专利名称：传感器阵列的读取装置与读取方法
技术领域：
本发明是关于ー种具有压カ传感器阵列(sensor array)的电子产品，且特别是有关于ー种传感器阵列的读取装置与读取方法。
背景技术：
一些电子产品内配置了传感器阵列。例如，看护床垫需要在其内部配置压カ传感器阵列，以便侦測/记录使用者(病患)的睡卧状态。因此，软性电子零组件技术即顺应而生。变阻式压カ传感器所组成的传感器阵列具有结构简单、易于使用、轻薄、可挠曲、抗摔、低耗电等特点，并可利用印刷技术制作。然而，往往因为制程的变异因素而可能会造成变阻式压カ传感器阵列中的多个压力传感器的起始电阻值(在未受压状态的电阻值)彼此不同，而且/或是这些传感器的响应增益彼此不同。这些不同传感器之间存在着起始电阻不同及响应增益不同，会造成的量测误差及阵列量测均匀性的问题。例如，表I说明ー个3X3传感器阵列中多个变阻式压カ传感器于空载状态(在未受压的状态)的感测值。由表I可知，针对3X3传感器阵列在没有加任何负载的情况下量测到的9个压カ传感器的电压值介于122K欧姆(ohm)至342K欧姆之间。不同压カ传感器之间的起始电阻值误差从数十K欧姆到数百K欧姆之间。表1:3X3传感器阵列于空载状态的感测值
权利要求
1.一种传感器阵列的读取装置，其特征在于，包括 一切换电路，耦接至该传感器阵列； 一控制单元，耦接至该切换电路，其中该控制单元控制该切换电路进行一切换操作以便从该传感器阵列的多个传感器中选择一目标传感器，以及该控制单元依据该切换操作而动态地决定一补偿值； 一增益电路，该增益电路依据该切换电路的该切换操作而选择性地感测该些传感器中的该目标传感器，以及将感测结果增益后输出做为该目标传感器的一增益感测值；以及 一漂移补偿电路，耦接至该增益电路以接收该增益感测值，该漂移补偿电路依据该补偿值调整该增益感测值后输出做为该目标传感器的一补偿感测值。
2.如权利要求1所述传感器阵列的读取装置，其特征在于，该些传感器为压力传感器，该切换电路进行该切换操作以将一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该些传感器中除了该目标传感器外的其它传感器。
3.如权利要求2所述传感器阵列的读取装置，其特征在于，该参考电压为一接地电压或一系统最低电压。
4.如权利要求1所述传感器阵列的读取装置，还包括 一过载保护电阻，串接于该目标传感器与该增益电路之间。
5.如权利要求4所述传感器阵列的读取装置，其特征在于，该过载保护电阻是一热敏电阻；该过载保护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。
6.如权利要求4所述传感器阵列的读取装置，还包括 一热敏电阻，并联于该过载保护电阻，其特征在于，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。
7.如权利要求1所述传感器阵列的读取装置，其特征在于，该控制单元更依据该切换电路的该切换操作而动态地决定一增益值，以及该增益电路依据该增益值增益该感测结果以获得该目标传感器的该增益感测值。
8.如权利要求7所述传感器阵列的读取装置，其特征在于，该增益电路包括 一第一放大器，该第一放大器的非反相输入端稱接一参考电压，该第一放大器的反相输入端依据该切换电路的切换操作而耦接该目标传感器；以及 一第一可变电阻单元，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依据该切换电路的切换操作而改变。
9.如权利要求8所述传感器阵列的读取装置，其特征在于，该第一可变电阻单元包括 多个第一电阻，其第一端共同耦接至该第一放大器的输出端，其中该些第一电阻的阻值互不相同；以及 一第一开关，该第一开关依据该切换电路的切换操作而将该第一放大器的反相输入端选择性地耦接至该些第一电阻其中一者的第二端。
10.如权利要求8所述传感器阵列的读取装置，其特征在于，该增益电路还包括 一第二放大器，该第二放大器的非反相输入端稱接该参考电压，该第二放大器的输出端提供该增益感测值给该漂移补偿电路；一第二电阻，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 一第三电阻，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。
11.如权利要求7所述传感器阵列的读取装置，其特征在于，该控制单元具有一查找表，用以记录该些传感器所对应的不同增益值，以及该控制单元依据该切换电路的切换操作而从该查找表提取该目标传感器的该增益值。
12.如权利要求1所述传感器阵列的读取装置，其特征在于，该控制单元具有一查找表，用以记录该些传感器所对应的不同补偿值，以及该控制单元依据该切换电路的切换操作而从该查找表提取该目标传感器的该补偿值。
13.如权利要求1所述传感器阵列的读取装置，其特征在于，该漂移补偿电路为一误差放大器，该误差放大器的反相输入端接收该补偿值，该误差放大器的非反相输入端耦接至该增益电路以接收该增益感测值，而该误差放大器的输出端输出该补偿感测值。
14.如权利要求1所述传感器阵列的读取装置，其特征在于，该漂移补偿电路为一减法器，该减法器接收并计算该增益感测值与该补偿值的差值，以及输出该差值做为该目标传感器的该补偿感测值。
15.如权利要求1所述传感器阵列的读取装置，其特征在于，该漂移补偿电路包括 一第三放大器，该第三放大器的非反相输入端耦接至该增益电路以接收该增益感测值； 一第四放大器，该第四放大器的非反相输入端接收该补偿值； 一第四电阻，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； 一第五电阻，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； 一第六电阻，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端； 一第七电阻，该第七电阻的第一端耦接至该第三放大器的输出端； 一第八电阻，该第八电阻的第一端耦接至该第四放大器的输出端； 一第五放大器，该第五放大器的非反相输入端耦接至该第七电阻的第二端，该第五放大器的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输出该补偿感测值； 一第九电阻，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 一第十电阻，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一参考电压。
16.如权利要求1所述传感器阵列的读取装置，还包括 一数字模拟转换器，依据该控制单元的控制而动态地输出该补偿值至该漂移补偿电路。
17.如权利要求1所述传感器阵列的读取装置，还包括一第二可变电阻单元，其第一端耦接一偏压电压，其特征在于，该第二可变电阻单元的阻值是依据该控制单元的控制而改变； 一第十一电阻，该第十一电阻的第一端耦接至该第二可变电阻单元的第二端，该第十一电阻的第二端耦接至一参考电压；以及 一第六放大器，该第六放大器的非反相输入端耦接至该第二可变电阻单元的第二端，该第六放大器的反相输入端I禹接至该第六放大器的输出端，该第六放大器的输出端输出该补偿值至该漂移补偿电路。
18.—种传感器阵列的读取方法,包括 进行一切换操作，以便从该传感器阵列的多个传感器中选择一目标传感器； 依据该切换操作，动态地决定一补偿值； 依据该切换操作，选择性地感测该些传感器中的该目标传感器，以及将感测结果增益后做为该目标传感器的一增益感测值；以及 依据该补偿值调整该增益感测值后做为该目标传感器的一补偿感测值。
19.如权利要求18所述传感器阵列的读取方法，其特征在于，该些传感器为压力传感器，该切换操作将一偏压电压切换至该目标传感器，以及该切换操作将低于该偏压电压的一参考电压耦接至该些传感器中除了该目标传感器外的其它传感器。
20.如权利要求19所述传感器阵列的读取方法，其特征在于，该参考电压为一接地电压或一系统最低电压。
21.如权利要求18所述传感器阵列的读取方法，还包括 依据该切换操作，动态地决定一增益值；以及 依据该增益值增益所述感测结果，以获得该目标传感器的该增益感测值。
22.如权利要求21所述传感器阵列的读取方法，其特征在于，所述动态地决定一增益值的步骤包括 记录该些传感器所对应的不同增益值于一查找表；以及 依据该切换操作，从该查找表提取该目标传感器的该增益值。
23.如权利要求22所述传感器阵列的读取方法，其特征在于，所述记录该些传感器所对应的不同增益值于一查找表的步骤包括 使该些传感器保持于一第一负载状态； 感测于该第一负载状态下的该些传感器，以获得该些传感器的第一负载感测值； 使该些传感器保持于一第二负载状态； 感测于该第二负载状态下的该些传感器，以获得该些传感器的第二负载感测值；依据该些第一负载感测值与该些第二负载感测值，计算该些传感器于负载对感测值特性曲线的斜率；以及 将该些斜率作为该些传感器所对应的不同增益值，并将该些增益值记录于该查找表。
24.如权利要求22所述传感器阵列的读取方法，其特征在于，所述记录该些传感器所对应的不同增益值于一查找表的步骤包括 使该些传感器保持于一第一负载状态； 感测于该第一负载状态下的该些传感器，以获得该些传感器的第一负载感测值； 使该些传感器保持于一第二负载状态；感测于该第二负载状态下的该些传感器，以获得该些传感器的第二负载感测值；依据该些第一负载感测值与该些第二负载感测值，计算该些传感器于负载对感测值特性曲线的斜率； 将该些斜率依大小分为多个群，其中每一个群各自具有一个增益值； 以及 将该些斜率所对应的不同增益值记录于该查找表。
25.如权利要求18所述传感器阵列的读取方法，其特征在于，所述动态地决定一补偿值的步骤包括 记录该些传感器所对应的不同补偿值于一查找表；以及 依据该切换操作，从该查找表提取该目标传感器的该补偿值。
26.如权利要求25所述传感器阵列的读取方法，其特征在于，所述记录该些传感器所对应的不同补偿值于一查找表的步骤包括 使该些传感器保持空载状态； 感测于空载状态下的该些传感器，以获得该些传感器的空载感测值；以及将该些空载感测值作为该些传感器所对应的不同补偿值，并将该些补偿值记录于该查找表。
27.如权利要求25所述传感器阵列的读取方法，其特征在于，所述记录该些传感器所对应的不同补偿值于一查找表的步骤包括 使该些传感器保持空载状态； 感测于空载状态下的该些传感器，以获得该些传感器的空载感测值； 将该些空载感测值依大小分为多个群，其中每一个群各自具有一个补偿值；以及 将该些空载感测值所对应的补偿值记录于该查找表。
28.如权利要求18所述传感器阵列的读取方法，其特征在于，所述调整该增益感测值的步骤包括 计算该增益感测值与该补偿值的差值；以及 输出该差值做为该目标传感器的该补偿感测值。
29.—种传感器阵列的读取装置，包括 一切换电路，耦接至该传感器阵列； 一控制单元，耦接至该切换电路，其中该控制单元控制该切换电路进行一切换操作以便从该传感器阵列的多个传感器中选择一目标传感器，以及该控制单元依据该切换操作而动态地决定一增益值；以及 一增益电路，该增益电路依据该切换电路的该切换操作而选择性地感测该些传感器中的该目标传感器，以及依据该增益值将感测结果增益后输出做为该目标传感器的一增益感测值。
30.如权利要求29所述传感器阵列的读取装置，其特征在于，该些传感器为压力传感器，该切换电路进行该切换操作以将一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该些传感器中除了该目标传感器外的其它传感器。
31.如权利要求30所述传感器阵列的读取装置，其特征在于，该参考电压为一接地电压或一系统最低电压。
32.如权利要求29所述传感器阵列的读取装置，还包括 一过载保护电阻，串接于该目标传感器与该增益电路之间。
33.如权利要求32所述传感器阵列的读取装置，其特征在于，该过载保护电阻是一热敏电阻；该过载保护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。
34.如权利要求32所述传感器阵列的读取装置，还包括 一热敏电阻，并联于该过载保护电阻，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。
35.如权利要求29所述传感器阵列的读取装置，其特征在于，该增益电路包括 一第一放大器，该第一放大器的非反相输入端稱接一参考电压，该第一放大器的反相输入端依据该切换电路的切换操作而耦接该目标传感器；以及 一第一可变电阻单元，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依据该切换电路的切换操作而改变。
36.如权利要求35所述传感器阵列的读取装置，其特征在于，该第一可变电阻单元包括 多个第一电阻，其第一端共同耦接至该第一放大器的输出端，其中该些第一电阻的阻值互不相同；以及 一第一开关，该第一开关依据该切换电路的切换操作而将该第一放大器的反相输入端选择性地耦接至该些第一电阻其中一者的第二端。
37.如权利要求35所述传感器阵列的读取装置，其特征在于，该增益电路还包括 一第二放大器，该第二放大器的非反相输入端稱接该参考电压，该第二放大器的输出端输出该增益感测值； 一第二电阻，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 一第三电阻，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。
38.如权利要求29所述传感器阵列的读取装置，其特征在于，该控制单元具有一查找表，用以记录该些传感器所对应的不同增益值，以及该控制单元依据该切换电路的切换操作而从该查找表提取该目标传感器的该增益值。
39.一种传感器阵列的读取方法,包括 进行一切换操作，以便从该传感器阵列的多个传感器中选择一目标传感器； 依据该切换操作，动态地决定一增益值； 依据该切换操作，选择性地感测该些传感器中的该目标传感器，以获得一感测结果；以及 依据该增益值将感测结果增益后做为该目标传感器的一增益感测值。
40.如权利要求39所述传感器阵列的读取方法，其特征在于，该些传感器为压力传感器，该切换操作将一偏压电压切换至该目标传感器，以及该切换操作将低于该偏压电压的一参考电压耦接至该些传感器中除了该目标传感器外的其它传感器。
41.如权利要求40所述传感器阵列的读取方法，其特征在于，该参考电压为一接地电压或一系统最低电压。
42.如权利要求39所述传感器阵列的读取方法，其特征在于，所述动态地决定一增益值的步骤包括 记录该些传感器所对应的不同增益值于一查找表；以及 依据该切换操作，从该查找表提取该目标传感器的该增益值。
43.如权利要求42所述传感器阵列的读取方法，其特征在于，所述记录该些传感器所对应的不同增益值于一查找表的步骤包括 使该些传感器保持于一第一负载状态； 感测于该第一负载状态下的该些传感器，以获得该些传感器的第一负载感测值； 使该些传感器保持于一第二负载状态； 感测于该第二负载状态下的该些传感器，以获得该些传感器的第二负载感测值； 依据该些第一负载感测值与该些第二负载感测值，计算该些传感器于负载对感测值特性曲线的斜率；以及 将该些斜率作为该些传感器所对应的不同增益值，并将该些增益值记录于该查找表。
44.如权利要求42所述传感器阵列的读取方法，其特征在于，所述记录该些传感器所对应的不同增益值于一查找表的步骤包括 使该些传感器保持于一第一负载状态； 感测于该第一负载状态下的该些传感器，以获得该些传感器的第一负载感测值； 使该些传感器保持于一第二负载状态； 感测于该第二负载状态下的该些传感器，以获得该些传感器的第二负载感测值； 依据该些第一负载感测值与该些第二负载感测值，计算该些传感器于负载对感测值特性曲线的斜率； 将该些斜率依大小分为多个群，其中每一个群各自具有一个增益值；以及 将该些斜率所对应的不同增益值记录于该查找表。
全文摘要
一种传感器阵列的读取装置与读取方法。读取装置包括切换电路、控制单元、增益电路以及漂移补偿电路。控制单元控制切换电路进行切换操作，以便从传感器阵列的多个传感器中选择一个目标传感器。增益电路依据切换电路的切换操作而选择性地感测所述目标传感器，以及将感测结果增益后输出做为该目标传感器的增益感测值。控制单元更依据该切换操作而动态地决定补偿值。漂移补偿电路依据该补偿值调整所述增益感测值后输出做为该目标传感器的补偿感测值。
文档编号G01L1/18GK103033294SQ20111036971
公开日2013年4月10日 申请日期2011年11月15日 优先权日2011年10月5日
发明者曾国华, 刘昌和, 林雁容, 陈冠位 申请人:财团法人工业技术研究院