CN103033294A - 传感器阵列的读取装置与读取方法 - Google Patents

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CN103033294A CN2011103697150A CN201110369715A CN103033294A CN 103033294 A CN103033294 A CN 103033294A CN 2011103697150 A CN2011103697150 A CN 2011103697150A CN 201110369715 A CN201110369715 A CN 201110369715A CN 103033294 A CN103033294 A CN 103033294A
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曾国华
刘昌和
林雁容
陈冠位
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Abstract

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。

Description

传感器阵列的读取装置与读取方法
技术领域
本发明是关于一种具有压力传感器阵列(sensor array)的电子产品，且特别是有关于一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力传感器阵列，以便侦测/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。变阻式压力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力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1说明一个3×3传感器阵列中多个变阻式压力传感器于空载状态(在未受压的状态)的感测值。由表1可知，针对3×3传感器阵列在没有加任何负载的情况下量测到的9个压力传感器的电压值介于122K欧姆(ohm)至342K欧姆之间。不同压力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1：3×3传感器阵列于空载状态的感测值
Figure BSA00000616842000011
此外，不同压力传感器之间的响应增益不同亦会造成传感器阵列量测均匀性的问题。例如，表2说明一个3×3传感器阵列中多个变阻式压力传感器于200克砝码的压力作用下及500克砝码的压力作用下感测值的差值。如表2中的实验数据可知，3×3传感器阵列中9个压力传感器在500克的砝码压力作用下以及在200克的砝码压力作用下会有不同的响应数值。在相同的压力变化下，这些不同传感器的响应增益彼此不同，会造成的量测误差及阵列量测均匀性的问题。
表2：3×3传感器阵列于500克压力下感测值及200克压力下感测值的差值
Figure BSA00000616842000021
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种传感器阵列的读取装置与读取方法，以针对零点漂移(例如起始电阻值漂移)进行补偿，及/或针对响应增益进行补偿，降低感测组件制程或材料误差对系统模块的影响。
本发明实施例提出一种传感器阵列的读取装置，包括切换电路、控制单元、增益电路以及漂移补偿电路。切换电路耦接至传感器阵列。控制单元耦接至切换电路。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这些传感器中所述目标传感器，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一补偿值。漂移补偿电路耦接至增益电路以接收该增益感测值。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。
本发明实施例提出一种传感器阵列的读取方法，包括：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；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目标传感器的一益感测值；以及依据该补偿值调整该增益感测值后做为目标传感器的补偿感测值。
本发明实施例提出一种传感器阵列的读取装置，包括切换电路、控制单元以及增益电路。切换电路耦接至传感器阵列。控制单元耦接至切换电路。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目标传感器。控制单元依据该切换操作而动态地决定一增益值。增益电路依据该切换电路的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增益感测值。
本发明实施例提出一种传感器阵列的读取方法，包括：进行切换操作，以便从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增益感测值。
基于上述，本发明实施例可以针对不同传感器的零点漂移(例如起始电阻值漂移)动态地决定不同的补偿值，然后依对应的补偿值对传感器进行零点漂移补偿。以及/或者，本发明实施例可以针对不同传感器的响应增益动态地决定不同的增益值，然后依对应的增益值对感测结果进行增益调整。因此，本发明实施例的读取装置与读取方法可以降低感测组件制程或材料误差的影响。
附图说明
图1是依照本发明实施例说明一种感测装置的功能方块示意图；
图2是依照本发明实施例说明图1所示传感器阵列读取装置的功能方块示意图；
图3是依照本发明实施例说明图2所示漂移补偿电路的功能方块示意图；
图4是依照本发明另一实施例说明图3所示补偿值V2的转换电路示意图；
图5是依照本发明另一实施例说明图1所示传感器阵列读取装置的功能方块示意图；
图6是依照本发明实施例说明图5所示增益电路的电路示意图；
图7是依照本发明另一实施例说明图5所示增益电路的电路示意图；
图8是依照本发明另一实施例说明图1所示传感器阵列读取装置的功能方块示意图。
附图标记
100：感测装置
110：传感器阵列
111～119：传感器
120：切换电路
121：切换开关
130：读取电路
140：控制单元
210、510：增益电路
220：漂移补偿电路
230：模拟数字转换器
240：过载保护电阻
250：数字模拟转换器
α：增益值
α×Vs：增益感测值
C：电容器
OP1～OP6：放大器
R1～R11：电阻
V1：补偿感测值
V2：补偿值
Vp：偏压电压
VR1、VR2：可变电阻单元
Vs：感测结果
具体实施方式
下面结合附图，对本发明做进一步的详细描述。
图1是依照本发明实施例说明一种感测装置100的功能方块示意图。感测装置100包括传感器阵列110以及读取装置。此读取装置包括切换电路120、读取电路130以及控制单元140。传感器阵列110包括多个传感器，例如图1所绘示传感器111、112、113、114、115、116、117、118、119等。图1中图式符号111～119并非表示/限制传感器阵列110中传感器的数量。本领域具有通常知识者可以依照本实施例的公开而将传感器阵列110类推至具有其它布局结构、其它传感器数量的传感器阵列。
控制单元140耦接至切换电路120与读取电路130。控制单元140控制切换电路120进行切换操作，以便从传感器阵列110的多个传感器111～119中选择一个目标传感器。读取电路130依据切换电路120的切换操作而读取所述目标传感器的感测值，并将此感测值回传给控制单元140。
图2是依照本发明实施例说明图1所示传感器阵列读取装置的功能方块示意图。图2所示实施例可以参照图1的相关说明，此读取装置包括切换电路120、读取电路130以及控制单元140。读取电路130包括增益电路210以及漂移补偿电路220。
为了方便说明，本实施例中传感器111～119为变阻式压力传感器，因此图2是以电阻符号绘示出传感器111～119。当传感器遭受外部压力时，此传感器的电阻值会随着压力的变化而变化。切换电路120耦接至传感器阵列110与控制单元140。控制单元140控制切换电路120进行切换操作，以便从传感器阵列110的多个传感器111～119中选择一个目标传感器。例如，当控制单元140控制切换电路120中切换开关121选择将偏压电压Vp切换至传感器111时，切换电路120将低于该偏压电压Vp的参考电压耦接至除了目标传感器111外的其它传感器112～119(如图2所示)，相当于切换电路120进行切换操作而从传感器阵列110的多个传感器111～119中选择传感器111做为目标传感器。其中，所述参考电压可以是接地电压或是系统最低电压。又例如，当控制单元140控制切换开关121选择将偏压电压Vp切换至传感器112时，切换电路120将所述参考电压(例如接地电压)耦接至除了目标传感器112外的其它传感器(例如传感器111、传感器119等)。图2所示切换电路120中切换开关121仅为示意。本领域各种公知的传感器阵列切换机制/手段皆可以用来实现切换电路120。
图2中绘示一个过载保护电阻240。此过载保护电阻240串接于目标传感器与增益电路210之间，也就是串接于传感器阵列110与增益电路210之间。当压力传感器111～119承受太大的压力时，其传感器的电阻值会趋进于短路电阻(也就是趋近于0)，此时切换电路120不论是以定电流偏压方式(图2未绘示)或是以定电压偏压方式(例如图2所示)驱动传感器阵列110，传感器111～119中承受太大压力的传感器可能会产生过大的电流或电压，造成系统的误动作。过载保护电阻240可以降低电流或电压对增益电路210的冲击。在其它实施例中，若传感器111～119可能会产生的最大电流或最大电压是可为系统所容忍，或若压力传感器111～119无论承受多大压力都不会趋进于短路电阻，则过载保护电阻240可以被省略。
在其它实施例中，传感器阵列110的读取装置还包括热敏电阻(未绘示于图2)。此热敏电阻并联于过载保护电阻240，且串接于传感器阵列110与增益电路210之间。或是，此热敏电阻与过载保护电阻240相互串联于传感器阵列110与增益电路210之间。其中，若传感器111～119是具有正温度系数的电阻器，则此热敏电阻具有负温度系数。反之，若传感器111～119是具有负温度系数的电阻器，则此热敏电阻具有正温度系数。
在不同实施例中，过载保护电阻240本身可以是一个热敏电阻。例如，若传感器111～119是具有正温度系数的电阻器，则过载保护电阻240具有负温度系数。反之，若传感器111～119是具有负温度系数的电阻器，则过载保护电阻240具有正温度系数。
请参照图2，假设切换电路120依据控制单元140的控制而选择传感器111～119中的传感器111做为目标传感器，则目标传感器111的一端接收偏压电压Vp，而目标传感器111的另一端经由过载保护电阻240输出感测结果Vs。依据切换电路120的切换操作，增益电路210选择性地感测目标传感器111，以及将感测结果Vs增益(例如增益值为α)后输出做为目标传感器111的增益感测值，也就是将增益感测值α×Vs输出给漂移补偿电路220。
控制单元140依据该切换操作而动态地决定补偿值V2。依据应用需求，控制单元140输出给漂移补偿电路220的补偿值V2可以是数字型式或是模拟形式。控制单元140所决定的补偿值V2，是响应于传感器阵列110中传感器111～119于空载状态(在未受压的状态)的感测值(或初始电阻值)。控制单元140可以具有查找表，以便记录传感器111～119所对应的不同补偿值。依据切换电路120的切换操作，控制单元140从查找表提取目标传感器111所对应的补偿值V2。在本实施例中，若传感器阵列110中有m个传感器，则查找表便以一对一方式对应地记录m笔补偿值。其制备查找表的步骤包括：使传感器111～119保持空载状态；感测于空载状态下的传感器111～119，以获得这些传感器111～119的空载感测值；以及将这些空载感测值作为传感器111～119所对应的不同补偿值，并将这些补偿值记录于查找表。
在其它实施例中，传感器111～119依据于空载状态(在未受压的状态)的感测值(或初始电阻值)而被分群，因此查找表只需记录每一群的所对应的不同补偿值即可。其制备查找表的步骤包括：使传感器111～119保持空载状态；感测于空载状态下的传感器111～119，以获得传感器111～119的空载感测值；将这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；以及将这些空载感测值所对应的补偿值记录于该查找表。
漂移补偿电路220耦接至增益电路210以及控制单元140。漂移补偿电路220接收增益电路210所输出的增益感测值α×Vs，以及依据控制单元140所决定的补偿值V2调整该增益感测值α×Vs，然后输出经调整的增益感测值α×Vs做为目标传感器(例如传感器111)的补偿感测值V1。例如，漂移补偿电路220输出的补偿感测值V1为α×Vs-V2。
本领域计数人员可以依照本实施例的公开而采用任何手段实现漂移补偿电路220。例如，漂移补偿电路220可以是误差放大器(error amplifier)。该误差放大器的反相输入端接收补偿值V2，该误差放大器的非反相输入端耦接至增益电路210以接收增益感测值α×Vs，而该误差放大器的输出端输出补偿感测值V1。又例如，漂移补偿电路220可以是减法器。该减法器接收并计算增益感测值α×Vs与补偿值V2的差值，以及输出该差值做为目标传感器(例如传感器111)的补偿感测值V1。
由于本实施例可以针对不同传感器111～119的零点漂移(例如起始电阻值漂移)动态地决定不同的补偿值V2，然后依对应的补偿值对传感器进行零点漂移补偿，因此本实施例的读取装置可以改善因制程或材料误差所造成传感器111～119的影响。
在本实施例中，漂移补偿电路220输出的补偿感测值V1为模拟信号，而控制单元140的输入信号是数字信号，因此传感器阵列110的读取装置还配置一个模拟数字转换器230。模拟数字转换器230耦接于漂移补偿电路220与控制单元140之间。模拟数字转换器230可以将模拟的补偿感测值V1转换为数字形式，然后将数字的补偿感测值V1输出给控制单元140。在其它实施例中，若漂移补偿电路220输出的补偿感测值V1为数字信号，或是若控制单元140可以直接接收/处理模拟的补偿感测值V1，则模拟数字转换器230可以被省略。
图3是依照本发明实施例说明图2所示漂移补偿电路220的功能方块示意图。图3所示实施例可以参照图1与图2的相关说明。图3所示实施例还包括数字模拟转换器250。数字模拟转换器250依据控制单元140的控制而动态地输出模拟补偿值至漂移补偿电路220。例如，数字模拟转换器250可以将数字的补偿值V2转换为模拟电压，然后将模拟电压输出给漂移补偿电路220。在其它实施例中，若控制单元140输出的补偿值V2为模拟电压，则数字模拟转换器250可以被省略。
漂移补偿电路220包括第三放大器OP3、第四放大器OP4、第五放大器OP5、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9以及第十电阻R10。第三放大器OP3的非反相输入端耦接至增益电路210以接收增益感测值α×Vs。第四放大器OP4的非反相输入端透过数字模拟转换器250接收补偿值V2。第四电阻R4的第一端与第二端分别耦接至第三放大器OP3的反相输入端与第四放大器OP4的反相输入端。第五电阻R5的第一端与第二端分别耦接至第三放大器OP3的反相输入端与输出端。第六电阻R6的第一端与第二端分别耦接至第四放大器OP4的反相输入端与输出端。第七电阻R7的第一端耦接至第三放大器OP3的输出端。第八电阻R8的第一端耦接至第四放大器OP4的输出端。第五放大器OP5的非反相输入端耦接至第七电阻R7的第二端，第五放大器OP5的反相输入端耦接至第八电阻R8的第二端，而第五放大器OP5的输出端输出补偿感测值V1。第九电阻R9的第一端与第二端分别耦接至第五放大器OP5的反相输入端与输出端。第十电阻R10的第一端耦接至第五放大器OP5的非反相输入端，而第十电阻R10的第二端耦接至参考电压(例如接地电压或是其它固定电压)。
上述图3所示数字模拟转换器250不应限制本发明的实施方式。本领域的技术人员可以依照上述实施例的公开而采用任何手段取代数字模拟转换器250。例如，图4是依照本发明另一实施例说明图3所示补偿值V2的转换电路示意图。图4所示实施例可以参照图3的相关说明。请参照图4，传感器阵列的读取装置更包括第二可变电阻单元VR2、第十一电阻R11以及第六放大器OP6。第二可变电阻单元VR2的第一端耦接偏压电压Vp。第二可变电阻单元VR2的阻值是依据控制单元140的控制而改变。于本实施例中，第二可变电阻单元VR2包括切换开关与具有不同阻值的多个电阻器。切换开关受控于控制单元140的补偿值V2。依据补偿值V2，切换开关选择将偏压电压Vp耦接至所述多个电阻器中的一个。因此，第二可变电阻单元VR2可以依据控制单元140的控制而改变阻值。
第十一电阻R11的第一端耦接至第二可变电阻单元VR2的第二端，第十一电阻R11的第二端耦接至参考电压(例如接地电压或是其它固定电压)。第六放大器OP6的非反相输入端耦接至第二可变电阻单元VR2的第二端，第六放大器OP6的反相输入端耦接至第六放大器OP6的输出端，而第六放大器OP6的输出端输出补偿值至漂移补偿电路220。于本实施例中，第六放大器OP6的非反相输入端还耦接至电容器C的第一端。此电容器C的第二端接地。电容器C可以滤除噪声。
在本实施例中，若传感器阵列110中有m个传感器，则第二可变电阻单元VR2中电阻器的数量可以是m个，也就是第二可变电阻单元VR2中电阻器以一对一方式对应于传感器阵列110中每一个传感器。因此，凭借第二可变电阻单元VR2与第十一电阻R11将偏压电压Vp分压，可以产生对应于传感器阵列110中不同传感器的不同补偿电压给漂移补偿电路220。
在其它实施例中，传感器111～119依据于空载状态(在未受压的状态)的感测值(或初始电阻值)而被分群，因此一可变电阻单元VR2中由阻器的数量可以只符合传感器111～119的分群数即可。例如，假设传感器111～119被分为三群，则第二可变电阻单元VR2中只需至少三个电阻器即可。因此，凭借第二可变电阻单元VR2与第十一电阻R11将偏压电压Vp分压，可以产生对应于传感器111～119中不同分群的不同补偿电压给漂移补偿电路220。
图5是依照本发明另一实施例说明图1所示传感器阵列读取装置的功能方块示意图。图5所示实施例可以参照图2、图3与图4的相关说明。与图2不同之处在于，图5所示实施例中增益电路510是依据控制单元140的控制而动态地决定增益值α。请参照图5，控制单元140更依据切换电路120的切换操作而动态地决定对应的增益值α。增益电路510依据增益值α增益感测结果Vs，以获得传感器111～119中某一目标传感器的增益感测值α×Vs。
在本实施例中，控制单元140具有查找表，用以记录传感器111～119所对应的不同增益值。控制单元140依据切换电路120的切换操作而从查找表提取该目标传感器的增益值α。在本实施例中，若传感器阵列110中有m个传感器，则查找表便以一对一方式对应地记录m笔增益值。其制备查找表的步骤包括：使传感器111～119保持于第一负载状态；感测于该第一负载状态下的传感器111～119，以获得传感器111～119的第一负载感测值；使传感器111～119保持于第二负载状态；感测于该第二负载状态下的传感器111～119，以获得传感器111～119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，计算传感器111～119于「负载对感测值特性曲线」的斜率；以及将该些斜率作为传感器111～119所对应的不同增益值，并将该些增益值记录于该查找表。
在其它实施例中，传感器111～119依据「负载对感测值特性曲线」的斜率大小分为多个群，因此查找表只需记录每一群的所对应的不同增益值即可。其制备查找表的步骤包括：使传感器111～119保持于第一负载状态；感测于该第一负载状态下的传感器111～119，以获得传感器111～119的第一负载感测值；使传感器111～119保持于第二负载状态；感测于该第二负载状态下的传感器111～119，以获得传感器111～119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。
由于本实施例可以针对不同传感器的响应增益动态地决定不同的增益值α，然后依对应的增益值α对感测结果Vs进行增益调整，因此本实施例的读取装置可以改善因制程或材料误差所造成传感器111～119的影响。
图6是依照本发明实施例说明图5所示增益电路510的电路示意图。增益电路510包括第一放大器OP1以及第一可变电阻单元VR1。第一放大器OP1的非反相输入端耦接参考电压(例如接地电压或是其它固定电压)，第一放大器OP1的反相输入端依据切换电路的切换操作而耦接传感器111～119中某一目标传感器。第一可变电阻单元VR1的第一端与第二端分别耦接至第一放大器OP1的反相输入端与输出端。其中，第一可变电阻单元VR1受控于控制单元140，第一可变电阻单元VR1的阻值是依据切换电路的切换操作而改变。于本实施例中，第一可变电阻单元VR1包括多个第一电阻以及一第一开关。这些第一电阻的阻值互不相同。这些第一电阻的第一端共同耦接至第一放大器OP1的输出端。依据切换电路120的切换操作，第一开关将第一放大器OP1的反相输入端选择性地耦接至这些第一电阻其中一者的第二端，如图6所示。
在本实施例中，若传感器阵列110中有m个传感器，则第一可变电阻单元VR1中第一电阻的数量可以是m个，也就是第一可变电阻单元VR1中第一电阻以一对一方式对应于传感器阵列110中每一个传感器。因此，凭借第一可变电阻单元VR1动态调整阻值，可以使增益电路510产生对应于传感器阵列110中不同传感器的不同增益值α。
在其它实施例中，传感器111～119依据「负载对感测值特性曲线」的斜率大小被分为多个群，因此第一可变电阻单元VR1中第一电阻的数量可以只符合传感器111～119的分群数即可。例如，假设传感器111～119被分为三群，则第一可变电阻单元VR1中只需至少三个第一电阻即可。因此，凭借第一可变电阻单元VR1动态调整阻值，可以使增益电路510产生对应于传感器111～119中不同分群的不同增益值α。
图7是依照本发明另一实施例说明图5所示增益电路510的电路示意图。图7所示实施例可以参照图3、图4、图5与图6的相关说明。与图6不同之处在于，图5所示实施例中增益电路510还包括第二放大器OP2、第二电阻R2以及第三电阻R3。第二放大器OP2的非反相输入端耦接参考电压(例如接地电压或是其它固定电压)。第二电阻R2的第一端与第二端分别耦接至第一放大器OP1的输出端与第二放大器OP2的反相输入端。第三电阻R3的第一端与第二端分别耦接至第二放大器OP2的反相输入端与第二放大器OP2的输出端。第二放大器OP2的输出端提供增益感测值α×Vs给漂移补偿电路220。在图7所示实施例中，假设第一放大器OP1的增益值为α1，第二放大器OP2的增益值为α2，则增益电路510的增益值α为α1×α2。
令传感器111～119中目标传感器的电阻值是Rs，过载保护电阻240的电阻值是R0，则感测结果Vs为Vp/(Rs+R0)。第一放大器OP1的输出VA为-VR1×Vs。第二放大器OP2的输出α×Vs为VR1×Vs×(R3/R2)，也就是增益电路510的增益值α为(VR1×R3)/R2。凭借控制可变电阻单元VR1的电阻值，增益电路510动态地决定不同的增益值α，进而针对不同传感器111～119的对感测结果Vs进行增益调整，以便补偿不同传感器的「负载对感测值特性曲线」斜率。
凭借对图7中漂移补偿电路220进行网络分析，可以知道漂移补偿电路220的输出Vout＝{(R9×R6)/(R8×R4)+[1+(R9/R8)]×[R10/(R7+R10)]×[1+(R5/R4)]}×(α×Vs)-{(R9/R8)×[(R6×R9)/(R4×R8)]+[1+(R9/R8)]×[R10/(R7+R10)]×[R5/R4]}×V2。因此凭借动态地决定不同的补偿值V2，漂移补偿电路220可以针对不同传感器111～119的零点漂移(例如起始电阻值漂移)动态地进行零点漂移补偿。
综上所述，以下说明传感器阵列的读取方法。此读取方法包括：进行切换操作，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，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增益感测值；依据该切换操作，动态地决定补偿值；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补偿感测值。
在一实施例中，所述动态地决定补偿值的步骤包括：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。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。
在一些实施例中，所述记录该些传感器所对应的不同补偿值于查找表的步骤包括：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。
在另一些实施例中，所述记录该些传感器所对应的不同补偿值于查找表的步骤包括：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。
在另一实施例中，所述传感器阵列的读取方法更包括：依据该切换操作，动态地决定增益值；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。其中所述动态地决定增益值的步骤可能包括：记录该些传感器所对应的不同增益值于查找表；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。
在另一实施例中，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第一负载状态(例如在500克重的压力下)；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第二负载状态(例如在200克重的压力下，或是于空载状态下)；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。
在又一实施例中，所述记录该些传感器所对应的不同增益值于查找表的步骤包括：使该些传感器保持于第一负载状态；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。
图8是依照本发明另一实施例说明图1所示传感器阵列读取装置的功能方块示意图。图8所示实施例可以参照图1至图6的相关说明，因此相同的内容便不再赘述。不同于图6所述实施例之处，在于图8所示实施例省略了漂移补偿电路220。增益电路510依据切换电路120的切换操作而选择性地感测传感器111～119中的一个目标传感器，以及增益电路510依据控制单元140所决定的增益值α将感测结果Vs增益后输出做为该目标传感器的增益感测值α×Vs。增益电路510透过模拟数字转换器230将增益感测值α×Vs回传给控制单元140。
在此说明传感器阵列的读取方法，包括：进行切换操作，以便从该传感器阵列的多个传感器中选择一个目标传感器；依据该切换操作，动态地决定增益值；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。
上述各实施例公开一种变阻式传感器阵列的读取装置及方法。此读取装置及方法能补偿每个压力传感器在没有负载的情况下不同的起始电阻，以及补偿每个压力传感器不同的响应增益，因此读取装置及方法能改善量测误差及阵列量测均匀性的问题，避免因组件特性不良造成系统误动作。透过上述诸实施例公开的读取装置及方法可有效达到效益如下：
1.降低压力传感器制程或材料误差对系统模块的影响，有效提高压力传感器阵列模块性能。
2.透过读取装置修正传感器误差，提升压力传感器产品良率。
3.降低后端系统应用产品整合复杂度，加速创新产品普及化。
本发明的技术内容及技术特点已如上公开，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (44)

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耦接一参考电压，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耦接该参考电压，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耦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。
18.一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。
29.一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耦接一参考电压，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耦接该参考电压，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。
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