CN106500736A - 一种二维阻性传感阵列的线性读出电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种二维阻性传感阵列的线性读出电路，包括：共用行线和列线的二维阻性传感单元阵列、行多路选择器及列多路选择器、扫描控制器、负反馈运算放大器及测试电流设定电路，所述二维阻性传感单元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的二维结构分布的阻性传感单元阵列，扫描控制器输出行、列扫描控制信号，行扫描控制信号控制行多路选择器，列扫描控制信号控制列多路选择器，所述测试电流设定电路采用电阻RS。利用所述电路，不仅可以线性读出所测二维阻性传感单元阵列，还可以有效减小二维阻性传感单元阵列中除当前被测阻性传感单元以外的其它阻性传感单元、行多路选择器与列多路选择器内阻对测量结果的干扰。

Description

一种二维阻性传感阵列的线性读出电路
技术领域
本发明涉及一种二维阻性传感阵列的线性读出电路，属于电路技术领域。
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，它可以通过感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阵列的所有的传感器的进行逐个访问，而每个传感器具有两个端口，共需要2×M×N根连接线。共用行线与列线的二维阵列降低了器件互连的复杂性，但阵列网络的互串效应与为实现待测阻性传感器单独选定引入的多路选择器也对检测精度带来不确定性；将扫描控制器与电阻采样电路和多路选择器结合，虽然可以实现待测阻性传感器的单个选定，仅仅是理想状态下的与阵列中其他阻性传感器的虚拟隔离，但如果想屏蔽掉待测阻性传感器所在公共行线与列线的多路选择器内阻以及其他相邻阻性传感器引起的干扰，就需要在阵列的每一行都设置扫描控制器与电阻采样电路，因此仅仅在扫描控制器与电阻采样电路的控制下，阻性传感阵列的检测电路无法同时达到较低的器件互连的复杂性与较高的检测精度。
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，但是它对待测元件所在行与所在列的其他元件的串扰没有起到很好的隔离作用。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，最大检测速率高达每秒3,000像素，但该电路为了保证检测精度，屏蔽阵列内非待测电阻的干扰，在阵列的每一列都引入了运算放大电路，其电路复杂，同时多个运放性能的微小差异也会导致多个通道间测量结果的一致性较差。
基于阻性阵列检测的相关专利，专利CN201410183065.4公开了一种增强电压反馈的阻性传感阵列的检测电路，实现对有故障或有变化的器件的快速检测，以增强电压反馈为关键技术，在反馈电路与特定的连接方式的作用下，可以使位于待测电阻所在行的相邻电阻两端电压保持等电位，将其中的电流限制到基本为零，有效屏蔽掉了被测电阻所在行线上相邻电阻与行多路选择器2的内阻的干扰，提高了阻性阵列的检测精度。但是，它并没有屏蔽列多路选择器内阻以及被测电阻所在列线上相邻电阻对测量结果的干扰，并未从真正意义上实现对待测电阻所在行线与列线的相邻电阻和行、列多路选择器内阻的隔离。
发明内容
针对阻性传感阵列检测的需要，本发明提出一种二维阻性传感阵列的线性读出电路，本电路可以实现对有故障或有变化的器件的线性检测，本发明还可以有效隔离当前被测阻性传感单元所在阵列的其余阻性传感单元和行、列多路选择器内阻对检测结果的影响，使得测量误差大大降低。
本发明采用如下技术方案：
一种二维阻性传感阵列的线性读出电路，包括：共用行线和列线的二维阻性传感单元阵列、行多路选择器及列多路选择器、扫描控制器及负反馈运算放大器，所述二维阻性传感单元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的二维结构分布的阻性传感单元阵列，阵列中的各个阻性传感单元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列的阻性传感单元用Rij(i＝1…M,j＝1…N)表示，其中，M为行数，N为列数，阻性传感单元Rij的一端与行多路选择器的yri端相连接，阻性传感单元Rij的另一端与列多路选择器的xcj端连接，行多路选择器的br1、br2、…、brM端口与负反馈运算放大器的反相输入端相连，负反馈运算放大器的同相输入端接地线，扫描控制器输出行、列扫描控制信号，行扫描控制信号控制行多路选择器，列扫描控制信号控制列多路选择器，所述线性读出电路还包括测试电流设定电路，所述测试电流设定电路采用电阻RS，电阻RS的一端与行多路选择器的br1、br2、…、brM端口连接，电阻RS另一端连接负精密电源Vin，所述负反馈运算放大器5的输出端与列多路选择器的ac1、ac2、…、acN端口连接。
本发明的检测电路的工作原理在于：扫描控制器输出扫描控制信号，控制多路选择器内端口的连接方式，行控制信号控制行多路选择器2的yri端与ari端或是与bri端相连；列控制信号控制列多路选择器3的xcj端与acj端或是与bcj端相连。二维阻性传感单元阵列中的阻性传感单元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。当待测阻性传感单元Rij被选定，其处于阵列第i行、第j列，列控制信号控制列多路选择器3第j列的xcj端与acj端相连，acj端与负反馈运算放大器5的输出端相连，其电压值为VEij，而其他列与地线电流采样电路7中运算放大器的反相输入端相连，行控制信号控制行多路选择器2第i行的yri端与bri端相连，bri端与负反馈运算放大器5的反相输入端相连，输入电压表示为Vre，而其他行与地线电流采样电路7中运算放大器的反相输入端相连，此时待测阻性传感单元Rij被选定。电压VEij经过列多路选择器3的选定通道作用于当前被测阻性传感单元Rij后经由行多路选择器2输入到负反馈运算放大器5反相输入端，同时作用于测试电流设定电阻后，电压降至负精密电源电压Vin，当前被测阻性传感单元Rij所在行线(第i行)上的电压表示为Vri，所在列线(第j列)上的电压表示为Vcj，而除当前被测阻性传感单元以外的其它阻性传感单元与地线电流采样电路连接，由于除当前被测阻性传感单元以外的其它阻性传感单元两侧连接的行、列多路选择器端口的电压均为VZP，即电势差为零，此时，除当前被测阻性传感单元以外的其它阻性传感单元无电流流过，则当前被测阻性传感单元Rij(i＝1…M,j＝1…N)的精确测量值采用如下计算方法求得：
步骤1，流过当前被测量列(第j列)多路选择器上的电流IEij＝ICG+IS，从而得到当前被测阻性传感单元Rij(i＝1…M,j＝1…N)所在列线(第j列)上的电压Vcj＝VEij-IEij×RSC＝VEij+(Vin/RS+VCG/RCG)×RSC；
步骤2，同时可以求得进而求得当前被测量行(第i列)多路选择器上的电压Vri＝-Vin/RS×RSr；
步骤3，可以计算得到当前被测阻性传感单元的精确测量值：Rij＝(Vcj-Vri)/Vin×RS＝-[VEij+(VCG/RCG+Vin/RS)×RSC+Vin/RS×RSr]/Vin×RS(i＝1…M,j＝1…N)。
这样可以基本排除二维阻性传感单元阵列中除当前被测阻性传感单元以外的其它阻性单元、行多路选择器与列多路选择器的内阻对当前被测阻性传感单元Rij(i＝1…M,j＝1…N)测量的干扰。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明公开的一种二维阻性传感阵列的线性读出电路，其输出电压VEij与待测二维阻性传感阵列Rij(i＝1…M,j＝1…N)成线性比例，根据基本的欧姆定律，得到当前被测阻性传感单元Rij(i＝1…M,j＝1…N)的阻值Rij＝-VEij/Vin×RS，即VEij/Rij＝-Vin/RS＝K，K为定值，所以输出电压与待测二维阻性传感阵列具有线性关系，因此本发明电路可以快速直观地读出二维阻性传感阵列，使用简单的线性运算即可得到精确结果，避免了大量繁杂的非线性计算或浮点计算，简化标定过程，无需采用复杂的模拟电路或者数字电路来做系统补偿，且能够根据输入电压的误差估算系统误差，使测量过程更加简单、精确；
(2)本发明公开的一种二维阻性传感阵列的线性读出电路，是针对阻性传感单元阵列的检测需要，在不提高阻性传感单元阵列互连复杂性的基础上，以改进零电势法为关键技术，在地线电流采样电路与被测阻性传感单元计算方法的共同作用下，可以准确得到流过被测阻性传感单元所在列多路选择器的电流IEij和流过被测阻性传感单元所在行多路选择器的电流IL，从而排除位于当前被测阻性传感单元所在行、列的多路选择器的通道内阻的电压，准确得到当前被测阻性传感单元两端的电压，而一般零电势法电路中，流过被测阻性传感单元所在列多路选择器的电流IEij忽略了流到地线的一部分电流，就是地线电流采样电路所采集到的电流ICG，这就不能准确得到当前被测阻性传感单元两端的电压，因此，在引入地线电流采样电路后，有效减少二维阻性传感单元阵列中除当前被测阻性传感单元以外的其它阻性传感单元、行多路选择器与列多路选择器的内阻对被测当前被测阻性传感单元测量的干扰，提高了阻性单元阵列的检测精度，不仅可以实现对待测单元的单个选定，而且可以有效减少当前被测阻性传感单元所在行、列线上多路选择器的内阻和除当前被测阻性传感单元以外的其它阻性单元的干扰，大大提高了其测量精度；
(3)采用一个运算放大器与一个电阻构成地线电流采样电路，仅需多使用一个运算放大器与一个电阻就可以减少当前被测阻性传感单元所在行、列多路选择器内阻和除当前被测阻性传感单元以外的其它阻性传感单元的干扰，避免了由于布置多个运放而使得器件互连变得复杂，也避免了由于不同运放之间的性能参数的微小差异带来的测量误差。
(4)在保证测量精度的前提下，可采用价格较低、内阻较大的列多路选择器，降低成本；
(5)采用一个运算放大器与一个电阻构成地线电流采样电路，仅需多使用一个运算放大器与一个电阻就可以减少当前被测阻性传感单元所在行、列多路选择器内阻和除当前被测阻性传感单元以外的其它阻性传感单元的干扰，避免了由于布置多个运放而使得器件互连变得复杂，也避免了由于不同运放之间的性能参数的微小差异带来的测量误差；
(6)采用共用行线与列线的二维阻性传感单元阵列，将M×N分布的阻性阵列的连线数目减少为M+N根，减少了器件互连的复杂性，保证了阵列中的每一个阻性传感单元都有唯一的行与列组合的访问方式；
(7)加入地线电流采样电路后，可以精确得到地线采样电流ICG，再结合流过测试电流设定电阻的电流IS，进而得到流入整个二维阻性传感单元阵列中的电流值IEij＝ICG+IS，根据电流值可以计算得到整个二维阻性传感单元阵列的功耗。
(8)本发明公开的一种二维阻性传感阵列的线性读出电路，同样适用于低成本的单极性电源场合。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的阐述。
图1是本发明基于的共用行线与列线的二维阻性传感单元阵列示意图；
图2是本发明的一种二维阻性传感阵列的线性读出电路示意图；
图3是检测待测阻性传感单元时阻性传感单元阵列的区域划分示意图；
图4是引入地线电流采样电路前阻性传感单元阵列检测的电路示意图；
图5是引入地线电流采样电路后阻性传感单元阵列检测的电路示意图；
图6是引入地线电流采样电路后单独接行多路选择器的阻性阵列检测的电路示意图；
图7是引入地线电流采样电路后单独接行多路选择器的阻性阵列检测的另一个电路示意图；
图8是引入地线电流采样电路后单独接列多路选择器的阻性阵列检测的电路示意图；
图9是引入地线电流采样电路后单独接列多路选择器的阻性阵列检测的另一个电路示意图；
图10是本发明应用于单极性电源场合的电路示意图；
具体实施方式
一种二维阻性传感阵列的线性读出电路，包括：共用行线和列线的二维阻性传感单元阵列1、行多路选择器2及列多路选择器3、扫描控制器4及负反馈运算放大器5，所述二维阻性传感单元阵列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的二维结构分布的阻性传感单元阵列，阵列中的各个阻性传感单元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列的阻性传感单元用Rij(i＝1…M,j＝1…N)表示，其中，M为行数，N为列数，阻性传感单元Rij的一端与行多路选择器2的yri端相连接，阻性传感单元Rij的另一端与列多路选择器3的xcj端连接，行多路选择器2的br1、br2、…、brM端口与负反馈运算放大器5的反相输入端相连，负反馈运算放大器5的同相输入端接地线，扫描控制器4输出行、列扫描控制信号，行扫描控制信号控制行多路选择器2，列扫描控制信号控制列多路选择器3，所述线性读出电路还包括测试电流设定电路6，所述测试电流设定电路6采用电阻RS，电阻RS的一端与行多路选择器2的br1、br2、…、brM端口连接，电阻RS另一端连接负精密电源Vin，所述负反馈运算放大器5的输出端与列多路选择器3的ac1、ac2、…、acN端口连接。
在本实施例中，所述线性读出电路包括地线电流采样电路7，所述地线电流采样电路7包括一个运算放大器Amp2和一个电阻RCG，所述运算放大器Amp2的同相输入端作为地线电流采样电路7的输入端，在地线电流采样电路7的输入端上直接接地线，电阻RCG的一端与所述运算放大器Amp2的异相输入端连接，电阻RCG的另一端与所述运算放大器的输出端连接且作为地线电流采样电路7的输出端，所述运算放大器Amp2的异相输入端至少与所述行多路选择器2的ar1、ar2、…、arM未选端口和所述列多路选择器3的bc1、bc2、…、bcN未选端口中的一组未选端口连接，并且，所述地线电流采样电路7产生一电流，使得地线电流采样电路7的采样端与未选端口的连接节点的电势Vzp为零。
下面参照附图，对本发明做出如下说明：
一种二维阻性传感阵列线的性读出电路，包括：共用行线和列线的二维阻性传感单元阵列1、行多路选择器2及列多路选择器3、扫描控制器4、负反馈运算放大器5、测试电流设定电路6及地线电流采样电路7。所述二维阻性传感单元阵列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的二维结构分布的阻性传感单元阵列，阵列中的各个阻性传感单元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列的阻性传感单元用Rij(i＝1…M,j＝1…N)表示，其中，M为行数，N为列数，阵列分布一般N>M，阻性传感单元Rij的一端与行多路选择器2的yri端相连接，阻性传感单元Rij的另一端与列多路选择器3的xcj端连接，行多路选择器2的ar1、ar2、…、arM端口和列多路选择器3的bc1、bc2、…、bcN端口两个端口中至少一个端口与地线电流采样电路7中运算放大器的反相输入端相连，行多路选择器2的br1、br2、…、brM端口与负反馈运算放大器5的反相输入端相连，负反馈运算放大器5的同相输入端接地线，同时行多路选择器2的br1、br2、…、brM端口还与测试电流设定电路6的电阻RS的一端连接，RS另一端连接负精密电源Vin，列多路选择器3的ac1、ac2、…、acN端口与负反馈运算放大器5的输出端相连，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。所述地线电流采样电路7包括一个运算放大器和一个电阻，所述运算放大器的同相输入端作为地线电流采样电路7的输入端，在地线电流采样电路7中运算放大器的同相输入端上直接接地线，电阻RCG的一端与所述运算放大器的异相输入端连接，电阻RCG的另一端接所述运算放大器的输出端相连且作为地线电流采样电路7的输出端，所述运算放大器的反相输入端作为改进的零电势点，所述电流采样电路中电阻RCG选用特定的值。假设算放大器的最大驱动电流为Imax，最大饱和电压为Vmax，则二维阻性阵列中阻性传感单元的阻值范围为(0，Vmax/Vin×RS)，且为了保证运算放大器不饱和，
对于反馈端运算放大器，所允许的最大RCG为：
对于采样端运算放大器，所允许的最大RCG为：
为保证两个运算放大器同时都不饱和，故
RCGmax＝min{RCGmax1,RCGmax2}
所以RCG的取值范围为(0，RCGmax)。
其中，二维阻性传感单元阵列1共用行线与列线，即用两组正交的线路作为行线和列线，阵列中的阻性传感单元一端连接相应的行线，另一端连接相应的列线，阵列中的每个阻性传感单元都有唯一的行线与列线的组合。其有益效果是按照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阻性传感单元可以通过控制行线和列线的相应组合被访问。按照M×N的二维阵列结构分布，其中，M为行数，N为列数，处于第i行、第j列的阻性传感单元用Riji＝1…M,j＝1…N)表示。
为了对阵列中的待测阻性传感单元Rij进行单个扫描，引入行多路选择器2、列多路选择器3与扫描控制器4，其中，行多路选择器2的yri端与阻性传感单元Rij的一端连接，行多路选择器2的ar1、ar2、…、arM端口与地线电流采样电路7中运算放大器的反相输入端的等效零电势点Vzp相连，行多路选择器2的br1、br2、…、brM端口与负反馈运算放大器5的反相输入端相连，负反馈运算放大器5的同相输入端接地线，同时行多路选择器2的br1、br2、…、brM端口还与测试电流设定电路6的电阻RS的一端连接，RS另一端连接负精密电源Vin；列多路选择器3的xcj端与阻性传感单元Rij的另一端连接，列多路选择器3的ac1、ac2、…、acN端口与负反馈运算放大器5的输出端相连，列多路选择器3的bc1、bc2、…、bcN端口与地线电流采样电路7的反相输入端的等效零电势点Vzp相连。多路选择器内置可控单刀双掷开关，扫描控制器4输出扫描控制信号，控制多路选择器内端口的连接方式，行多路选择器2通过行控制信号，控制yri端与ari端或是与bri端相连；列多路选择器3通过列控制信号，控制xcj端与acj端或是与bcj端相连。其有益效果是可以对阵列中的阻性传感单元Rij选中进行单个检测，并且可以保证实现遍历阵列中的所有待测阻性传感单元。
二维阻性传感单元阵列1中的阻性传感单元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。当阻性传感单元Rij被选定，其处于阵列第i行、第j列，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xcj端与acj端相连，acj端与负反馈运算放大器5的输出端相连，其输出电压为VEij，而其他列与地线电流采样电路7的零电势点Vzp相连，行控制信号控制行多路选择器2的第i行的yri端与bri端相连，bri端与负反馈运算放大器5的反相输入端相连，输入电压为Vre，同时bri端还与测试电流设定电路6的电阻RS的一端连接，RS另一端连接负精密电源Vin，而其他行与地线电流采样电路的零电势点Vzp相连，此时待测阻性传感单元Rij被选定。
考虑到整个阵列并非完全理想，引入的行多路选择器2、列多路选择器3与扫描控制器4并不能完全实现屏蔽位于待测阻性传感单元所在阵列的其它阻性传感单元的干扰以及多路选择器的内阻干扰，为了满足更高精度的测量需要，将运算放大器与电阻相结合，组成地线电流采样电路7，电压VEij经过列多路选择器3的选定通道作用于当前被测阻性传感单元Rij后经由行多路选择器2输入到负反馈运算放大器5反相输入端，同时作用于测试电流设定电阻后，电压降至负精密电源电压Vin，当前被测阻性传感单元Rij所在行线(第i行)上的电压表示为Vri，所在列线(第j列)上的电压表示为Vcj，而除当前被测阻性传感单元以外的其它阻性传感单元与地线电流采样电路连接，由于除当前被测阻性传感单元以外的其它阻性传感单元两侧连接的行、列多路选择器端口的电压均为VZP，即电势差为零，此时，除当前被测阻性传感单元以外的其它阻性传感单元无电流流过，则当前被测阻性传感单元Rij(i＝1…M,j＝1…N)的精确测量值采用如下计算方法求得：
步骤1，流过当前被测量列(第j列)多路选择器上的电流IEij＝ICG+IS，从而得到当前被测阻性传感单元Rij(i＝1…M,j＝1…N)所在列线(第j列)上的电压Vcj＝VEij-IEij×RSC＝VEij+(Vin/RS+VCG/RCG)×RSC；
步骤2，同时可以求得进而求得当前被测量行(第i列)多路选择器上的电压Vri＝-Vin/RS×RSr；
步骤3，可以计算得到当前被测阻性传感单元的精确测量值：Rij＝(Vcj-Vri)/Vin×RS＝-[VEij+(VCG/RCG+Vin/RS)×RSC+Vin/RS×RSr]/Vin×RS(i＝1…M,j＝1…N)。
这样可以基本排除二维阻性传感单元阵列中除当前被测阻性传感单元以外的其它阻性单元、行多路选择器与列多路选择器的内阻对当前被测阻性传感单元Rij测量的干扰。对共用行线与列线的二维阻性传感单元阵列中的待测阻性传感单元进行单个选定检测时，保证了较低的器件互连的复杂性与较高的测量精度。下面参照附图，对本发明的具体实施方案做出更为详细的说明。
图1为本发明基于的共用行线与列线的二维阻性传感单元阵列，其分布可以是任意的M×N。为了保证所有的器件可以单独扫描，且不增加器件互连复杂性的基础上，该二维阻性传感单元阵列共用行线与列线，即用两组正交的线路作为行线和列线，阵列中的阻性传感单元一端连接相应的行线，另一端连接相应的列线，阵列中的每个阻性传感单元都有唯一的行线与列线的组合。其有益效果是按照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阻性传感单元可以通过控制行线和列线的相应组合被访问。其中，M为行数，N为列数，处于第i行、第j列的阻性传感单元用Rij表示，其中i＝1、2、…、M，j＝1、2、…、N，阵列分布一般N>M。
图2为本发明的一种二维阻性传感阵列的线性读出电路示意图，图中以R11做当前被测阻性传感单元为例，扫描控制器输出控制信号，控制行多路选择器与列多路选择器的通道分别与不同的端口相连，其中，行多路选择器的yr1端与行多路选择器的br1端相连，列多路选择器的xc1端与列多路选择器的ac1端相连。图3为本发明的检测待测阻性传感单元时阻性传感阵列的区域划分示意图。该图以R11做当前被测阻性传感单元为例，当前被测阻性传感单元R11的一端yr1与行多路选择器的br1端相连，另一端xc1与列多路选择器的ac1端相连，此时R11被选中，进行单个扫描。通过当前被测阻性传感单元R11将二维阻性传感单元阵列分为2个区域：
1)I区：当前被测阻性传感单元R11，此时当前被测阻性传感单元所在行1的yr1端与br1端相连，当前被测阻性传感单元所在第1行线上的电压值为Vr1，当前被测阻性传感单元所在第1列线上的电压值为Vc1，当前被测阻性传感单元所在列1的xc1端与ac1端相连，ac1端的电压值为VEij，此时阻性传感单元R11被选定；
2)II区：除当前被测阻性传感单元R11外的其它阻性传感单元，共(M×N-1)个单元，由于二维阻性传感单元阵列共用行线和列线，该(M×N-1)个非被测的阻性传感单元的行端与br1相连或列端与bcj相连，这些非被测的阻性传感单元与地线电流采样电路相连接构成回路；
现以R11做当前被测阻性传感单元为例，图4表示了引入地线电流采样电路前阻性阵列检测的电路示意图。由图4可知，在未引入地线电流采样电路7前，测试电压VEij经过列多路选择器3的选定通道作用于当前被测阻性传感单元R11后经由行多路选择器2输入到负反馈运算放大器5的反相输入端，后作用于测试电流设定电阻RS，最后电压值等于负精密电源电压Vin，同时，VEij还经过列1的其它待测阻性传感单元与行多路选择器2以及行1的其它待测阻性传感单元与列多路选择器3，此时，电压(VEij-Vre)不完全等于当前被测阻性传感单元R11两端的电压，行、列多路选择器的内阻RSr和RSC以及其它待测阻性传感单元对测量结果造成干扰。因此，在仅加入运算放大电路构成的一般电阻采样电路对阻性传感阵列进行扫描，当对当前被测阻性传感单元进行测量时，当前被测阻性传感单元所在行、列的多路选择器以及其它待测阻性传感单元内会有电流通过，因而当前被测阻性传感单元的测量结果会受到这些多路选择器的内阻和它待测阻性传感单元的干扰，影响测量结果的准确性。
图表示了引入地线电流采样电路后阻性阵列检测的电路示意图。图5仍以R11做当前被测阻性传感单元为例，结合图4没有引入地线电流采样电路前的电路，单独把行多路选择器2的ar1、ar2、…、arM端口与地线电流采样电路7中运算放大器的反相输入端相连，它的电路示意图如图6和图7所示；单独把列多路选择器的bc1、bc2、…、bcN端口与地线电流采样电路7中运算放大器的反相输入端相连，它的电路示意图如图8和图9所示。
由图6和图7可知，单独把行多路选择器2的ar1、ar2、…、arM端口与地线电流采样电路7中运算放大器的反相输入端相连，仍以R11做当前被测阻性传感单元为例，当待测阻性传感单元R11被选定，其处于阵列第1行第1列，列控制信号控制列多路选择器3第1列的xc1端与ac1端相连，ac1端与电压VEij相连，行控制信号控制行多路选择器2第1行的yr1端与br1端相连，br1端与负反馈运算放大器5的输入端相连，同时连接测试电流设定电阻RS的一端，RS的另一端连接负精密电源Vin，而其他行与地线电流采样电路的输入端相连，此时待测阻性传感单元R11被选定。当待测阻性传感单元R11被选定时，电压VEij经过列多路选择器3的选定通道作用于当前被测阻性传感单元R11后经由行多路选择器2的选定通道输入到负反馈运算放大器5的反相输入端，后作用于测试电流设定电阻RS，最后电压值等于负精密电源电压Vin，同时，电压VEij也作用于当前被测阻性传感单元R11所在列的其它阻性传感单元后经过行多路选择器2的选定通道输入到地线电流采样电路7。此时，经过列多路选择器3的xc1端的电流IEij包括上述2部分的电流值，由于行多路选择器的ar1、ar2、…、arM端口接入到地线电流采样电路，可以得到经过行多路选择器的电流ICG，于是可以得到经过列多路选择器xc1的电流IEij精确值，结合多路选择器的内阻，从而排除行、列多路选择器两端的电压，得到当前被测阻性传感单元R11两端更精确的电压，这样有效减小行、列多路选择器内阻以及其它待测阻性传感单元对测量结果的干扰。
由图8和图9可知，单独把列多路选择器3的bc1、bc2、…、bcN端口与地线电流采样电路7中运算放大器的反相输入端相连，仍以R11做当前被测阻性传感单元为例，当待测阻性传感单元R11被选定，其处于阵列第1行、第1列，列控制信号控制列多路选择器3第1列的xc1端与ac1端相连，ac1端与电压VEij相连，而其他列与地线电流采样电路7输入端相连，行控制信号控制行多路选择器2第1行的yr1端与br1端相连，br1端与负反馈运算放大器5的反相输入端相连，同时br1端还与测试电流设定电路6的电阻RS的一端连接，RS另一端连接负精密电源Vin，此时待测阻性传感单元R11被选定。当待测阻性传感单元R11被选定时，电压VEij经过列多路选择器3的选定通道作用于当前被测阻性传感单元R11后经由行多路选择器2的选定通道输入到负反馈运算放大器5的反相输入端，后作用于测试电流设定电阻RS，最后电压值等于负精密电源电压Vin，同时，电压VEij还作用于当前被测阻性传感单元R11所在列的待测阻性传感单元后经由列多路选择器3的选定通道输入到地线电流采样电路7。此时，经过列多路选择器3的xc1端的电流IEij包括上述2部分的电流值，由于列多路选择器3的bc1、bc2、…、bcN端口接入到地线电流采样电路7，可以得到经过列多路选择器3的电流ICG，于是可以得到经过列多路选择器xc1的电流IEij精确值，结合多路选择器的内阻，从而排除行、列多路选择器两端的电压，得到当前被测阻性传感单元R11两端更精确的电压，这样有效减小行、列多路选择器内阻以及经过其它待测阻性传感单元对测量结果的干扰。
因此，在引入地线电流采样电路后，将行多路选择器2的ar1、ar2、…、arM端口和列多路选择器3的bc1、bc2、…、bcN端口都连接到地线电流采样电路7上，可准确的得到当前被测阻性传感单元两端的电压值，从而基本排除行、列多路选择器内阻以及其它待测阻性传感单元对当前被测阻性传感单元测量结果的影响。
最终，在对当前被测阻性传感单元的测量过程中，当待测阻性传感单元Rij被选中，恒定电压VEij被加载到当前被测阻性传感单元Rij一端，通过电压VCG、Vin、电阻RCG、RS以及行多路选择器内阻RSr和列多路选择器内阻RSC的值求解出当前被测阻性传感单元Rij的有效值。
图10为本发明应用于单极性电源场合的电路示意图，图中负反馈运算放大器5的正相输入端与地线电流采样电路7中运算放大器Amp2的正相输入端相连，并连接一个正精密电源，该电源电压Vset为特定值，测试电流设定电路6中测试电流设定电阻RS一端依然连接行多路选择器2的br1、br2、…、brM端及负反馈运算放大器5的反相输入端，RS另一端接地。这样，图10即为单极性电源电路。同时，当前被测阻性传感单元Rij(i＝1…M,j＝1…N)的精确测量值采用如下计算方法求得：
步骤1，流过当前被测量列(第j列)多路选择器上的电流IEij＝ICG+IS，从而得到当前被测阻性传感单元Rij(i＝1…M,j＝1…N)所在列线(第j列)上的电压Vcj＝VEij-IEij×RSC＝VEij-(Vset/RS+VCG/RCG)×RSC；
步骤2，同时可以求得进而求得当前被测量行(第i列)多路选择器上的电压Vri＝Vset/RS×RSr；
步骤3，可以计算得到当前被测阻性传感单元的精确测量值：Rij＝(Vcj-Vri)/Vset×RS＝[VEij-(VCG/RCG+Vset/RS)×RSC-Vset/RS×RSr]/Vset×RS(i＝1…M,j＝1…N)。
综上可见，在减少由于位于待测阻性传感单元所在二维阻性传感单元阵列中行多路选择器、列多路选择器的内阻和除被测单元以外的其它阻性传感单元对当前被测阻性传感单元Rij的误差干扰，改进零电势结构具有比一般零电势结构更好的性能。在地线电流采样电路与被测阻性传感单元计算方法的共同作用下，可以有效减小行多路选择器、列多路选择器的内阻和除被测阻性单元外的其它阻性传感单元对当前被测阻性传感单元测量的干扰，提高了其测量精度。

Claims (2)

1.一种二维阻性传感阵列的线性读出电路，包括：共用行线和列线的二维阻性传感单元阵列(1)、行多路选择器(2)及列多路选择器(3)、扫描控制器(4)及负反馈运算放大器(5)，所述二维阻性传感单元阵列(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的二维结构分布的阻性传感单元阵列，阵列中的各个阻性传感单元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列的阻性传感单元用Rij(i＝1…M,j＝1…N)表示，其中，M为行数，N为列数，阻性传感单元Rij的一端与行多路选择器(2)的yri端相连接，阻性传感单元Rij的另一端与列多路选择器(3)的xcj端连接，行多路选择器(2)的br1、br2、…、brM端口与负反馈运算放大器(5)的反相输入端相连，负反馈运算放大器(5)的同相输入端接地线，扫描控制器(4)输出行、列扫描控制信号，行扫描控制信号控制行多路选择器(2)，列扫描控制信号控制列多路选择器(3)，其特征在于，所述线性读出电路还包括测试电流设定电路(6)，所述测试电流设定电路(6)采用电阻RS，电阻RS的一端与行多路选择器(2)的br1、br2、…、brM端口连接，电阻RS另一端连接负精密电源Vin，所述负反馈运算放大器(5)的输出端与列多路选择器(3)的ac1、ac2、…、acN端口连接。
2.根据权利要求1所述的二维阻性传感阵列的线性读出电路，其特征在于，所述线性读出电路包括地线电流采样电路(7)，所述地线电流采样电路(7)包括一个运算放大器Amp2和一个电阻RCG，所述运算放大器Amp2的同相输入端作为地线电流采样电路(7)的输入端，在地线电流采样电路(7)的输入端上直接接地线，电阻RCG的一端与所述运算放大器Amp2的异相输入端连接，电阻RCG的另一端与所述运算放大器的输出端连接且作为地线电流采样电路(7)的输出端，所述运算放大器Amp2的异相输入端至少与所述行多路选择器(2)的ar1、ar2、…、arM未选端口和所述列多路选择器(3)的bc1、bc2、…、bcN未选端口中的一组未选端口连接，并且，所述地线电流采样电路(7)产生一电流，使得地线电流采样电路(7)的采样端与未选端口的连接节点的电势Vzp为零。
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