CN106569001A - 一种低功耗电桥阵列信号处理电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低功耗电桥阵列信号处理电路，其包括有若干电桥单元，电桥单元排列成M行N列的阵列，其中每行电桥单元的激励正端短接，每列电桥单元的激励负端短接；若干开关，其中M个开关其一端分别连接M行电桥单元的激励正端，其另一端连接正激励电压；N个开关其一端连接N列电桥单元的激励负端，其另一端连接负激励电压。本发明通过开关与电桥阵列的有机组合，可以显著降低整个电桥阵列的系统成本和功耗，同时不增加布线和开关的数量，降低设计难度和成本。

Description

一种低功耗电桥阵列信号处理电路

技术领域

本发明属于信号处理技术领域，特别涉及一种电桥阵列的信号处理电路。

背景技术

电桥电路被广泛应用于各种高精度传感器中，特别是电阻式的电桥传感器，例如压敏电阻电桥电路。

如专利申请201510801427.6公开了一种消除导线电阻影响的半桥惠斯通电桥应变测量系统，包括半桥惠斯通电桥、触点开关K1、触点开关K2以及两个标定电阻R0；半桥惠斯通电桥的第一输入端A通过导线与触点开关K1的静触点S0连接，第一输入端A还通过标定电阻R0与触点开关K1的静触点S1连接，触点开关K1的动触点S2接电源E；半桥惠斯通电桥的第二输入端B通过导线与触点开关K2的静触点S4连接，第二输入端B还通过标定电阻R0与触点电开关K2的静触点S3连接，触点开关K2的动触点S5接地；能够有效消除导线电阻对应变测量结果的影响，大大提高应变测量的精度。

通常电桥有四个端口，分别为激励源E+、E-，以及输出信号端S+、S-。参见图1所示，所述电桥单元104由四个电阻性元件RS01～RS04组成，其中RS01和RS03为压敏电阻。电桥的激励E+一般接参考电压VS，激励E-接地。因此，整个电桥的功耗由VS和电桥的内阻决定。假设上述四个电阻性元件阻值相等，且为R0，则该电桥单元104的内阻即为R0，消耗电流为VS/R0。常见的配置，例如VS＝3V，R0＝1Kohm，电桥单元消耗电流为3mA。则对于附图1所述的电桥整列电路100而言，若有M×N电桥单元，则整体消耗电流为M×N×3mA。若M＝N＝4，则消耗电流高达48mA。这对于很多便携式电子设备应用场合都是一个难以接受的值。

为了解决功耗问题，一种可行的做法是给每个电桥配上开关，并各自可以独立控制，如图2中所示。电桥单元203配合开关SW203，只在转换器201转换该电桥单元203的信号时，才将SW203闭合，从而达到节省整体功耗的目的。但这样做的问题是，增加了很多的开关，以及控制信号线，如4x4的阵列需要16个开关，以及相应数量的控制信号线。这使得成本增加，且不利于电子设备内部的布线和小型化。

发明内容

基于此，因此本发明的首要目地是提供一种低功耗电桥阵列信号处理电路，该电路可以在保证信号质量的前提下，大幅降低电桥阵列的功耗，并减少开关和控制线的数量，降低成本。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种低功耗电桥阵列信号处理电路，其包括：

若干电桥单元，排列成M行N列的阵列，其中每行电桥单元的激励正端短接，每列电桥单元的激励负端短接；

若干开关，其中M个开关其一端分别连接M行电桥单元的激励正端，其另一端连接正激励电压；N个开关其一端连接N列电桥单元的激励负端，其另一端连接负激励电压。

所述低功耗电桥阵列信号处理电路还包括有时序控制器，所述时序控制器连接于开关或电桥单元上，可以控制M个开关中的任意一个和N个开关中的任意一个两两组合，同时闭合，从而开启M×N电桥单元中的任意一个。

进一步，所述低功耗电桥阵列信号处理电路还包括有模数转换器，所述电桥构成的阵列连接于模数转换器，可以实现模拟信号到数字信号的转换，并且和时序控制器配合，实现对当前开启的电桥单元输出信号的数据转换。

进一步，所述电桥单元可以包括多个电桥，所述多个电桥的激励正端短接在一起作为电桥单元的激励正端，所示多个电桥的激励负端短接在一起作为电桥单元的激励负端。

本发明所实现的低功耗电桥阵列信号处理电路，通过开关与电桥阵列的有机组合，可以显著降低整个电桥阵列的系统成本和功耗，同时不增加布线和开关的数量，降低设计难度和成本。

附图说明

图1是现有技术实施方式一的电路图。

图2是现有技术实施方式二的电路图。

图3是本发明所实施方式一的电路图。

图4是本发明所实施方式二的电路图。

图5是图4中电桥单元的电路图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图3，本发明所实现方式一中，低功耗电桥阵列及处理电路300，包括4X4的电桥阵列，模数转换器301以及激励电源302。电桥阵列由电桥310、电桥313、电桥340、电桥343等16个电桥组成，并排成4行4列。每个电桥，以电桥313为例，包括4个阻性元件RS01～RS04，接成惠通斯电桥形式，其中至少RS01和RS03为压敏电阻。每行的电桥(从左到右为行，从上到下为列；最左一列为第一列，最上一行为第一行，以此类推。)，如第一行电桥310～电桥313四个电桥(其中电桥311～312图中用省略号替代)的激励正端短接，然后接开关SW351的其中一端；开关SW351的另一端接VS。同理，其他二～四行电桥的激励正端短接后依次连接到开关SW352～SW354的一端。在列整列方面，第一列电桥310～电桥340的激励正端短接在一起然后连接开关SW361的一端；开关SW361的另一端接激励负端，此处为地；其他列的电桥以此类推。

模数转换器301主要包括一个模数转换电路，16路电桥输出的差分信号被依次选通进入模数转换电路进行模拟信号到数字信号的转换。另外模数转换器301中还设置有时序控制电路，其功能在于，控制开关SW351～SW354，SW361～SW364的闭合和断开；特别是，可以控制开关SW351～SW354之一和开关SW361～SW364之一同时闭合，这样就可以选中某一个电桥开启；例如第i行的控制开关和第j列的控制开关同时闭合，则i行j列的电桥(以下称为电桥ij)开启，而其他电桥关闭，此时模数转换器针对电桥ij进行转换，得到该电桥的压力信号。以此控制16个电桥开启并转换，则每一个时间点都只有一个电桥在工作，因此电桥阵列的功耗是之前的1/16。

参见图4所示，本发明所实现方式二中，低功耗电桥阵列及处理电路400，包括电桥单元410～413；控制开关SW451～SW452，开关SW461～SW462。其中第一行电桥单元410～411的激励正端连接开关SW451一端；开关SW451另一端接参考VS；第二行电桥单元412～413的激励正端连接开关SW452一端；开关SW452另一端接参考VS；第一列电桥单元410/412的激励负端连接开关SW461一端；开关SW461另一端接地；第二行电桥单元411/413的激励负端连接开关SW462一端；开关SW462另一端接地。

参见图5，图5为电桥单元结构图，图中的电桥单元为图4中显示的电桥单元，该电桥单元由四个电桥组成，各个电桥的激励正端短接、激励负端短接。

图4所示的低功耗电桥阵列及处理电路400相比图3所示的低功耗电桥阵列及处理电路300而言，通过4个电桥组合成一个电桥单元来分别控制，可以将控制开关从8个减少到4个，但功耗则只能下降到传统无控制开关的1/4，是一种考虑实现成本和降低功耗的折中方案。

相比每个电桥一个控制开关的方案，以上实施例中控制开关和控制线都大幅下降；对于更大规模的电桥阵列，则优势更明显，例如8x8的阵列，传统方案需要64个开关，而本发明所述方案则只需要8+8＝16个开关。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种低功耗电桥阵列信号处理电路，其包括：

若干电桥单元，排列成M行N列的阵列，其中每行电桥单元的激励正端短接，每列电桥单元的激励负端短接；

若干开关，其中M个开关其一端分别连接M行电桥单元的激励正端，其另一端连接正激励电压；N个开关其一端连接N列电桥单元的激励负端，其另一端连接负激励电压。

2.如权利要求1所述的低功耗电桥阵列信号处理电路，其特征在于所述低功耗电桥阵列信号处理电路还包括有时序控制器，所述时序控制器连接于开关或电桥单元上，可以控制M个开关中的任意一个和N个开关中的任意一个两两组合，同时闭合，从而开启M×N电桥单元中的任意一个。

3.如权利要求2所述的低功耗电桥阵列信号处理电路，其特征在于所述低功耗电桥阵列信号处理电路还包括有模数转换器，所述电桥构成的阵列连接于模数转换器，可以实现模拟信号到数字信号的转换，并且和时序控制器配合，实现对当前开启的电桥单元输出信号的数据转换。

4.如权利要求1所述的低功耗电桥阵列信号处理电路，其特征在于所述电桥单元可以包括多个电桥，所述多个电桥的激励正端短接在一起作为电桥单元的激励正端，所示多个电桥的激励负端短接在一起作为电桥单元的激励负端。