CN105698827B - 阻性传感器阵列读出电路及其读出方法、一种传感系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于二线制等电势法的阻性传感器阵列读出电路，属于传感器技术领域。本发明读出电路针对共用行线和列线的M×N二维阻性传感器阵列，其包括：一个电流反馈运放、一个列线驱动运放、行多路选择器、列多路选择器、测试电流设定电阻、基准电压源，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。本发明还公开了上述读出电路的读出方法及一种传感系统。相比现有技术，本发明以二线制等电势法为关键技术，可有效消除连接线缆引线电阻、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。

Description

阻性传感器阵列读出电路及其读出方法、一种传感系统
技术领域
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读出电路。
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。
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，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Rij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。
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0～3Ω)。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
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读出电路，可有效消除测试线缆引线电阻、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。
本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：
基于二线制等电势法的阻性传感器阵列读出电路，所述阻性传感器阵列为共用行线和列线的M×N二维阻性传感器阵列；其特征在于，所述读出电路包括：一个电流反馈运放、一个列线驱动运放、行多路选择器、列多路选择器、测试电流设定电阻、基准电压源，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；电流反馈运放的输出端与列线驱动运放的同相输入端连接，电流反馈运放的同相输入端与零电位连接，测试电流设定电阻的一端连接基准电压源；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，并通过其另一根连接线与列线驱动运放的反相输入端连接，同时使得阻性传感器阵列中其它每一根列线通过其两根连接线分别与零电位连接；所述行多路选择器可使得阻性传感器阵列中任意一条行线通过其一根连接线与电流反馈运放的反相输入端连接，并通过其另一根连接线与测试电流设定电阻的另一端连接，同时使得阻性传感器阵列中其它每一根行线通过其两根连接线分别与零电位连接。
优选地，所述行多路选择器包括与阻性传感器阵列的M条行线一一对应的M个双刀双掷开关；对于每一个双刀双掷开关，其一对公共端分别通过其所对应行线的两根连接线与该行线连接，该双刀双掷开关的其中一对独立端分别与电流反馈运放的反相输入端、测试电流设定电阻的另一端连接，该双刀双掷开关的另外一对独立端均与零电位连接。
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个列双刀双掷开关；对于每一个列双刀双掷开关，其一对公共端分别通过其所对应列线的两根连接线与该列线连接，该列双刀双掷开关的其中一对独立端分别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，该列双刀双掷开关的另外一对独立端均与零电位连接。
如上任一技术方案所述读出电路的读出方法，对于所述阻性传感器阵列中的任意一个待测阻性传感器，首先选通该待测阻性传感器，具体如下：通过列多路选择器使得待测阻性传感器所在列线通过其一根连接线与列线驱动运放的输出端连接，并通过其另一根连接线与列线驱动运放的反相输入端连接，同时使得阻性传感器阵列中其它每一根列线通过其两根连接线分别与零电位连接；与此同时，通过行多路选择器使得待测阻性传感器所在行线通过其一根连接线与电流反馈运放的反相输入端连接，并通过其另一根连接线与测试电流设定电阻的另一端连接，同时使得阻性传感器阵列中其它每一根行线通过其两根连接线分别与零电位连接；然后利用下式计算出该待测阻性传感器的电阻Rxy：
其中，Vxy为电流反馈运放输出端的反馈电压，VI为基准电压源提供的基准电压，Ve为测试电流设定电阻与行多路选择器所连接一端的电势，Rset为测试电流设定电阻的电阻值。
根据相同的发明思路还可以得到以下技术方案：
基于二线制等电势法的阻性传感器阵列读出电路，所述阻性传感器阵列为共用行线和列线的M×N二维阻性传感器阵列；其特征在于，所述读出电路包括：一个电流反馈运放、一个列线驱动运放、行多路选择器、列多路选择器、测试电流设定电阻、基准电压源，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；电流反馈运放的输出端与列线驱动运放的同相输入端连接，电流反馈运放的同相输入端与基准电压源连接，测试电流设定电阻的一端连接零电位；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，并通过其另一根连接线与列线驱动运放的反相输入端连接，同时使得阻性传感器阵列中其它每一根列线通过其两根连接线分别与基准电压源连接；所述行多路选择器可使得阻性传感器阵列中任意一条行线通过其一根连接线与电流反馈运放的反相输入端连接，并通过其另一根连接线与测试电流设定电阻的另一端连接，同时使得阻性传感器阵列中其它每一根行线通过其两根连接线分别与基准电压源连接。
优选地，所述行多路选择器包括与阻性传感器阵列的M条行线一一对应的M个双刀双掷开关；对于每一个双刀双掷开关，其一对公共端分别通过其所对应行线的两根连接线与该行线连接，该双刀双掷开关的其中一对独立端分别与电流反馈运放的反相输入端、测试电流设定电阻的另一端连接，该双刀双掷开关的另外一对独立端均与基准电压源连接。
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个列双刀双掷开关；对于每一个列双刀双掷开关，其一对公共端分别通过其所对应列线的两根连接线与该列线连接，该列双刀双掷开关的其中一对独立端分别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，该列双刀双掷开关的另外一对独立端均与基准电压源连接。
如上所述读出电路的读出方法，对于所述阻性传感器阵列中的任意一个待测阻性传感器，首先选通该待测阻性传感器，具体如下：通过列多路选择器使得待测阻性传感器所在列线通过其一根连接线与列线驱动运放的输出端连接，并通过其另一根连接线与列线驱动运放的反相输入端连接，同时使得阻性传感器阵列中其它每一根列线通过其两根连接线分别与基准电压源连接；与此同时，通过行多路选择器使得待测阻性传感器所在行线通过其一根连接线与电流反馈运放的反相输入端连接，并通过其另一根连接线与测试电流设定电阻的另一端连接，同时使得阻性传感器阵列中其它每一根行线通过其两根连接线分别与基准电压源连接；然后利用下式计算出该待测阻性传感器的电阻Rxy：
其中，Vxy为电流反馈运放输出端的反馈电压，VI为基准电压源提供的基准电压，Ve为测试电流设定电阻与行多路选择器所连接一端的电势，Rset为测试电流设定电阻的电阻值。
一种传感系统，包括阻性传感器阵列及相应的读出电路，所述阻性传感器阵列为共用行线和列线的M×N二维阻性传感器阵列，所述读出电路为以上任一技术方案所述基于二线制等电势法的阻性传感器阵列读出电路。
相比现有技术，本发明具有以下有益效果：
1.本发明是针对阻性传感器阵列的检测需要，在不提高阵列互连复杂性的基础上，以二线制电压反馈法为关键技术，有效消除了多路选择器的通道导通电阻、测试线缆接头的触点电阻、长测试线缆所导致的串扰误差，提高了测量精度，同时扩大了阻性传感器阵列中物理量敏感电阻的阻值范围；而且本发明还可有效消除空间电磁噪声的干扰；
2.使得低成本的、通道导通电阻较大的多路选择器可以被应用于阻性传感器阵列，降低了测试电路的成本；
3.消除了阻值随时间和触点接触状态而变化的测试线缆接头触点对阻性传感器阵列测量精度的影响，使得应用系统可以通过方便插拔的插头、插座更换阻性传感器阵列或其测试电路，同时能保证应用系统的测量精度。
4.消除了长测试线缆所导致的串扰误差，使得长测试线缆能被应用于阻性传感器阵列，特别适用于对测试电路空间尺寸有要求的柔软阻性传感阵列测量。
附图说明
图1为共用行线和列线的M×N二维阻性传感器阵列结构示意图；
图2为现有共用行列线阻性传感器阵列的等电势法读出电路原理图；
图3为图2读出电路的读出原理等效图；
图4为本发明读出电路一个具体实施例的原理图；
图5为图4读出电路的读出原理等效图；
图6为本发明读出电路另一个具体实施例的原理图；
图7为图6读出电路的读出原理等效图。
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：
图2显示了现有共用行列线阻性传感器阵列的等电势法读出电路原理，图中的当前待测阻性传感器Rxy为M×N共用行列线阻性传感器阵列中的R11，图3为图2读出电路的读出原理等效图。在该读出电路中，阵列的每根行线或列线和测试电路之间都只有一根连接线。该电路在理想工作状态下，所有列线二选一多路开关的通道导通电阻Rsc、驱动连接线的引线电阻和接头触点电阻的累加电阻RLc被忽略，这样Rxy所在列线的电压Vcy＝Vxy，其它列线的电压为0；同时等电流M选一多路开关的通道导通电阻Rsr、等电流连接线的引线电阻和接头触点电阻的累加电阻RLr被忽略，由于理想电流反馈运放的作用，被测单元所在行线电压Vrx＝0。由于其它列线的电压与Vrx相等，因此被测单元的(N-1)个行相邻单元上的电流为0；同时由于电流反馈运放的反相输入端阻抗很大，其漏电流被忽略，这样Rxy上的电流Ixy和测试电流设定电阻Rset上的电流Iset相等为Iset＝-VI/Rset＝Vxy/Rxy。由于VI和Rset已知，Rxy上的电压Vxy可以测量得到，进而可以计算出Rxy。
而该读出电路在实际工作情况下，由于被测单元的列线二选一多路开关的通道导通电阻Rsc、驱动连接线的引线电阻和接头触点电阻的累加电阻RLc的存在，导致Vcy与Vxy不相等；同时由于被测单元的行线方向上的等电流M选一多路开关的通道导通电阻Rsr、等电流连接线的引线电阻和接头触点电阻的累加电阻RLr的存在，导致Vrx与0不相等。行连接线缆、列连接线缆和多路开关的通道导通电阻所导致的这两个主要因素破坏了等电势法测试电路的理想隔离工作条件，使得Rxy测量误差变大。
为了克服图2读出电路所存在的缺点，消除连接线缆的引线电阻、测试线缆接头的触点电阻和多路开关的通道导通电阻等的影响，本发明提出了一种基于二线制等电势法的阻性传感器阵列读出电路，利用双连接线的等电势法来读出共用行列线阻性传感器阵列中各传感器的电阻值。
本发明读出电路具体包括：一个电流反馈运放、一个列线驱动运放、行多路选择器、列多路选择器、测试电流设定电阻、基准电压源，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；电流反馈运放的输出端与列线驱动运放的同相输入端连接，电流反馈运放的同相输入端与基准电压源连接，测试电流设定电阻的一端连接零电位；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，并通过其另一根连接线与列线驱动运放的反相输入端连接，同时使得阻性传感器阵列中其它每一根列线通过其两根连接线分别与基准电压源连接；所述行多路选择器可使得阻性传感器阵列中任意一条行线通过其一根连接线与电流反馈运放的反相输入端连接，并通过其另一根连接线与测试电流设定电阻的另一端连接，同时使得阻性传感器阵列中其它每一根行线通过其两根连接线分别与基准电压源连接。
上述读出电路的读出方法，对于所述阻性传感器阵列中的任意一个待测阻性传感器，首先选通该待测阻性传感器，具体如下：通过列多路选择器使得待测阻性传感器所在列线通过其一根连接线与列线驱动运放的输出端连接，并通过其另一根连接线与列线驱动运放的反相输入端连接，同时使得阻性传感器阵列中其它每一根列线通过其两根连接线分别与零电位连接；与此同时，通过行多路选择器使得待测阻性传感器所在行线通过其一根连接线与电流反馈运放的反相输入端连接，并通过其另一根连接线与测试电流设定电阻的另一端连接，同时使得阻性传感器阵列中其它每一根行线通过其两根连接线分别与零电位连接；然后利用下式计算出该待测阻性传感器的电阻Rxy：
其中，Vxy为电流反馈运放输出端的反馈电压，VI为基准电压源提供的基准电压，Ve为测试电流设定电阻与行多路选择器所连接一端的电势，Rset为测试电流设定电阻的电阻值。
本发明读出电路还可以采用另一种结构，即将以上技术方案中的零电位位置与基准电压源位置互换，具体如下：
基于二线制等电势法的阻性传感器阵列读出电路，所述阻性传感器阵列为共用行线和列线的M×N二维阻性传感器阵列；其特征在于，所述读出电路包括：一个电流反馈运放、一个列线驱动运放、行多路选择器、列多路选择器、测试电流设定电阻、基准电压源，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；电流反馈运放的输出端与列线驱动运放的同相输入端连接，电流反馈运放的同相输入端与基准电压源连接，测试电流设定电阻的一端连接零电位；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，并通过其另一根连接线与列线驱动运放的反相输入端连接，同时使得阻性传感器阵列中其它每一根列线通过其两根连接线分别与基准电压源连接；所述行多路选择器可使得阻性传感器阵列中任意一条行线通过其一根连接线与电流反馈运放的反相输入端连接，并通过其另一根连接线与测试电流设定电阻的另一端连接，同时使得阻性传感器阵列中其它每一根行线通过其两根连接线分别与基准电压源连接。
如上所述读出电路的读出方法，对于所述阻性传感器阵列中的任意一个待测阻性传感器，首先选通该待测阻性传感器，具体如下：通过列多路选择器使得待测阻性传感器所在列线通过其一根连接线与列线驱动运放的输出端连接，并通过其另一根连接线与列线驱动运放的反相输入端连接，同时使得阻性传感器阵列中其它每一根列线通过其两根连接线分别与基准电压源连接；与此同时，通过行多路选择器使得待测阻性传感器所在行线通过其一根连接线与电流反馈运放的反相输入端连接，并通过其另一根连接线与测试电流设定电阻的另一端连接，同时使得阻性传感器阵列中其它每一根行线通过其两根连接线分别与基准电压源连接；然后利用下式计算出该待测阻性传感器的电阻Rxy：
其中，Vxy为电流反馈运放输出端的反馈电压，VI为基准电压源提供的基准电压，Ve为测试电流设定电阻与行多路选择器所连接一端的电势，Rset为测试电流设定电阻的电阻值。
为了便于公众理解，下面以两个具体实施例来对本发明技术方案进行详细说明。
图4显示了本发明读出电路的一个具体实施例的电路原理，图中的当前待测阻性传感器Rxy为M×N共用行列线阻性传感器阵列中的R11，图5为图4读出电路的测试原理等效图。本实施例中分别以M个双刀双掷开关和N个双刀双掷开关来分别构建行多路选择器、列多路选择器。如图4所示，本发明为M×N共用行列线阻性传感器阵列的每根行线或列线都额外增加一根连接线，即每一根列线和行线都对应两根连接线(为了便于区别，从功能角度考虑，下文将同一列线的两根连接线分别称为驱动连接线、驱动采样跟随连接线，将同一行线的两根连接线分别称为等电流连接线、等电势连接线)。共用行列线阻性传感器阵列的每根列线通过其驱动连接线、驱动采样跟随连接线分别与一个列双刀双掷开关的两个公共端连接，每个列双刀双掷开关同步动作，即该列双刀双掷开关同时吸合或放开，N根列线共连接N个列双刀双掷开关，各个列双刀双掷开关的一对独立端分别连接到一个列线驱动运放的输出端和反相输入端，另外一对独立端均接到零电位；该列线驱动运放的同相输入端连接电流反馈运放输出端输出的反馈电压Vxy。共用行列线阻性传感器阵列的每根行线通过其等电流连接线、等电势连接线分别与一个行双刀双掷开关的两个公共端连接，每个行双刀双掷开关同步动作，即该行双刀双掷开关同时吸合或放开，M根行线共连接M个行双刀双掷开关，各个列双刀双掷开关的一对独立端分别连接到电流反馈运放的反相输入端和测试电流设定电阻Rset的一端，另外一对独立端均与零电位连接；测试电流设定电阻Rset的另一端接基准电压源提供的基准电压VI，电流反馈运放的同相输入端接零电位。
测试时，令当前待测列单元所在的列双刀双掷开关吸合，而剩余其他列双刀双掷开关断开；并令当前待测列单元所在的行双刀双掷开关吸合，而剩余其他行双刀双掷开关开关断开。因此，传感器阵列中的其他列线接地，而仅当前待测列单元所在的列线与列线驱动运放的输出端和反相输入端接通；同时，传感器阵列中的其他行线线接地，而仅当前待测列单元所在的行线与测试电流设定电阻Rset和电流反馈运放反相输入端接通。这样，通过列线驱动运放的虚短、虚断作用，当前待测单元所在的列线电压Vcy跟随列线驱动运放的同相输入端电压Vxy而变化。由于列线驱动运放的反相输入端的输入阻抗与列双刀双掷开关的开关触点电阻的阻值Rsc以及驱动连接线和列驱动采样跟随连接线的引线电阻及其接头触点电阻的累积电阻RLc相比都非常大，由于列线驱动运放的虚短、虚断作用，因此当前待测单元所在的列线电压Vcy跟随列线驱动运放的同相输入端电压Vxy相等，可消除读出电路中RLc、Rsc对Rxy测量结果的影响。通过电流反馈运放的虚短作用，当前待测单元所在的行线上的电压Vrx与电流反馈运放的同相输入端保持等电势虚地，而非当前扫描行线和列线都通过其双刀双掷开关接地，被虚拟隔离；而由于电流反馈运放的虚短、虚断作用，当前待测单元上的电流Ixy跟随测试电流设定电阻Rset的电流Iset而变化。由于电流反馈运放的反相输入端的输入阻抗与行双刀双掷开关的开关触点电阻的阻值Rsr以及等电流连接线和等电势连接线的引线电阻及其接头触点电阻的累积电阻RLr相比都非常大，由于列线驱动运放的虚断作用，因此当前待测列单元上的电流Ixy跟随测试电流设定电阻Rset的电流Iset相等，可消除读出电路中RLr、Rsr对Rxy测量结果的影响。
来自VI的测试电流首先经过Rset，其次经过行双刀双掷开关，再次经过等电流连接线到被测单元的行线，而后通过被测单元到其列线。由于电流反馈运放反相输入端的输入阻抗很大，远远大于行双刀双掷开关的开关触点电阻Rsr和等电势连接线的引线电阻及其触点电阻RLr的累加和，可以认为电流反馈运放反相输入端的电压和被测单元所在行线电压相等，其值为0；而由于电流反馈运放反相输入端的输入阻抗很大，远远大于Rset、行双刀双掷开关的开关触点电阻Rsr和等电流连接线的引线电阻及其触点电阻RLr的累计电阻Rer，因此电流反馈运放反相输入端的漏电流可以忽略；而同时其它列线与被测行线保持相等的零电位，被测单元的行相邻单元上的漏电流为零。因此Rset和Rxy上的通过电流相等，该电流也同时通过行双刀双掷开关的开关触点电阻、等电流连接线的引线电阻、等电流连接线触点电阻等共同导致的累积电阻Rer，而电流值不变。由于Rset和Rxy上的电流相等，由于Rset已知，那么如果知道Rset两端的精确电压，就可以确定精确的Ixy。而Vxy可以测量得到，从而可计算出精确地Rxy。
但由于累积电阻Rer的存在，导致通过Rset的电流为Ireal＝-VI/(Rset+Rer)＝Vxy/Rxy与理想设定电流Iset＝-VI/Rset有区别，累积电阻Rer导致的误差电压为Ve，因此如果忽略Rer的影响将导致被测单元的测试结果产生额外的误差。由于Rxy、Rset和Rer上流过的电流相等，因此我们可以采用Rxy＝Vxy×Rset/(Ve-VI)求得Rxy的阻值。可以发现在该式中没有Rer存在，Rer的影响被彻底消除。由于Rset和VI已知，而Ve和Vxy我们可测量得到，最终实现Rxy真值的测定。
图6显示了本发明读出电路的另一个实施例，图中的当前被测单元Rxy为M×N共用行列线阻性传感器阵列中的R11；图7为图6读出电路的读出原理等效图。如图6所示，本实施例的读出电路相当于将图4读出电路中的基准电压源与零电位的接入位置互换，即将图4读出电路中原来的零电位位置处换为基准电压源，而将原来的基准电压源位置处换为零电位。该测试电路的测试方法具体如下：
对于所述阻性传感器阵列中的任意一个待测阻性传感器，首先选通该待测阻性传感器，具体如下：通过列多路选择器使得待测阻性传感器所在列线通过其一根连接线与列线驱动运放的输出端连接，并通过其另一根连接线与列线驱动运放的反相输入端连接，同时使得阻性传感器阵列中其它每一根列线通过其两根连接线分别与基准电压源连接；与此同时，通过行多路选择器使得待测阻性传感器所在行线通过其一根连接线与电流反馈运放的反相输入端连接，并通过其另一根连接线与测试电流设定电阻的另一端连接，同时使得阻性传感器阵列中其它每一根行线通过其两根连接线分别与基准电压源连接；然后利用下式计算出该待测阻性传感器的电阻Rxy：
其中，Vxy为电流反馈运放输出端的反馈电压，VI为基准电压源提供的基准电压，Ve为测试电流设定电阻与行多路选择器所连接一端的电势，Rset为测试电流设定电阻的电阻值。
图6读出电路消除多路选择器的通道导通电阻、测试接头的触点电阻、长测试线缆所导致的串扰误差的基本原理与图4相同，本领域技术人员根据上文描述以及图6、图7可清楚地了解；为节省篇幅起见，此处不再赘述。相比图4的读出电路，采用图6的读出电路，所有运放可以采用轨到轨的单极性运放，此时仅需要提供单极性基准电压源，从而降低电源成本。
综上所述，利用本发明读出电路，共用行列线阻性传感器阵列中的任一被测单元的真实阻值可被准确测量出来，而阻性传感器阵列的列线、行线的引线电阻及其接头的触点电阻和多路开关通道导通电阻导致的影响被完全消除。
此外需要强调的是：上述行、列为相对概念，本领域技术人员完全可以将之互换，而行多路选择器、列多路选择器也可利用其他具体结构实现；因此，基于本发明思路的类似此种简单变形仍为本发明技术方案所涵盖。

Claims (9)

1.基于二线制等电势法的阻性传感器阵列读出电路，所述阻性传感器阵列为共用行线和列线的M×N二维阻性传感器阵列；其特征在于，所述读出电路包括：一个电流反馈运放、一个列线驱动运放、行多路选择器、列多路选择器、测试电流设定电阻、基准电压源，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；电流反馈运放的输出端与列线驱动运放的同相输入端连接，电流反馈运放的同相输入端与零电位连接，测试电流设定电阻的一端连接基准电压源；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，并通过其另一根连接线与列线驱动运放的反相输入端连接，同时使得阻性传感器阵列中其它每一根列线通过其两根连接线分别与零电位连接；所述行多路选择器可使得阻性传感器阵列中任意一条行线通过其一根连接线与电流反馈运放的反相输入端连接，并通过其另一根连接线与测试电流设定电阻的另一端连接，同时使得阻性传感器阵列中其它每一根行线通过其两根连接线分别与零电位连接。
2.如权利要求1所述读出电路，其特征在于，所述行多路选择器包括与阻性传感器阵列的M条行线一一对应的M个行双刀双掷开关；对于每一个行双刀双掷开关，其一对公共端分别通过其所对应行线的两根连接线与该行线连接，该行双刀双掷开关的其中一对独立端分别与电流反馈运放的反相输入端、测试电流设定电阻的另一端连接，该行双刀双掷开关的另外一对独立端均与零电位连接。
3.如权利要求1所述读出电路，其特征在于，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个列双刀双掷开关；对于每一个列双刀双掷开关，其一对公共端分别通过其所对应列线的两根连接线与该列线连接，该列双刀双掷开关的其中一对独立端分别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，该列双刀双掷开关的另外一对独立端均与零电位连接。
4.如权利要求1～3任一项所述读出电路的读出方法，其特征在于，对于所述阻性传感器阵列中的任意一个待测阻性传感器，首先选通该待测阻性传感器，具体如下：通过列多路选择器使得待测阻性传感器所在列线通过其一根连接线与列线驱动运放的输出端连接，并通过其另一根连接线与列线驱动运放的反相输入端连接，同时使得阻性传感器阵列中其它每一根列线通过其两根连接线分别与零电位连接；与此同时，通过行多路选择器使得待测阻性传感器所在行线通过其一根连接线与电流反馈运放的反相输入端连接，并通过其另一根连接线与测试电流设定电阻的另一端连接，同时使得阻性传感器阵列中其它每一根行线通过其两根连接线分别与零电位连接；然后利用下式计算出该待测阻性传感器的电阻Rxy：
<mrow> <msub> <mi>R</mi> <mrow> <mi>x</mi> <mi>y</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>V</mi> <mrow> <mi>x</mi> <mi>y</mi> </mrow> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>V</mi> <mi>e</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>V</mi> <mi>I</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mfrac> <mo>&amp;times;</mo> <msub> <mi>R</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>e</mi> <mi>t</mi> </mrow> </msub> </mrow>
其中，Vxy为电流反馈运放输出端的反馈电压，VI为基准电压源提供的基准电压，Ve为测试电流设定电阻与行多路选择器所连接一端的电势，Rset为测试电流设定电阻的电阻值。
5.基于二线制等电势法的阻性传感器阵列读出电路，所述阻性传感器阵列为共用行线和列线的M×N二维阻性传感器阵列；其特征在于，所述读出电路包括：一个电流反馈运放、一个列线驱动运放、行多路选择器、列多路选择器、测试电流设定电阻、基准电压源，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；电流反馈运放的输出端与列线驱动运放的同相输入端连接，电流反馈运放的同相输入端与基准电压源连接，测试电流设定电阻的一端连接零电位；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，并通过其另一根连接线与列线驱动运放的反相输入端连接，同时使得阻性传感器阵列中其它每一根列线通过其两根连接线分别与基准电压源连接；所述行多路选择器可使得阻性传感器阵列中任意一条行线通过其一根连接线与电流反馈运放的反相输入端连接，并通过其另一根连接线与测试电流设定电阻的另一端连接，同时使得阻性传感器阵列中其它每一根行线通过其两根连接线分别与基准电压源连接。
6.如权利要求5所述读出电路，其特征在于，所述行多路选择器包括与阻性传感器阵列的M条行线一一对应的M个行双刀双掷开关；对于每一个行双刀双掷开关，其一对公共端分别通过其所对应行线的两根连接线与该行线连接，该行双刀双掷开关的其中一对独立端分别与电流反馈运放的反相输入端、测试电流设定电阻的另一端连接，该行双刀双掷开关的另外一对独立端均与基准电压源连接。
7.如权利要求5所述读出电路，其特征在于，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个列双刀双掷开关；对于每一个列双刀双掷开关，其一对公共端分别通过其所对应列线的两根连接线与该列线连接，该列双刀双掷开关的其中一对独立端分别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，该列双刀双掷开关的另外一对独立端均与基准电压源连接。
8.如权利要求5所述读出电路的读出方法，其特征在于，对于所述阻性传感器阵列中的任意一个待测阻性传感器，首先选通该待测阻性传感器，具体如下：通过列多路选择器使得待测阻性传感器所在列线通过其一根连接线与列线驱动运放的输出端连接，并通过其另一根连接线与列线驱动运放的反相输入端连接，同时使得阻性传感器阵列中其它每一根列线通过其两根连接线分别与基准电压源连接；与此同时，通过行多路选择器使得待测阻性传感器所在行线通过其一根连接线与电流反馈运放的反相输入端连接，并通过其另一根连接线与测试电流设定电阻的另一端连接，同时使得阻性传感器阵列中其它每一根行线通过其两根连接线分别与基准电压源连接；然后利用下式计算出该待测阻性传感器的电阻Rxy：
<mrow> <msub> <mi>R</mi> <mrow> <mi>x</mi> <mi>y</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>V</mi> <mrow> <mi>x</mi> <mi>y</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>V</mi> <mi>I</mi> </msub> </mrow> <msub> <mi>V</mi> <mi>e</mi> </msub> </mfrac> <mo>&amp;times;</mo> <msub> <mi>R</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>e</mi> <mi>t</mi> </mrow> </msub> </mrow>
其中，Vxy为电流反馈运放输出端的反馈电压，VI为基准电压源提供的基准电压，Ve为测试电流设定电阻与行多路选择器所连接一端的电势，Rset为测试电流设定电阻的电阻值。
9.一种传感系统，包括阻性传感器阵列及相应的读出电路，所述阻性传感器阵列为共用行线和列线的M×N二维阻性传感器阵列，所述读出电路为如权利要求1～3和5～7中任一项所述基于二线制等电势法的阻性传感器阵列读出电路。
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