一种基于二线制等电势法的阻性传感器阵列快速读出电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种阻性传感器阵列快速读出电路。
【背景技术】
[0002] 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，它可以通过检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。
[0003] 阻性传感器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。
[0004] 阻性传感器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MXN阵列的所有的阻性传感器的进行逐个访问，而每个阻性传感器具 有两个端口，共需要2 X Μ X N根连接线。这种连接方式不仅连线复杂，而且每次只能选定单 个待测电阻，扫描速度慢，周期长，效率低。为降低器件互连的复杂性，有研究者提出了共用 行线与列线的二维阵列结构。图1显示了共用行线和列线的二维阻性传感器阵列的结构。如 图1所示，该传感器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ΜΧΝ的 二维结构分布的物理量敏感电阻（即阻性传感器)阵列，阵列中的各个物理量敏感电阻一端 连接相应的行线，另一端连接相应的列线，阵列中的每个电阻都有唯一的行线与列线的组 合，处于第i行第j列的电阻用Ru表示，其中，Μ为行数，Ν为列数。采用该种结构可使得按照Μ ΧΝ的二维结构分布的阵列，只需要Μ+Ν根连线数目即可保证任何一个特定的电阻元件可以 通过控制行线和列线的相应组合被访问，因此所需连线数大幅减少。
[0005] 共用行列线的阻性传感器阵列通常需要通过较长线缆连接读出电路，而较长连接 线缆的多根引线上存在引线电阻，其阻值在多根等长等材质的引线间基本相同，且随线缆 长度增加而增大；同时连接线缆的插头与插座间的触点存在接触电阻，对于每对触点，其接 触电阻阻值随其接触状态(触点的接触状态随时间、机械振动等都会发生变化)不同而在一 定范围内变化(约〇~3 Ω)。阻值基本相同的引线电阻和阻值不同的接触电阻对阻性传感器 阵列的测试精度存在明显影响。就基于等电势法的共用行列线阻性传感器阵列而言，引线 电阻和接触电阻导致了读出电路驱动端与阻性传感器阵列模块驱动端之间的电势差，同时 也导致了读出电路采样端与阻性传感器阵列模块采样端之间的电势差，因而破坏了读出电 路的理想隔离反馈条件，使被测单元的阻值测量误差变大。因此基本相同的引线电阻和不 同的接头触点电阻对基于等电势法的共用行列线阻性传感器阵列测试结果的影响显著，同 时传统方法还存在多路开关的通道导通电阻会影响待测单元的测量误差，如何消除这些因 素的影响是一个有待深入研究的问题。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种基于二线制等电势 法的阻性传感器阵列快速读出电路，可有效消除测试线缆引线电阻、测试线缆接头触点电 阻以及多路开关通道导通电阻所产生的测量误差，大幅提高阻性传感器阵列的测量精度。
[0007] 本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：
[0008] -种基于二线制等电势法的阻性传感器阵列快速读出电路，所述阻性传感器阵列 为共用行线和列线的Μ X N二维阻性传感器阵列;所述快速读出电路包括:列线驱动运放、列 多路选择器、基准电压源，与阻性传感器阵列的Μ条行线一一对应的Μ个等电流运放和Μ个测 试电流采样电阻，以及为所述阻性传感器阵列的每一条行线和列线分别设置的两根连接 线;每一条行线通过其一根连接线与其所对应等电流运放的反相输入端连接，并通过其另 一根连接线与其所对应测试电流采样电阻的一端连接，其所对应等电流运放的输出端连接 其所对应测试电流采样电阻的另一端;各等电流运放的同相输入端均与零电位连接;所述 列多路选择器可使得阻性传感器阵列中任意一条列线通过其一根连接线与列线驱动运放 的输出端连接/断开，同时通过其另一根连接线与列线驱动运放的反相输入端连接/断开； 列线驱动运放的同相输入端连接基准电压源。
[0009] 优选地，所述列多路选择器包括与阻性传感器阵列的Ν条列线一一对应的Ν个单刀 单掷开关组;每个单刀单掷开关组包括一对联动的单刀单掷开关，其所对应列线分别通过 其两根连接线与这两个单刀单掷开关的一端连接，这两个单刀单掷开关的另一端分别连接 列线驱动运放的输出端、列线驱动运放的反相输入端。
[0010] 上述快速读出电路的读出方法，首先选通当前待测列：通过列多路选择器使得阻 性传感器阵列中当前待测列的列线分别通过其两条连接线同时与列线驱动运放的输出端、 列线驱动运放的反相输入端连接，同时使得其他列线与列线驱动运放的输出端、列线驱动 运放的反相输入端同时断开;然后根据以下公式计算当前待测的第y列中每个阻性传感器 的电阻值，y = l，2，"_，N:
[0011]
[0012]式中，Rxy表示当前待测的第y列中的第X行阻性传感器的电阻值;RLx表示阻性传感 器阵列中第X行行线所对应测试电流采样电阻的电阻值;V:为基准电压源所提供的基准电 压;Vxy、V M分别表示在选通第y列的情况下，阻性传感器阵列中第X行行线所对应测试电流 采样电阻与相应等电流运放输出端所连接一端以及与第X行行线所连接一端的电势;X = 1， 2,…，M〇
[0013] 根据相同的发明思路还可以得到以下技术方案：
[0014] -种基于二线制等电势法的阻性传感器阵列快速读出电路，所述阻性传感器阵列 为共用行线和列线的Μ X N二维阻性传感器阵列;所述快速读出电路包括:列线驱动运放、列 多路选择器、基准电压源，与阻性传感器阵列的Μ条行线一一对应的Μ个等电流运放和Μ个测 试电流采样电阻，以及为所述阻性传感器阵列的每一条行线和列线分别设置的两根连接 线;每一条行线通过其一根连接线与其所对应等电流运放的反相输入端连接，并通过其另 一根连接线与其所对应测试电流采样电阻的一端连接，其所对应等电流运放的输出端连接 其所对应测试电流采样电阻的另一端;各等电流运放的同相输入端均与基准电压源连接； 所述列多路选择器可使得阻性传感器阵列中任意一条列线通过其一根连接线与列线驱动 运放的输出端连接/断开，同时通过其另一根连接线与列线驱动运放的反相输入端连接/断 开;列线驱动运放的同相输入端连接零电位。
[0015] 优选地，所述列多路选择器包括与阻性传感器阵列的N条列线一一对应的N个单刀 单掷开关组;每个单刀单掷开关组包括一