CN117889891A - 二维阻性阵列读出方法、读出电路及传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种二维阻性阵列读出方法、读出电路及传感器，包括：基于输出电压的范围设定多个档位，并设定待测阻性单元在各档位的阻值变化范围；通过各档位的输出电压范围以及对应的待测阻性单元的阻值范围计算得到各档位对应的偏移值、输入电压的电压值以及参考电阻的电阻值；将验证通过的档位对应的输入电压的电压值作为待测阻性单元所在的共用行线接收的输入电压，以及对应的参考电阻作为输出读取模块中的参考电阻，进而读取输出电压；基于输出电压、输入电压以及参考电阻得到待测阻性单位的电阻值。本发明的二维阻性阵列读出方法通过将电阻测量的范围进行分段近似直线处理，可以有效提高二维阻性阵列中各阻性单元的检测范围。

Description

二维阻性阵列读出方法、读出电路及传感器

技术领域

本发明涉及电路技术领域，特别是涉及一种二维阻性阵列读出方法、读出电路及传感器。

背景技术

阵列式的传感装置中，相对于一维电阻阵列而言设置二维电阻阵列可以降低系统走线负担，将一维排布时的M*N+1布线数量变为二维排布时的M+N布线数量。但是二维电阻阵列存在串扰，会造成对阵列中电阻值检测的误差。

基于此，常用零电势法来降低二维电阻阵列中的串扰影响。零电势法是指对二维电阻阵列中的待测电阻进行测量时，将其他未测量的各电阻两端电势置为零，进而使得待测电阻的两端电势中仅有一端受输入电压影响，而不会受其他电阻串扰的影响。但是由于被测电阻的范围受到测试系统的噪声、工作电压等因素限制，不能无限增大。这就导致了被测电阻的范围被限制在一个较小的范围内，其检测范围相对有限。

因此，如何解决现有的零电势法读取二维阻性阵列检测范围有限成为了亟需解决的问题。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种二维阻性阵列读出方法及二维阻性阵列读出电路，用以解决现有的零电势法读取二维阻性阵列时其检测范围有限这一问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种二维阻性阵列读出方法，基于二维电阻阵列读出电路实现，所述二维阻性阵列读出电路包括电压输入模块、二维阻性阵列、输出读取模块；二维阻性阵列包括M×N个阵列排布的阻性单元、M条共用行线以及N条共用列线；M、N均为大于等于1的整数；各行阻性单元的第一端均通过对应的共用行线与所述电压输入模块连接，且各列阻性单元的第二端均通过对应的共用列线与所述输出读取模块连接；所述电压输入模块的输入端连接输入电压，并将所述输入电压输入到待测阻性单元所在的共用行线；所述输出读取模块用于将待测阻性单元所在的共用列线上的电势读出；其中，所述输出读取模块至少包括一输出读取单元；所述输出读取单元包括第一运算放大器及参考电阻；所述第一运算放大器正向输入端接地，负向输入端连接所述待测阻性单元所在的共用列线，输出端经由所述参考电阻与负向输入端相连并作为所述输出读取模块的输出端；二维阻性阵列读出方法包括：

S1、基于输出电压的范围设定多个档位，并设定待测阻性单元在各档位的阻值变化范围；通过各档位的输出电压范围以及对应的待测阻性单元的阻值范围计算得到各档位对应的偏移值；基于各档位的输出电压范围、待测阻性单元的阻值范围以及偏移值计算得到各档位对应的输入电压的电压值以及参考电阻的电阻值；

S2、选择各档位中的任一档位并进行验证，并将验证通过的档位对应的输入电压的电压值作为待测阻性单元所在的共用行线接收的输入电压，以及，将验证通过的档位中对应的参考电阻作为待测阻性单元对应的输出读取模块中的参考电阻，进而读取输出电压；

S3、基于输出电压、输入电压以及参考电阻之间的比例关系，计算得到所述待测阻性单位的电阻值。

可选地，所述二维阻性阵列读出方法还包括验证档位的方法，包括：

S21、从档位合集中选择任一未验证的档位，并基于档位对应的输入电压以及对应的参考电阻设置二维阻性阵列，进而得到输出电压将其作为待验证电压；

S22、将待验证电压加上对应档位的偏移值得到偏移电压后，将偏移电压与对应档位的输出电压范围比较；

当偏移电压位于所述输出电压范围内时，将S21步骤中档位设置为验证通过的档位；

当偏移电压未位于所述输出电压范围内时，将S21步骤中档位记为已验证的档位，并再次从所述档位合集中选择任一未验证的档位，基于档位对应的输入电压以及对应的参考电阻设置二维阻性阵列，得到二维阻性阵列的输出电压将其作为待验证电压后再次执行步骤S22，直到确定验证通过的档位。

可选地，待测阻性单元Rij的电阻值满足：

其中，Rx是待测阻性单元的电阻值；Rf是参考电阻的电阻值；Vin是输入电压的电压值；Vout是运算放大器的输出电压。

可选地，步骤S1包括：

A1、基于输出电压的最小值以及输出电压的最大值确定输出电压的总范围，并将所述总范围均分为K档，得到各档的输出电压范围；K为大于1的整数；

A2、基于待测阻性单元的最小电阻以及最大电阻确定待测阻性单元的变化倍数，并将所述变化倍数均分为K档，进而得到待测阻性单元的各档的电阻最小值以及各档的电阻最大值；

A3、基于各档的输出电压以及各档的电阻之间的关系得到各档的偏移值；其中，各档的输出电压以及各档的电阻之间的关系满足：

其中，Vini为各档的输入电压，Rfi为各档的参考电阻，V_i为各档的输出电压；ΔV_i为各档的偏移值；Rxi为各档的测量电阻；i＝1、2、…K；

A4、基于各档的偏移值设定各档对应的输入电压以及对应的参考电阻。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种二维阻性阵列读出电路，用以实现上述的二维阻性阵列读出方法，包括：包括电压输入模块、二维阻性阵列、输出读取模块；

二维阻性阵列包括M×N个阵列排布的阻性单元、M条共用行线以及N条共用列线；M、N均为大于等于1的整数；各行阻性单元的第一端均通过对应的共用行线与所述电压输入模块连接，且各列阻性单元的第二端均通过对应的共用列线与所述输出读取模块连接；

所述电压输入模块的输入端连接输入电压，并将所述输入电压输入到待测阻性单元所在的共用行线；

所述输出读取模块用于将待测阻性单元所在的共用列线上的电势读出；其中，所述输出读取模块至少包括一输出读取单元；所述输出读取单元包括第一运算放大器及参考电阻；所述第一运算放大器正向输入端接地，负向输入端连接所述待测阻性单元所在的共用列线，输出端经由所述参考电阻与负向输入端相连并作为所述输出读取模块的输出端。

可选地，所述电压输入模块包括开关控制信号产生单元、M个第二运算放大器、M个第一开关以及M个第一电阻；所述开关控制信号产生单元分别连接各第一开关的控制端，用于产生开关控制信号；各第二运算放大器的负向输入端与输出端相连，且各第二运算放大器的输出端分别连接对应的共用行线；各第一开关与各第二运算放大器一一对应设置；各第一开关的第一端连接所述输入电压，第二端连接对应的第二运算放大器的正向输入端，基于所述开关控制信号将所述输入电压输入到所述待测阻性单元所在的共用行线；各第一电阻与各第二运算放大器一一对应设置；各第一电阻设置于对应的第二运算放大器的正向输入端与参考地之间。

可选地，所述电压输入模块包括开关控制信号产生单元、第二运算放大器、第二电阻及M个单刀双掷开关；所述开关控制信号产生单元分别连接各单刀双掷开关，用于产生开关控制信号；所述第二运算放大器的正向输入端连接所述输入电压，负向输入端与输出端相连；所述第二电阻设置于对应的第一运算放大器的正向输入端与参考地之间；各单刀双掷开关分别与共用行线一一对应设置；各单刀双掷开关的动触点连接所述第二运算放大器的输出端，第一静触点连接对应的共用行线，第二静触点接地；各单刀双掷开关基于所述开关控制信号将所述输入电压输入到所述待测阻性单元所在的共用行线。

可选地，所述输出读取模块包括N个输出读取单元；各输出读取单元均包括第一运算放大器以及参考电阻；各第一运算放大器的正向输入端接地，负向输入端连接对应的共用列线，且各第一运算放大器的负向输入端经由所述参考电阻与输出端相连，输出端作为所述输出读取模块的输出端。

可选地，所述输出读取模块包括输出读取单元以及N个第二开关；各输出读取单元均包括第一运算放大器以及参考电阻；各第二开关与各共用列线对应设置；各第二开关的第一端连接对应的共用列线，第二端均连接所述第一运算放大器的负向输入端；所述第一运算器的正向输入端接地，负向输入端连接对应的共用列线，且各第一运算放大器的负向输入端经由所述参考电阻与输出端相连，输出端作为所述输出读取模块的输出端。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种传感器，包括上述的二维阻性阵列读出电路。

如上所述，本发明的二维阻性阵列读出方法、读出电路及传感器，具有以下有益效果：

本发明的二维阻性阵列读出方法通过将电阻测量的范围进行分段近似直线处理，可以有效提高二维阻性阵列中各阻性单元的检测范围，使得二维阻性阵列读出电路及传感器能适用于多种应用场景。

附图说明

图1显示为本发明的第一种二维阻性阵列读出电路的结构示意图。

图2显示为本发明的第二种二维阻性阵列读出电路的结构。

图3显示为本发明的第三种二维阻性阵列读出电路的结构。

图4显示为本发明的二维阻性阵列读出方法的步骤示意图。

图5显示为本发明的验证档位的方法的步骤示意图。

图6显示为本发明的设置档位以及档位对应的输入电压、参考电阻、偏置值以及输出电压范围的方法的步骤示意图。

图7显示为一种二维阻性阵列读出方法的电阻测量曲线图。

图8显示为本发明的二维阻性阵列读出方法的拟合曲线图。

图9显示为本发明的二维阻性阵列读出方法的电阻测量曲线图。

图10显示为本发明的二维阻性阵列读出方法的测量数据图。

元件标号说明

1 二维阻性阵列读出电路

11 电压输入模块

12 二维阻性阵列

13 输出读取模块

131 输出读取单元

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加

以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1～图10。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

传感器和存储器的设计中往往希望电阻变化的范围尽可能大，这样能够有更高的动态范围，然而采取零电势法对二维电阻阵列的电阻进行检测时，被检测的电阻变化往往远小于其真实动态范围，如图7所示。这是由于被测电阻的变化值满足：其中R_f和V_dr是系统设计中确定的固定值，R_f为参考电阻的电阻值，V_dr为输入电压的电压值，R_f和V_dr在固定时，二维电阻阵列变化相对有限。这是因为输出电压V_o的变化范围相对固定，也就是输出电压Vo具有变化的范围可以取V_oMAX和V_oMIN。在V_o变化的情况下，被测电阻R_x的取值范围可以表示为/>在由锂电池供电的便携式系统中电源电压一般为3.3V，则可以定义V_oMAX＝3V；受到系统噪声的影响，一般单电源供电的模拟数据转换器可以准确检测到的最小电压为0.5V，则输出电压最小值V_oMIN＝0.5V。所以/>因此，零电势法能够检测到被测电阻的电阻变化仅仅为6倍。

基于此，本发明提供了一种二维阻性阵列读出方法，以将可测的被测电阻范围增加，能有更高的动态范围。

实施例一

本发明提供了一种二维阻性阵列读出方法，基于二维阻性阵列读出电路1实现。其中，所述二维阻性阵列读出电路1至少包括：电压输入模块11、二维阻性阵列12以及输出读取模块13(如图1所示)。

具体地，二维阻性阵列12包括M×N个阵列排布的阻性单元、M条共用行线以及N条共用列线；M、N均为大于等于1的整数。将待测阻性单元Rij记为Rij，其中i表示所在行数，i＝1、2、…M；j表示所在列数，j＝1、2、…、N。各行阻性单元(即：i值相同、j值不同的阻性单元)的第一端均通过对应的共用行线与所述电压输入模块11连接，且各列阻性单元(即：j值相同、i值不同的阻性单元)的第二端均通过对应的共用列线与所述输出读取模块13连接。需要说明的是，在本实施例中的二维阻性阵列12成正交排布，并不以本实施例为限。

作为示例，在本实施例中，所述阻性单元Rij设置为压感电阻，通过检测阻性单元Rij中的电阻值进而得到对应位置的压力大小；除此之外，所述阻性单元Rij还可以设置为温感电阻，利用电阻反应温度特性。实际上，所述阻性单元可设置为任意具有电阻特性的器件，通过本实施例的二维阻性阵列读出方法可读取阻性单元的电阻值大小。

具体地，所述电压输入模块11的输入端连接输入电压Vin，并将所述输入电压Vin输入到待测阻性单元Rij所在的共用行线(即：第i行)。举例而言，若设置被测阻性单元为R₁₁，则所述电压输入模块11将输入电压Vin输入到被测阻性单元R₁₁所在第1行的共用行线上，进而使得所述输入电压Vin输入到被测阻性单元R₁₁的第一端。

作为第一示例，如图1所示的所述电压输入模块11包括开关控制信号产生单元(图中未示出)、M个第二运算放大器OP2、M个第一开关S1以及M个第一电阻R1；所述开关控制信号产生单元分别连接各第一开关S1的控制端，用于产生开关控制信号，以控制对应的第一开关S1闭合或断开；各第二运算放大器OP2的负向输入端与输出端相连，且第二运算放大器OP2的输出端分别连接对应的共用行线；各第一开关S1与各第二运算放大器OP2一一对应设置；各第一开关S1的第一端连接所述输入电压Vin，第二端连接对应的第二运算放大器OP2，基于所述开关控制信号将所述输入电压Vin输入到所述待测阻性单元Rij所在的共用行线；各第一电阻R1与第二运算放大器OP2一一对应设置；各第一电阻R1设置于对应的第二运算放大器OP2的正向输入端与参考地之间。通过保持各行的第一开关S1的导通，使得输入电压Vin能顺利进入二维阻性阵列12的各条共用行线，进而保证该行的对应阻性开关加载上输入电压。

作为第二示例，如图2所示的电压输入模块11包括开关控制信号产生单元(图中未示出)、一个第二运算放大器OP2、一个第二电阻R2及M个单刀双掷开关S2；所述开关控制信号产生单元分别连接各单刀双掷开关S2，用于产生开关控制信号，并控制各单刀双掷开关S2闭合或断开；所述第二运算放大器OP2的正向输入端连接所述输入电压Vin，负向输入端与输出端相连；所述第二电阻R2设置于对应的第二运算放大器OP2的正向输入端与参考地之间；各单刀双掷开关S2分别与共用行线一一对应设置；各单刀双掷开关S2的动触点连接所述第二运算放大器OP2的输出端，第一静触点连接对应的共用行线，第二静触点接地；各单刀双掷开关S2基于所述开关控制信号将所述输入电压输入到所述待测阻性单元Rij所在的共用行线。

需要说明的是，电压输入模块的具体设置并不以第一示例以及第二示例为限制，只要能调控开关进而调控对应行的阻性单元能接收输入电压Vin的设置均为本实施例的保护范围。

具体地，所述输出读取模块13用于将待测阻性单元Rij所在的共用列线上的电势读出。

作为第一示例，如图1所示所述输出读取模块13包括N个输出读取单元131；各输出读取单元131均包括第一运算放大器OP1以及参考电阻Rf(即输出读取模块13包括N个第一运算放大器OP1以及N个参考电阻Rf)；各第一运算放大器OP1与各参考电阻Rf一一对应设置；各第一运算放大器OP1的正向输入端接地，负向输入端连接对应的共用列线且各第一运算放大器OP1的负向输入端经由所述参考电阻Rf与输出端相连，输出端作为所述输出读取模块13的输出端。通过第一运算放大器OP1将对应列上的待测阻性单元Rij的电压值读出。

作为第二示例，如图3所示，所述输出读取模块13包括输出读取单元131以及N个第二开关S3；各输出读取单元均包括第一运算放大器OP1以及参考电阻Rf；各第二开关S3与各共用列线对应设置；各第二开关S3的第一端连接对应的共用列线，第二端均连接所述第一运算放大器OP1的负向输入端；所述第一运算放大器OP1的正向输入端接地，负向输入端经由所述参考电阻与输出端相连，输出端作为所述输出读取模块的输出端。通过第二开关S3导通，进而再第一运算放大器OP1将对应列上的待测阻性单元Rij的电压值读出。

需要说明的是，二维阻性阵列12的输出读取模块13并不以第一示例以及第二示例为限，任意能将待测阻性单元的阻值读出的设置均为本实施例的保护范围。

下面结合图1的二维阻性阵列12对零电势法读取待测阻性单元的电阻值测量的过程进行说明：

若设定待测阻性单元为第一行第一列(即：R11)则通过开关控制信号产生单元导通第一行的第一开关S1，使得输入电压Vin流入第一行所在共用行线，进而使得二维阻性阵列12的第一行阻性单元(R11、R12、R13和R14)均接收第一行的电压；第一行阻性单元接收第一行的电压后产生压降，并通过共用列线输出，使得各第一运算放大器OP1分别接收对应的共用列线。在本例中需要测量第一行第一列的阻性单元，则读取第一输入电压Vout1后通过计算输出电压、输入电压、参考电阻之间的线性关系得到第一行第一列的阻性单元的阻值。

如图4所示，本实施例提供了一种二维阻性阵列读出方法，基于上述的二维阻性阵列读出电路1实现，包括：

S1、基于输出电压的范围设定多个档位，并设定待测阻性单元Rij在各档位的阻值变化范围；通过各档位的输出电压范围以及对应的待测阻性单元Rij的阻值范围计算得到各档位对应的偏移值ΔV_i；基于各档位的输出电压范围、待测阻性单元的阻值范围以及偏移值计算得到各档位对应的输入电压的电压值以及参考电阻的电阻值。

具体地，步骤S1，如图6所示，包括：

A1、基于输出电压Vout的最小值以及输出电压Vout的最大值确定输出电压Vout的总范围，并将所述输出电压的总范围均分为K档，得到各档的输出电压范围；K为大于1的整数。

作为示例，输出电压Vout的最小值一般取决于输出读取模块13的读出精度值。在本实施例中，通过第一运算放大器OP1将输出电压读出，输出电压Vout的最小值为0.5V；输出电压Vout的最大值一般取决于二维阻性阵列供电的最大值。在本实施例中，二维阻性阵列的电压值最大为3V。因此，输出电压的变化范围为0.5V～3V，所述输出电压的总范围为2.5V。

在本实施例中，将变化总范围(2.5V)划分为5档，各档的输出电压的变化范围一致，均变化了0.5V。需要说明的是，各档位也就可以基于实际需要进行设定，可设置为不均分的形式，并不以本实施例为限。

A2、基于待测阻性单元Rij的最小电阻以及最大电阻确定待测阻性单元Rij的变化倍数，并将所述变化倍数ΔR均分为K档，进而得到待测阻性单元Rij的各档的电阻最小值以及各档的电阻最大值。

作为示例，基于待测阻性单元Rij的电阻变化范围，设定各档位待测阻性单元的电阻范围。如，待测阻性单元Rij从2000Ω到20MΩ，变化了10000倍。在本实施例中，将各档变化倍数ΔR划分为5档，则ΔR^5＝10000，各档变化倍数ΔR为6.3，即第一档变化范围为[2000Ω,12600Ω]、第二档变化范围为[12600Ω,79380Ω]以此类推。

在本实施例中，将变化总倍数10000划分为5档，各档变化范围一致，均变化了6.3倍。需要说明的是，各档位的变化范围也就可以基于实际需要进行设定，可设置为不均分的形式，并不以本实施例为限。

A3、基于各档的输出电压以及各档的电阻之间的关系得到各档的偏移值；其中，各档的输出电压以及各档的电阻之间的关系满足：

其中，Vini为各档的输入电压，Rfi为各档的参考电阻，V_i为各档的输出电压；ΔV_i为各档的偏移值；Rxi为各档的测量电阻；i＝1、2、…K。

作为示例，在本实施例中，待测阻性单元Rij的第一档变化范围为[2000Ω,12600Ω]时，对应的第一档电压范围为[2.5V,3V]，相应的：

以及，

联合公式(2)、(3)求解方程得到偏移值ΔV₁＝2.406V，以及输入电压与参考电阻之间的乘积Vin1×Rf1＝1185Ω。

A4、基于各档的偏移值设定各档对应的输入电压以及对应的参考电阻。

在本实施例中，基于各档位计算得到的第一档的输入电压、参考电阻，可基于实际需要设定，如，Rf1＝1185Ω，Vin1＝1V，只要输入电压与参考电阻之间的乘积为1185(即：Vin1×Rf1＝1185)即可，实际数据可基于实际需要设置并不以本实施例为限制，如在另一实施例中仅改变输入电压的值，参考电阻不变，或在再一实施例中输入电压与参考电阻均设置改变。

基于上述步骤A1～A4得到K＝5时(即：档位合集有5个时)各档位对应的偏差值以及输入电压以及参考电阻的乘积；在本实施例中，设置输入电压Vin为1V，仅改变各档的参考电阻值Rfi，得到下表：

表一

基于本表对待测电阻单元Rij做测量，将得到如图9所示的测量曲线图，其动态检测范围较大，且各档位的偏移值、参考电阻、输入电压、输出电压范围值均计算得到。在另一示例中，提供更详细的档中各类数据的具体数值，如图10所示。

S2、选择各档位中的任一档位并进行验证，并将验证通过的档位对应的输入电压的电压值作为待测阻性单元所在的共用行线接收的输入电压，以及，将验证通过的档位中对应的参考电阻Rf作为待测阻性单元Rij对应的输出读取模块13中的参考电阻Rx，进而读取输出电压(在本实施例中如图1所示的输出电压Vout1～Vout4)。

具体地，所述二维阻性阵列读出方法还包括验证档位的方法，如图5所示，包括：

S21、从档位合集(即：多个档位的集合)中选择任一未验证的档位，并基于档位对应的输入电压以及对应的参考电阻设置二维阻性阵列，进而得到输出电压将其作为待验证电压。

作为示例，在本实施例中，将档位设置为5档，档位合集中有5个档位。选择任一档位作为第一个验证的档位(如第一档位)并将该档位对应的输入电压作为输入电压Vin以及对应的参考电阻作为参考电阻Rf，通过二维阻性阵列读出电路后得到输出电压，并通过后续步骤S22对第一档位的各数值验证其是否符合验证条件。

需要说明的是，可基于实际的需要，将档位可设置为更多档，并不以本实施例为限。

S22、将待验证电压(也就是设置待验证档位后得到的输出电压)加上对应档位的偏移值得到偏移电压后，将偏移电压与对应档位的输出电压范围比较。当偏移电压位于所述输出电压范围内时，将S21步骤中档位设置为验证通过的档位；当偏移电压未位于所述输出电压范围内时，将S21步骤中档位记为已验证的档位，并再次从所述档位合集中选择任一未验证的档位(如：第二档位、第三档位、第四档位以及第五档位中的任一档位)，并设置档位对应的输入电压以及参考电阻得到输出电压将其作为待验证电压后再次执行步骤S22直到确定验证通过的档位。

作为示例，在本实施例中，将第一档位的输出电压作为待验证电压，并加上第一档位的偏移值，应得到第一档位的输出电压范围。若实际检测得到的结果落入第一档位的输出电压范围，那么选择第一档位作为验证通过的档位，后续基于实际输出电压、第一档位的输入电压以及参考电阻计算待测阻性单元的实际电阻值；若实际检测得到的结果未落入第一档位的输出电压范围，那么再选择其他未被检验的档位(如：第二档位、第三档位、第四档位以及第五档位中的任一档位，在本实施例中为第二档位)并将该档位(第二档位)对应的输入电压作为输入电压Vin以及(第二档位)对应的参考电阻作为参考电阻Rf，通过二维阻性阵列读出电路后得到输出电压，再次通过步骤S22对第二档位输出电压进行验证。判断第二档位的输出电压加上第二档位的偏移值后得到的偏移电压是否落入第二档位的输出电压范围。反复执行以上的选择档位和验证档位的步骤，直到确定验证通过的档位，用于后续计算待测阻性单元的电阻值。

S3、基于输出电压、输入电压Vin以及参考电阻Rf之间的比例关系，计算得到所述待测阻性单位Rij的电阻值。

具体地，待测阻性单元Rij的电阻值满足：

其中，Rx是待测阻性单元Rij的电阻值；Rf是参考电阻的电阻值；Vin是输入电压的电压值；Vout是二维阻性阵列的输出电压值。

在本实施例中，若第一档位时的输入电压为1V，参考电阻为1185Ω，得到输出电压Vout为0.59V，则将输入电压作为输入电压Vin，将参考电阻组为参考电阻Rf时，可计算得到待测阻性单元Rij的电阻值为2000Ω。

未使用本实施例的二维阻性阵列读出方法对待测阻性单元Rij测量，得到图7所示的电阻测量曲线。基于图7可知，未使用本实施例的二维阻性阵列读出方法的零电势检测电压时读出电压的最大值与最小值的比值与对应计算电阻之间的最大值和最小值是1倍的等价关系。而读出电压受到系统设计的硬件限制，无法无限减小，所以最终的计算电阻也被限定在一个范围内；但是观察图7的曲线图可知，当输出电压Vout处于0.5V附近时，很小范围内的输出电压Vout变化就能够引起很大待测电阻Rx变化；当输出电压Vout处于3V附近时，很大范围内的输出电压Vout变化才能引起待测电阻Rx变化。因此，采用本实施例得到的二维阻性阵列读出方法，通过分段并对每一段做近似处理，使得各段均以较大斜率对待测阻性单元进行检测。也就是将如图7所示的测量曲线图进行分段处理，并将各段的曲线做了近似直线的处理，使得各段的斜率较大，变化更加明显，如图8所示，即：在横坐标范围固定的情况下，调整分段斜率，进而保证测量的待测阻性单元Rij的阻值范围(纵坐标)变化明显，可实现了动态检测范围的有效提升。

下面结合表一对以上二维阻性阵列读出方法的工作过程举例说明：

如图1所示，选择待测阻性单元Rij，如：第一排第一列所在的阻性单元R11，并将验证通过的档位中的输入电压作为待测阻性单元R11所在的共用行线接收的输入电压，以及，将验证通过的档位中的参考电阻作为待测阻性单元R11对应的输出读取模块中的参考电阻，进而读取输出电压。在本实施例中，从第一档位至第五档位中任选一未验证的档位，将档位对应的输入电压作为输入电压以及对应的参考电阻作为参考电阻，进而得到输出电压将其作为待验证电压。如，选择第一档位作为待验证档位，则设置第一档位对应的输入电压(1V)以及参考电阻(1185Ω)，并得到待验证电压，若得到待验证电压为0.395V，则将待验证电压(0.395V)加上第一档对应的偏移值(如表一中的2.406V)，得到偏移电压(0.395V+2.406V＝2.801V)；将偏移电压与对应档位的输出电压范围([2.5V,3V])比较，落入第一档的输出电压范围，因此第一档为验证通过的档位，基于该档位下的输入电压、参考电阻以及输出电压，基于公式(4)计算得到待测阻性单元Rij的电阻值为3000Ω。若，选择第一档位作为待验证档位，若得到待验证电压为0.079V V，则将待验证电压(0.079V)加上第一档对应的偏移值(如表一中的2.406V)，得到偏移电压(0.079V+2.406V＝2.485V)，此时未落入第一档的输出电压范围，需要调整档位，选择第二档位、第三档位、第四档位以及第五档位之间的任一档位。若选择第二档位，则设置第二档位对应的输入电压(1V)和参考电阻(7484Ω)，得到待验证电压为0.49893V，则将待验证电压(0.49893V)加上第二档对应的偏移值(如表一中的1.906V)，得到偏移电压(0.395V+1.906V＝2.40493V)；将偏移电压与对应档位的输出电压范围([2V,2.5V])比较，落入第二档的输出电压范围，则基于公式(4)计算得到待测阻性单元Rij的电阻值为15000Ω。

需要说明的是，可基于预设规则选择档位，如逐次增一的单调递增(或逐次减一的单调递增)选择档位以进行验证、或间隔多个档位递增(递减)以选择档位(如一次间隔两个档位选择)，还可以任意选择，实际上选择档位进行验证的方式并不以本实施例为限。

需要进一步说明的是，部分的待测阻性单位的电阻值可仅在一个档位进行测量，也可能在两个档位中进行测量，可基于实际的需要进行设置，只要在保证待测阻性单元的测量范围保持连续的前提下保证利用将分段中的各曲线进行直线拟合处理，保证各段测量时为斜率最大的值以维持测量范围最大化即可，实际上的各数值选择并不以本实施例为限制。

除此之外，可基于本实施例的二维阻性阵列读出方法对各种二维阵列读出电路1进行动态范围调整，并不以本实施例为限制。

本实施例还提供了一种传感器，包括上述的二维阻性阵列读出电路。在本实施例中，所述传感器设置为压力传感器，通过所述传感器将压力值转为电阻值，进而通过阵列式的阻性单元作为输出电压读出。在另一实施例中，所述传感器还可以设置为温度传感器，通过所述传感器将温度值转为电阻值，进而通过阵列式的阻性单元作为输出电压读出。相对于现有的传感器和存储器，本实施例可以达到更高的动态范围，电阻变化范围可以基于设计达到1000或10000倍，进而保证了利用零电势法测量二维电阻阵列的变化范围更广。

综上所述，本发明提供一种二维阻性阵列读出方法、读出电路及传感器，包括：基于输出电压的范围设定多个档位，并设定待测阻性单元在各档位的阻值变化范围；通过各档位的输出电压范围以及对应的待测阻性单元的阻值范围计算得到各档位对应的偏移值、输入电压的电压值以及参考电阻的电阻值；将验证通过的档位对应的输入电压的电压值作为待测阻性单元所在的共用行线接收的输入电压，以及对应的参考电阻作为输出读取模块中的参考电阻，进而读取输出电压；基于输出电压、输入电压以及参考电阻得到待测阻性单位的电阻值。本发明的二维阻性阵列读出方法通过将电阻测量的范围进行分段近似直线处理，可以有效提高二维阻性阵列中各阻性单元的检测范围。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种二维阻性阵列读出方法，基于二维电阻阵列读出电路实现，所述二维阻性阵列读出电路包括电压输入模块、二维阻性阵列、输出读取模块；二维阻性阵列包括M×N个阵列排布的阻性单元、M条共用行线以及N条共用列线；M、N均为大于等于1的整数；各行阻性单元的第一端均通过对应的共用行线与所述电压输入模块连接，且各列阻性单元的第二端均通过对应的共用列线与所述输出读取模块连接；所述电压输入模块的输入端连接输入电压，并将所述输入电压输入到待测阻性单元所在的共用行线；所述输出读取模块用于将待测阻性单元所在的共用列线上的电势读出；其中，所述输出读取模块至少包括一输出读取单元；所述输出读取单元包括第一运算放大器及参考电阻；所述第一运算放大器正向输入端接地，负向输入端连接所述待测阻性单元所在的共用列线，输出端经由所述参考电阻与负向输入端相连并作为所述输出读取模块的输出端，其特征在于，所述二维阻性阵列读出方法包括：

S1、基于输出电压的范围设定多个档位，并设定待测阻性单元在各档位的阻值变化范围；通过各档位的输出电压范围以及对应的待测阻性单元的阻值范围计算得到各档位对应的偏移值；基于各档位的输出电压范围、待测阻性单元的阻值范围以及偏移值计算得到各档位对应的输入电压的电压值以及参考电阻的电阻值；

S2、选择各档位中的任一档位并进行验证，并将验证通过的档位对应的输入电压的电压值作为待测阻性单元所在的共用行线接收的输入电压，以及，将验证通过的档位中对应的参考电阻作为待测阻性单元对应的输出读取模块中的参考电阻，进而读取输出电压；

S3、基于输出电压、输入电压以及参考电阻之间的比例关系，计算得到所述待测阻性单位的电阻值。

2.根据权利要求1所述的二维阻性阵列读出方法，其特征在于：所述二维阻性阵列读出方法还包括验证档位的方法，包括：

S21、从档位合集中选择任一未验证的档位，并基于档位对应的输入电压以及对应的参考电阻设置二维阻性阵列，进而得到输出电压将其作为待验证电压；

S22、将待验证电压加上对应档位的偏移值得到偏移电压后，将偏移电压与对应档位的输出电压范围比较；

当偏移电压位于所述输出电压范围内时，将S21步骤中档位设置为验证通过的档位；

当偏移电压未位于所述输出电压范围内时，将S21步骤中档位记为已验证的档位，并再次从所述档位合集中选择任一未验证的档位，基于档位对应的输入电压以及对应的参考电阻设置二维阻性阵列，得到二维阻性阵列的输出电压将其作为待验证电压后再次执行步骤S22，直到确定验证通过的档位。

3.根据权利要求1所述的二维阻性阵列读出方法，其特征在于：待测阻性单元的电阻值满足：

其中，Rx是待测阻性单元的电阻值；Rf是参考电阻的电阻值；Vin是输入电压的电压值；Vout是运算放大器的输出电压。

4.根据权利要求1～3任一项所述的二维阻性阵列读出方法，其特征在于：步骤S1包括：

A1、基于输出电压的最小值以及输出电压的最大值确定输出电压的总范围，并将所述总范围均分为K档，得到各档的输出电压范围；K为大于1的整数；

A2、基于待测阻性单元的最小电阻以及最大电阻确定待测阻性单元的变化倍数，并将所述变化倍数均分为K档，进而得到待测阻性单元的各档的电阻最小值以及各档的电阻最大值；

A3、基于各档的输出电压以及各档的电阻之间的关系得到各档的偏移值；其中，各档的输出电压以及各档的电阻之间的关系满足：

其中，Vini为各档的输入电压，Rfi为各档的参考电阻，V_i为各档的输出电压；ΔV_i为各档的偏移值；Rxi为各档的测量电阻；i＝1、2、…K；

A4、基于各档的偏移值设定各档对应的输入电压以及对应的参考电阻。

5.一种二维阻性阵列读出电路，用以实现如权利要求1～4任一项所述的二维阻性阵列读出方法，其特征在于：所述二维阻性阵列读出电路至少包括电压输入模块、二维阻性阵列、输出读取模块；

二维阻性阵列包括M×N个阵列排布的阻性单元、M条共用行线以及N条共用列线；M、N均为大于等于1的整数；各行阻性单元的第一端均通过对应的共用行线与所述电压输入模块连接，且各列阻性单元的第二端均通过对应的共用列线与所述输出读取模块连接；

所述电压输入模块的输入端连接输入电压，并将所述输入电压输入到待测阻性单元所在的共用行线；

所述输出读取模块用于将待测阻性单元所在的共用列线上的电势读出；其中，所述输出读取模块至少包括一输出读取单元；所述输出读取单元包括第一运算放大器及参考电阻；所述第一运算放大器正向输入端接地，负向输入端连接所述待测阻性单元所在的共用列线，输出端经由所述参考电阻与负向输入端相连并作为所述输出读取模块的输出端。

6.根据权利要求5所述的二维阻性阵列读出电路，其特征在于：所述电压输入模块包括开关控制信号产生单元、M个第二运算放大器、M个第一开关以及M个第一电阻；

所述开关控制信号产生单元分别连接各第一开关的控制端，用于产生开关控制信号；

各第二运算放大器的负向输入端与输出端相连，且各第二运算放大器的输出端分别连接对应的共用行线；

各第一开关与各第二运算放大器一一对应设置；各第一开关的第一端连接所述输入电压，第二端连接对应的第二运算放大器的正向输入端，基于所述开关控制信号将所述输入电压输入到所述待测阻性单元所在的共用行线；

各第一电阻与各第二运算放大器一一对应设置；各第一电阻设置于对应的第二运算放大器的正向输入端与参考地之间。

7.根据权利要求5所述的二维阻性阵列读出电路，其特征在于：所述电压输入模块包括开关控制信号产生单元、第二运算放大器、第二电阻及M个单刀双掷开关；

所述开关控制信号产生单元分别连接各单刀双掷开关，用于产生开关控制信号；

所述第二运算放大器的正向输入端连接所述输入电压，负向输入端与输出端相连；

所述第二电阻设置于对应的第一运算放大器的正向输入端与参考地之间；

各单刀双掷开关分别与共用行线一一对应设置；各单刀双掷开关的动触点连接所述第二运算放大器的输出端，第一静触点连接对应的共用行线，第二静触点接地；各单刀双掷开关基于所述开关控制信号将所述输入电压输入到所述待测阻性单元所在的共用行线。

8.根据权利要求5所述的二维阻性阵列读出电路，其特征在于：所述输出读取模块包括N个输出读取单元；各输出读取单元均包括第一运算放大器以及参考电阻；

各第一运算放大器的正向输入端接地，负向输入端连接对应的共用列线，且各第一运算放大器的负向输入端经由所述参考电阻与输出端相连，输出端作为所述输出读取模块的输出端。

9.根据权利要求5所述的二维阻性阵列读出电路，其特征在于：所述输出读取模块包括输出读取单元以及N个第二开关；各输出读取单元均包括第一运算放大器以及参考电阻；

各第二开关与各共用列线对应设置；各第二开关的第一端连接对应的共用列线，第二端均连接所述第一运算放大器的负向输入端；

所述第一运算器的正向输入端接地，负向输入端连接对应的共用列线，且各第一运算放大器的负向输入端经由所述参考电阻与输出端相连，输出端作为所述输出读取模块的输出端。

10.一种传感器，其特征在于：所述传感器包括如权利要求5～9任一项所述的二维阻性阵列读出电路。