电压，该比较器的·输出端耦接至该控制单元。
22.如权利要求1所述传感器的读取装置，其特征在于该控制单元具有查找表，用以记录该物理能量与该偏压电压的关系；以及该控制单元依据该电信号推得该物理能量，进而依据该物理能量而从该查找表决定该可调式偏压单元的该偏压电压。
23.如权利要求1所述传感器的读取装置，其特征在于当该检查单元的该检查结果表示该物理能量未施加于该传感器单元时，该控制单元控制该可调式偏压单元输出初始电压作为该偏压电压。
24.如权利要求1所述传感器的读取装置，其特征在于当该检查单元的该检查结果表示该物理能量施加于该传感器单元时，该控制单元进入低功率模式，以控制该可调式偏压单元调降该偏压电压。
25.如权利要求24所述传感器的读取装置，其特征在于该传感器单元包含多个传感器；于该低功率模式中，该控制单元控制该可调式偏压单元调降该偏压电压并提供给这些传感器中被施加该物理能量者，以及该控制单元禁能这些传感器中未被施加该物理能量者。
26.如权利要求24所述传感器的读取装置，其特征在于于该低功率模式中，该控制单元减少该读取装置对该传感器单元进行读取的频率。
27.如权利要求1所述传感器的读取装置，其特征在于当该检查单元的该检查结果表示施加于该传感器单元的该物理能量增加第一能量值时，该控制单元将该第一能量值加入计数值；以及当该检查单元的该检查结果表示施加于该传感器单元的该物理能量减少第二能量值时，该控制单元将该计数值减少该第二能量值。
28.如权利要求27所述传感器的读取装置，其特征在于该控制单元依据该计数值控制该可调式偏压单元调整该偏压电压。
29.如权利要求27所述传感器的读取装置，其特征在于当该计数值落入空载范围时，该控制单元控制该可调式偏压单元将该偏压电压设定为初始电压。
30.一种传感器的驱动方法，其特征在于该驱动方法包括: 由可调式偏压单元提供调整与输出偏压电压至传感器单元的偏压端； 由该传感器单元使用该偏压电压而感测物理能量，以对应获得感测结果； 将该感测结果对应转换为电信号； 检查该电信号，以对应获得检查结果；以及 依据该检查结果控制该可调式偏压单元以对应调整该偏压电压。
31.如权利要求30所述传感器的驱动方法，其特征在于所述将该感测结果对应转换为电信号的步骤包括: 动态地决定增益值；以及 依据该增益值读取该感 测结果，以获得该电信号。
32.如权利要求30所述传感器的驱动方法，其特征在于该驱动方法还包括: 提供查找表，其中该查找表记录该物理能量与该偏压电压的关系；以及 依据该电信号推得该物理能量，进而依据该物理能量而从该查找表决定该可调式偏压单元的该偏压电压。
33.如权利要求30所述传感器的驱动方法，其特征在于该驱动方法还包括: 当该检查结果表示该物理能量未施加于该传感器单元时，控制该可调式偏压单元输出初始电压作为该偏压电压。
34.如权利要求30所述传感器的驱动方法，其特征在于该驱动方法还包括: 当该检查结果表示该物理能量施加于该传感器单元时，进入低功率模式，以控制该可调式偏压单元调降该偏压电压。
35.如权利要求34所述传感器的驱动方法，其特征在于该传感器单元包含多个传感器，而所述驱动方法还包括: 在该低功率模式中，控制该可调式偏压单元调降该偏压电压并提供给这些传感器中被施加该物理能量者；以及 在该低功率模式中，禁能这些传感器中未被施加该物理能量者。
36.如权利要求34所述传感器的驱动方法，其特征在于该驱动方法还包括: 在该低功率模式中，减少对该传感器单元进行读取的频率。
37.如权利要求30所述传感器的驱动方法，其特征在于该驱动方法还包括: 当该检查结果表示施加于该传感器单元的该物理能量增加第一能量值时，将该第一能量值加入计数值；以及 当该检查结果表示施加于该传感器单元的该物理能量减少第二能量值时，将该计数值减少该第二能量值。
38.如权利要求37所述传感器的驱动方法，其特征在于该驱动方法还包括: 依据该计数值控制该可调式偏压单元调整该偏压电压。
39.如权利要求37所述传感器的驱动方法，其特征在于该驱动方法还包括: 当该计数值落入空载范围时， 该控制单元控制该可调式偏压单元将该偏压电压设定为初始电压。
【文档编号】G01L1/20GK103575433SQ201210325624
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年9月5日 优先权日:2012年7月19日
【发明者】曾国华, 刘昌和, 柯文清, 林雁容, 陈冠位 申请人:财团法人工业技术研究院