CN105424095A - 二维阻性传感器阵列的快速读出电路及其读出方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二维阻性传感器阵列的快速读出电路及其读出方法，属于传感器技术领域。所述快速读出电路包括：行多路选择器、列多路选择器、扫描控制器、第一电压反馈电路、第二电压反馈电路、采样电阻、测试电压输入端。进行读出时，通过列多路选择器选定某一列，通过行多路选择器从预先分组连接的两组行线中分别选定一行，行列交叉的两个待测传感器被同时选定；然后根据测试电压、第一电压反馈电路的输入端电压、第二电压反馈电路的输入端电压以及采样电阻值，计算出两个待测传感器的阻值。本发明基于双电压反馈法，一次可以读取两个传感器数据，理想情况下可以将阻性传感器阵列阻值测量的速度提高一倍，大幅提高了检测效率。

Description

二维阻性传感器阵列的快速读出电路及其读出方法

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种二维阻性传感器阵列的快速读出电路及其读出方法。

背景技术

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。

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×M×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，可以引入共用行线与列线的二维阵列，将扫描控制器与单个运算放大电路和多路选择器结合，尽管如此，还是只能实现单个待测电阻的测量，因此如何在每次扫描中同时选取多个待测电阻就成了一道需要攻克的难题。

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，它具有一定精度，但是在检测速度上依然存在技术缺陷。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，最大检测速率能够达到每秒3000个传感单元，但该阵列的检测每次也只能检测单个待测单元，检测效率成为最大的技术瓶颈。

一篇中国发明专利(CN201110148963.2)公开了一种阵列式温度触觉传感装置，采用电阻传感阵列实现温度触觉的传感，其反馈驱动隔离电路将待测电阻所在行的电压经行选择器后的端电压VSG反馈回非选定行线与列线，虽然对精度有一定程度改善，但并未在检测速度上有所突破。另有中国发明专利CN201410183065《一种增强电压反馈的阻性传感阵列的检测电路》，它在专利CN201110148963.2的基础上将扫描控制器、反馈电路、行多路选择器及列多路选择器结合，其中反馈电路由单个运算放大器及分压电路组成，分压电路中电阻R1与电阻R2选用特定阻值的电阻，将电阻R1与电阻R2的比值限定为R1∶R2＝Rr∶Rs，其中，Rr表示行多路选择器的通道内阻，Rs表示采样电阻。该方法虽然可以有效减小待测电阻的相邻列电阻和列多路选择器的内阻对被测电阻测量的干扰，显著提高其测量精度，但依然每次只能选定单个待测电阻，所以在检测速度上，还需要更进一步的改进提高。

综上所述，现有二维阻性传感器阵列在进行传感器数据扫描时，一次只能读出单个传感器数据，影响了检测时效性，因此有必要对二维阻性传感器阵列的数据读出速率进行提升。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有二维阻性传感器阵列数据读出速率较低的缺陷，提供一种二维阻性传感器阵列的快速读出电路及其读出方法，从而大幅提高二维阻性传感器阵列的数据读出速率。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种二维阻性传感器阵列的快速读出电路，所述二维阻性传感器阵列为共用行线和

列线的二维阻性传感器阵列，所述快速读出电路包括：行多路选择器、列多路选择器、扫描控制器、第一电压反馈电路、第二电压反馈电路、采样电阻、测试电压输入端；采样电阻一端接地，另一端连接第一电压反馈电路的输入端；所有行线被分为两组；对于第一组行线，行多路选择器可在扫描控制器控制下使得其中任一行线与测试电压输入端接通而与第二电压反馈电路的输出端断开，或者与第二电压反馈电路的输出端接通而与测试电压输入端断开；对于第二组行线，行多路选择器可在扫描控制器控制下使得其中任一行线与第一电压反馈电路的输入端接通而与第二电压反馈电路的输出端断开，或者与第二电压反馈电路的输出端接通而与第一电压反馈电路的输入端断开；列多路选择器可在扫描控制器控制下使得任一列线与第二电压反馈电路的输入端接通而与第一电压反馈电路的输出端断开，或者与第一电压反馈电路的输出端接通而与第二电压反馈电路的输入端断开。

优选地，所述第一电压反馈电路包括第一运算放大器和第一驱动电路，第一运算放大器的反相输入端与第一运算放大器的输出端及第一驱动电路的输入端连接，第一运算放大器的同相输入端、第一驱动电路的输出端分别作为第一电压反馈电路的输入端、第一电压反馈电路的输出端；所述第二电压反馈电路包括第二运算放大器和第二驱动电路，第二运算放大器的反相输入端与第二运算放大器的输出端及第二驱动电路的输入端连接，第二运算放大器的同相输入端、第二驱动电路的输出端分别作为第二电压反馈电路的输入端、第二电压反馈电路的输出端。

优选地，两组行线的数量差小于等于1。

优选地，所述行多路选择器包括与二维阻性传感器阵列的行线一一对应的M个二选一双向模拟开关，M为所述二维阻性传感器阵列的行数；根据行线的分组情况，这M个二选一双向模拟开关被分为相应的两组；对于第一组中的每一个二选一双向模拟开关，其公共输入/输出端与其所对应的行线连接，其两个独立输入/输出端分别与测试电压输入端、第二电压反馈电路的输出端连接，其控制信号输入端与扫描控制器连接；对于第二组中的每一个二选一双向模拟开关，其公共输入/输出端与其所对应的行线连接，其两个独立输入/输出端分别与第一电压反馈电路的输入端、第二电压反馈电路的输出端连接，其控制信号输入端与扫描控制器连接。

优选地，所述列多路选择器包括与二维阻性传感器阵列的列线一一对应的N个二选一双向模拟开关，N为所述二维阻性传感器阵列的列数；对于每一个二选一双向模拟开关，其公共输入/输出端与其所对应的列线连接，其两个独立输入/输出端分别与第一电压反馈电路的输出端、第二电压反馈电路的输入端连接，其控制信号输入端与扫描控制器连接。

如上任一技术方案所述快速读出电路的读出方法，扫描控制器控制列多路选择器，使得当前扫描的列线与第二电压反馈电路的输入端接通而与第一电压反馈电路的输出端断开，其余列线与第一电压反馈电路的输出端接通而与第二电压反馈电路的输入端断开；同时，扫描控制器控制行多路选择器，使得第一组行线中的一条行线与测试电压输入端接通，第二组行线中的一条行线与第一电压反馈电路的输入端接通，其余行线均与第二电压反馈电路的输出端接通；然后利用以下公式得到与测试电压输入端接通的行线与当前扫描列相交处的阻性传感器的电阻值R1，以及与第一电压反馈电路的输入端接通的行线与当前扫描列相交处的阻性传感器的电阻值R2：

$\left\{\begin{array}{c}R1=\frac{V_I-V_{S2}}{V_{S1}}\·R_S\\ R2=\frac{V_{S2}-V_{S1}}{V_{S1}}\·R_S\end{array}\right.$

式中，V_I为测试电压输入端输入的测试电压，V_S1为第一电压反馈电路的输入端电压，V_S2为第二电压反馈电路的输入端电压，R_S为所述采样电阻的电阻值。

根据相同的发明思路还可以得到以下技术方案：

一种传感系统，包括共用行线和列线的二维阻性传感器阵列，以及用于读出二维阻性传感器阵列中各传感器的电阻值的读出电路，所述读出电路为如上任一技术方案所述快速读出电路。

相比现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明针对阻性传感阵列的检测需要，可在不破坏阻性传感器阵列结构及不中断该传感阵列正常工作的前提下，对任一列上的两个待测传感器同时进行检测，检测次数由M×N次减少为M×N/2次，使检测速度最多能够提高一倍。

本发明巡检速度提高，周期缩短，可以有效减小时间对阻性传感器阵列带来的影响，同时，对于物理量敏感的待测器件，当物理属性快速变化时，本发明电路能够更快察觉其变化，完成变化量的测量。

对于阻性传感器阵列某些需要高频率检测的待测单元，本发明能够通过更改扫描控制器的编程，实现对阵列中某一或某些待测传感器高频率地多次检测，在完成所有其他待测传感器检测的同时还能保证较高的扫描速度。

本发明采用双电压反馈驱动电路，在确保测量精度的前提下，减少了器件间连线的数量，在一定程度上降低了电路的实现成本。

附图说明

图1是共用行线和列线的二维阻性传感器阵列结构示意图；

图2是本发明传感系统一个具体实施例的电路示意图；

图3是检测待测传感器时阻性传感器阵列的区域划分示意图；

图4是本发明检测时待测传感器所在列的电路示意图；

图5是本发明检测时待测传感器所在行的电路示意图；

图6是本发明检测时非选定行非选定列传感器的电路示意图；

图7是本发明检测时的简化电路示意图。

图中各标号含义如下：

1、二维阻性传感器阵列，2、行多路选择器，3、列多路选择器，4、扫描控制器，5、电压反馈电路，6、电压反馈电路。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：

本发明的思路是针对现有传感器阵列一次只能读取单个传感器数据的问题，基于双电压反馈法，设计了一种用于共用行线和列线的二维阻性传感器阵列的快速读取电路，一次可以读取两个传感器数据，理想情况下可以将阻性传感器阵列阻值测量的速度提高一倍，大幅提高了检测效率。

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M×N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R_ij表示，其中，M为行数，N为列数。采用该种结构可使得按照M×N的二维结构分布的阵列，只需要M+N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。

对于共用行线和列线的二维阻性传感器阵列，传统的数据读出方式也仅能一次读取一个传感器阻值。为了提高数据读出速率，本发明提出了以下技术方案：

本发明的快速读出电路包括：行多路选择器、列多路选择器、扫描控制器、第一电压反馈电路、第二电压反馈电路、采样电阻、测试电压输入端；采样电阻一端接地，另一端连接第一电压反馈电路的输入端；所有行线被分为两组；对于第一组行线，行多路选择器可在扫描控制器控制下使得其中任一行线与测试电压输入端接通而与第二电压反馈电路的输出端断开，或者与第二电压反馈电路的输出端接通而与测试电压输入端断开；对于第二组行线，行多路选择器可在扫描控制器控制下使得其中任一行线与第一电压反馈电路的输入端接通而与第二电压反馈电路的输出端断开，或者与第二电压反馈电路的输出端接通而与第一电压反馈电路的输入端断开；列多路选择器可在扫描控制器控制下使得任一列线与第二电压反馈电路的输入端接通而与第一电压反馈电路的输出端断开，或者与第一电压反馈电路的输出端接通而与第二电压反馈电路的输入端断开。

上述快速读出电路的读出方法具体如下：

扫描控制器控制列多路选择器，使得当前扫描的列线与第二电压反馈电路的输入端接通而与第一电压反馈电路的输出端断开，其余列线与第一电压反馈电路的输出端接通而与第二电压反馈电路的输入端断开；同时，扫描控制器控制行多路选择器，使得第一组行线中的一条行线与测试电压输入端接通，第二组行线中的一条行线与第一电压反馈电路的输入端接通，其余行线均与第二电压反馈电路的输出端接通；然后利用以下公式得到与测试电压输入端接通的行线与当前扫描列相交处的阻性传感器的电阻值R1，以及与第一电压反馈电路的输入端接通的行线与当前扫描列相交处的阻性传感器的电阻值R2：

$\left\{\begin{array}{c}R1=\frac{V_I-V_{S2}}{V_{S1}}\·R_S\\ R2=\frac{V_{S2}-V_{S1}}{V_{S1}}\·R_S\end{array}\right.$

式中，V_I为测试电压输入端输入的测试电压，V_S1为第一电压反馈电路的输入端电压，V_S2为第二电压反馈电路的输入端电压，R_S为所述采样电阻的电阻值。

其中，行线的分组可根据实际需要灵活选取，显然，两组行线的数量差越小，则扫描效率越高，最好将行线基本等分为两组(根据M是奇数还是偶数决定，如M为偶数，则可等分，如为奇数，则两组行线数量差为1)，可以按行线序号的奇偶采用交错分组的方式，也可以采用上下部分等分的方式。

为了便于公众理解，下面以一个具体实施例来对本发明技术方案进行详细说明。

图2显示了本实施例的传感系统的电路图。如图2所示，该传感系统包括共用行线和列线的二维阻性传感器阵列1、行多路选择器2及列多路选择器3、扫描控制器4、电压反馈驱动电路5及电压反馈驱动电路6。所述二维阻性传感器阵列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的二维结构分布的物理量敏感电阻阵列，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，处于第i行第j列的电阻用R_ij表示，其中，M为行数，N为列数。

为了简化电路，降低成本，本实施例中的行多路选择器2及列多路选择器3分别采用M个、N个二选一双向模拟开关构建，各二选一双向模拟开关的控制端与扫描控制器连接。由于每一个二选一双向模拟开关均包括一个公共输入/输出端和两个独立输入/输出端，为便于描述起见，将列多路选择器3中第j(j＝1，2，…，N)个二选一双向模拟开关的公共输入/输出端和两个独立输入/输出端分别用x_cj、a_cj、b_cj表示，将行多路选择器2中第i(i＝1，2，…，M)个二选一双向模拟开关的公共输入/输出端和两个独立输入/输出端分别用y_ri、a_ri、b_ri表示。如图2所示，物理量敏感电阻R_ij的一端通过第i条行线与行多路选择器2的y_ri端相连接，另一端通过第j条列线与列多路选择器3的x_cj端连接，列多路选择器3的b_c1、b_c2、…、b_cN端口与电压反馈驱动电路5的输出端相连，列多路选择器3的a_c1、a_c2、…、a_cN端口与电压反馈驱动电路6的输入端相连，行多路选择器2的a_r1、a_r3、…、a_r(M-1)(奇数行)端口与测试电压V_I相连，行多路选择器2的a_r2、a_r4、…、a_rM(偶数行)端口和行多路选择器2的b_r1、b_r3、…、b_r(M-1)(奇数行)端口与第二电压反馈驱动电路6的输出端相连，行多路选择器2的b_r2、b_r4、…、b_rM(偶数行)端口与电压反馈驱动电路5的输入端相连；扫描控制器4输出扫描控制信号，行控制信号控制行多路选择器2，列控制信号控制列多路选择器3。行多路选择器2根据扫描控制器4输出的行控制信号，控制y_ri端与a_ri端或是与b_ri端相连；列多路选择器3根据扫描控制器4输出的列控制信号，控制y_cj端与a_cj端或是与b_cj端相连。

如图2所示，本实施例中的电压反馈驱动电路5包括运算放大器1与驱动电路1，运算放大器1的同相输入端作为电压反馈驱动电路5的输入端，并且，电压反馈驱动电路5的输入端与采样电阻Rs的一端相连，采样电阻Rs的另一端接地，电压反馈驱动电路5的输出端与运算放大器1的反相输入端相连，同时电压反馈驱动电路5的输出端连接驱动电路1的输入端以及ADC1外接显示电路；电压反馈驱动电路6包括运算放大器2与驱动电路2，运算放大器2的同相输入端作为电压反馈驱动电路6的输入端，其反相输入端连接输出端形成反馈，同时，运算放大器2的输出端连接驱动电路2的输入端以及ADC2外接显示电路。

二维阻性传感器阵列1中的物理量敏感电阻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。当待测电阻R_mj和R_nj同时被选定，其同处于阵列的第j列，分别位于阵列的第m行(奇数行)和第n行(偶数行)，扫描控制器4输出扫描控制信号，列控制信号控制列多路选择器3的第j列的x_cj端与a_cj端相连，a_cj端与电压反馈驱动电路6的输入电压V_s2相连，而其他列与反馈跟随电压V_F1相连，行控制信号控制行多路选择器2的第m行(奇数行)的y_rm端与a_rm端相连，a_rm端与测试电压V_I相连，其他奇数行的y_ri与b_ri相连，b_ri连接反馈跟随电压V_F2，行多路选择器2第n行(偶数行)的y_rn端与b_rn端相连，b_rn端与采样电压V_s1相连，其他偶数行的y_ri端与a_ri相连，a_ri连接第二反馈跟随电压V_F2。此时待测电阻R_mj和R_nj被同时选定，图2中即是以R₁₁和R₂₁作为被选中待测电阻为例。

通过对扫描控制器4编程，可以控制行多路选择器2和列多路选择器3，实现对所有待测单元的快速巡检扫描，假设该阻性传感器阵列为M×N，即M行N列，扫描从第1列开始，每次选取该列的一个奇数行和一个偶数行的两个物理量敏感电阻同时作为待测电阻，该列的电阻按行标记为1、2、…、M-1、M，若M为偶数，则对该列电阻的扫描顺序为(1、2)，(3、4)，(5、6)…(M-1、M)，若M为奇数，则对该列电阻的扫描顺序为(1、2)，(3、4)，(5、6)…(M-2、M-1)，(M、2)。当第1列上的所有电阻扫描完成，接着扫描第2列上的电阻，对该列的扫描顺序和对第1列电阻的扫描顺序相同，以此类推，直至第N列上的所有电阻扫描完成，结束一轮完整的扫描。

图3为检测待测电阻时阻性传感器阵列的区域划分示意图。该图仍以R₁₁和R₂₁作为待测电阻为例，待测电阻R₁₁的一端y_r1与行多路选择器的a_r1端相连，另一端x_c1与列多路选择器的a_c1端相连，此时R₁₁被选中，待测电阻R₂₁的一端y_r2与行多路选择器的b_r2端相连，另一端x_c1与列多路选择器的a_c1端相连，此时R₂₁被选中，本发明检测电路对这两个待测电阻同时进行扫描。通过待测电阻R₁₁和R₂₁可将整个传感器阵列分为5个区域：

1)I区：待测电阻R₁₁和R₂₁，此时电阻R₁₁所在行1的y_r1端与a_r1端相连，a_r1端的电压值为V_I，电阻R₁₁所在列1的x_c1端与a_c1端相连，a_c1端的电压值为V_s2，此时电阻R₁₁被选定，电阻R₂₁所在行2的y_r2端与b_r2端相连，b_r2端的电压值为V_s1，电阻R₂₁所在列1的x_c1端与a_c1端相连，a_c1端的电压值为V_s2，此时电阻R₂₁被选定；

2)II区：位于待测电阻R₁₁和R₂₁所在列1的非待测的相邻行电阻，共(M-2)个器件，由于二维电阻阵列共用行线和列线，该(M-2)个非待测的相邻行电阻共用列线为待测电阻R₁₁和R₂₁的列线，列1的x_c1端与a_c1端相连，a_c1端的电压值为V_s2，由于这些器件的行线未被选中，对于未被选中的奇数行的行线，将其表示为行p，对应的y_rp端与b_rp端相连，b_rp端的电压值为V_F2，对于未被选中的偶数行的行线，将其表示为行q，对应的y_rq端与a_rq端相连，a_rq端的电压值为V_F2；

3)III区：位于待测电阻R₁₁所在行1的非待测的相邻列电阻，共(N-1)个器件，由于二维电阻阵列共用行线和列线，该(N-1)个非待测的相邻列电阻共用行线为待测电阻R₁₁的行线，行1的y_r1端与a_r1端相连，a_r1端的电压值为V_I，由于这些器件的列线未被选中，将这些未选中的列线表示为列j′，因而其电阻所在列j′的x_cj′端与b_cj′端相连，b_cj′端的电压值为V_F1；

4)IV区：位于待测电阻R₂₁所在行2的非待测的相邻列电阻，共(N-1)个器件，由于二维电阻阵列共用行线和列线，该(N-1)个非待测的相邻列电阻共用行线为待测电阻R₂₁的行线，行2的y_r2端与b_r2端相连，b_r2端的电压值为V_s1，由于这些器件的列线未被选中，将这些未选中的列线表示为列j′，因而其电阻所在列j′的x_cj′端与b_cj′端相连，b_cj′端的电压值为V_F1；

5)V区：行线与列线均未被选中的电阻区域，共(M-2)×(N-1)个器件，由于这些电阻的行线与列线均未被选中，其电阻所在列j′的x_cj′端与b_cj′端相连，b_cj′端的电压值为V_F1，其电阻所在奇数行p的y_rp端与b_rp端相连，b_rp端的电压值为V_F2，其电阻所在偶数行q的y_rq端与a_rq端相连，a_rq端的电压值为V_F2。

仍以R₁₁和R₂₁作为待测电阻为例，图4显示了检测时待测电阻所在列的电路示意图。由图4可知，R₁₁和R₂₁所在列的电压为V_s2，R₁₁所在第1行的行电压为V_I，R₂₁所在第2行的行电压为V_s1，其余非选定行的行电压为V_F2，其中，V_F2＝V_s2，在电路工作时，位于选定列但非选定行的电阻两端由于无电势差，所以没有电流流过，即II区的所有电阻上的电流都为0，I区的待测电阻R₁₁和R₂₁由于左右两侧存在电势差，所以有电流经过，这两个电阻同采样电阻R_s构成串联回路，所以I₁₁＝I₂₁。

图5显示了检测时待测电阻所在行的电路示意图，仍以R₁₁和R₂₁作为待测电阻为例，如图5所示，两个待测电阻所在列的电压为V_s2，R₁₁所在第1行的行电压为V_I，R₂₁所在第2行的行电压为V_s1，其余非选定列的列电压为V_F1，其中，V_F1＝V_s1，在电路工作时，位于IV区的电阻R₂₂、R₂₃、R₂₄、…、R_2N由于电阻两侧无电势差，所以无电流流过，位于I区的待测电阻R₁₁和R₂₁由于左右两侧存在电势差，所以有电流经过，这两个电阻同采样电阻R_s构成串联回路，所以I₁₁＝I₂₁，位于III区的电阻R₁₂、R₁₃、R₁₄、…、R_1N由于行电压为V_I，列电压为V_s1，因为V_I≠V_s1，所以该区的每个电阻都有电流流过，且每个并联支路上只有单个电阻，所以电流会比较大。

图6显示了在检测时非选定行及非选定列电阻的电路示意图。非选定行非选定列电阻即V区电阻，共(M-2)×(N-1)个。行电压为V_F2，列电压为V_F1，该区每个电阻两端都存在电势差，所以每个电阻都有电流通过，形成回路。

图7为本发明电路工作时的简化电路示意图。由简化后的电路可明显看出，待测电阻R₁₁和R₂₁同采样电阻Rs构成串联回路，输入的测试电压为V_I，经过R₁₁后电势降为V_s2，再经过R₂₁后电势降为V_s1，后经过Rs后接地，电势降为0，整个串联电路电流表示为I，则：

$I=\frac{V_{s1}}{R_s}$

利用电阻分压原理，易得出待测电阻R₁₁和R₂₁的阻值：

$\left\{\begin{array}{c}{R}_{11}=\frac{V_I-V_{S2}}{I}=\frac{V_I-V_{S2}}{V_{S1}}\·R_S\\ R_{21}=\frac{V_{S2}-V_{S1}}{I}=\frac{V_{S2}-V_{S1}}{V_{S1}}\·R_S\end{array}\right.$

本领域技术人员应知，二维阻性传感器阵列的行与列为相对概念，若将二维阻性传感器阵列的行与列互换，相应改变行、列多路控制器及扫描控制器，通过对扫描控制器编程，同样可以控制行多路选择器和列多路选择器，实现对所有待测单元的快速巡检扫描。

Claims (7)

1.一种二维阻性传感器阵列的快速读出电路，所述二维阻性传感器阵列为共用行线和列线的二维阻性传感器阵列，其特征在于，所述快速读出电路包括：行多路选择器、列多路选择器、扫描控制器、第一电压反馈电路、第二电压反馈电路、采样电阻、测试电压输入端；采样电阻一端接地，另一端连接第一电压反馈电路的输入端；所有行线被分为两组；对于第一组行线，行多路选择器可在扫描控制器控制下使得其中任一行线与测试电压输入端接通而与第二电压反馈电路的输出端断开，或者与第二电压反馈电路的输出端接通而与测试电压输入端断开；对于第二组行线，行多路选择器可在扫描控制器控制下使得其中任一行线与第一电压反馈电路的输入端接通而与第二电压反馈电路的输出端断开，或者与第二电压反馈电路的输出端接通而与第一电压反馈电路的输入端断开；列多路选择器可在扫描控制器控制下使得任一列线与第二电压反馈电路的输入端接通而与第一电压反馈电路的输出端断开，或者与第一电压反馈电路的输出端接通而与第二电压反馈电路的输入端断开。

2.如权利要求1所述快速读出电路，其特征在于，所述第一电压反馈电路包括第一运算放大器和第一驱动电路，第一运算放大器的反相输入端与第一运算放大器的输出端及第一驱动电路的输入端连接，第一运算放大器的同相输入端、第一驱动电路的输出端分别作为第一电压反馈电路的输入端、第一电压反馈电路的输出端；所述第二电压反馈电路包括第二运算放大器和第二驱动电路，第二运算放大器的反相输入端与第二运算放大器的输出端及第二驱动电路的输入端连接，第二运算放大器的同相输入端、第二驱动电路的输出端分别作为第二电压反馈电路的输入端、第二电压反馈电路的输出端。

3.如权利要求1所述快速读出电路，其特征在于，两组行线的数量差小于等于1。

4.如权利要求1所述快速读出电路，其特征在于，所述行多路选择器包括与二维阻性传感器阵列的行线一一对应的M个二选一双向模拟开关，M为所述二维阻性传感器阵列的行数；根据行线的分组情况，这M个二选一双向模拟开关被分为相应的两组；对于第一组中的每一个二选一双向模拟开关，其公共输入/输出端与其所对应的行线连接，其两个独立输入/输出端分别与测试电压输入端、第二电压反馈电路的输出端连接，其控制信号输入端与扫描控制器连接；对于第二组中的每一个二选一双向模拟开关，其公共输入/输出端与其所对应的行线连接，其两个独立输入/输出端分别与第一电压反馈电路的输入端、第二电压反馈电路的输出端连接，其控制信号输入端与扫描控制器连接。

5.如权利要求1所述快速读出电路，其特征在于，所述列多路选择器包括与二维阻性传感器阵列的列线一一对应的N个二选一双向模拟开关，N为所述二维阻性传感器阵列的列数；对于每一个二选一双向模拟开关，其公共输入/输出端与其所对应的列线连接，其两个独立输入/输出端分别与第一电压反馈电路的输出端、第二电压反馈电路的输入端连接，其控制信号输入端与扫描控制器连接。

6.如权利要求1～5任一项所述快速读出电路的读出方法，其特征在于，扫描控制器控制列多路选择器，使得当前扫描的列线与第二电压反馈电路的输入端接通而与第一电压反馈电路的输出端断开，其余列线与第一电压反馈电路的输出端接通而与第二电压反馈电路的输入端断开；同时，扫描控制器控制行多路选择器，使得第一组行线中的一条行线与测试电压输入端接通，第二组行线中的一条行线与第一电压反馈电路的输入端接通，其余行线均与第二电压反馈电路的输出端接通；然后利用以下公式得到与测试电压输入端接通的行线与当前扫描列相交处的阻性传感器的电阻值R1，以及与第一电压反馈电路的输入端接通的行线与当前扫描列相交处的阻性传感器的电阻值R2：

$\left\{\begin{array}{c}R1=\frac{V_I-V_{s2}}{V_{s1}}\·R_s\\ R2=\frac{V_{s2}-V_{s1}}{V_{s1}}\·R_s\end{array}\right.$

式中，V_I为测试电压输入端输入的测试电压，V_S1为第一电压反馈电路的输入端电压，V_S2为第二电压反馈电路的输入端电压，R_S为所述采样电阻的电阻值。

7.一种传感系统，包括共用行线和列线的二维阻性传感器阵列，以及用于读出二维阻性传感器阵列中各传感器的电阻值的读出电路，其特征在于，所述读出电路为权利要求1～5任一项所述快速读出电路。