TW201315977A - 感測器陣列的讀取裝置與讀取方法 - Google Patents

Abstract

一種感測器陣列的讀取裝置與讀取方法。讀取裝置包括切換電路、控制單元、增益電路以及漂移補償電路。控制單元控制切換電路進行切換操作，以便從感測器陣列的多個感測器中選擇一個目標感測器。增益電路依據切換電路的切換操作而選擇性地感測所述目標感測器，以及將感測結果增益後輸出做為該目標感測器的增益感測值。控制單元更依據該切換操作而動態地決定補償值。漂移補償電路依據該補償值調整所述增益感測值後輸出做為該目標感測器的補償感測值。

Description

感測器陣列的讀取裝置與讀取方法

本發明是有關於一種具有壓力感測器陣列的電子產品，且特別是有關於一種感測器陣列的讀取裝置與讀取方法。

一些電子產品內配置了感測器陣列。例如，看護床墊需要在其內部配置壓力感測器陣列，以便偵測/記錄使用者(病患)的睡臥狀態。因此，軟性電子零組件技術即因應而生。變阻式壓力感測器所組成的感測器陣列具有結構簡單、易於使用、輕薄、可撓曲、抗摔、低耗電等特點，並可利用印刷技術製作。

然而，往往因為製程的變異因素而可能會造成變阻式壓力感測器陣列中的多個壓力感測器的起始電阻值(在未受壓狀態的電阻值)彼此不同，而且/或是這些感測器的響應增益彼此不同。這些不同感測器之間存在著起始電阻不同及響應增益不同，會造成的量測誤差及陣列量測均勻性的問題。例如，表1說明一個3×3感測器陣列中多個變阻式壓力感測器於空載狀態(在未受壓的狀態)的感測值。由表1可知，針對3×3感測器陣列在沒有加任何負載的情況下量測到的9個壓力感測器的電壓值介於122K歐姆至342K歐姆之間。不同壓力感測器之間的起始電阻值誤差從數十K歐姆到數百K歐姆之間。

此外，不同壓力感測器之間的響應增益不同亦會造成感測器陣列量測均勻性的問題。例如，表2說明一個3×3感測器陣列中多個變阻式壓力感測器於200克砝碼的壓力作用下及500克砝碼的壓力作用下感測值的差值。如表2中的實驗數據可知，3×3感測器陣列中9個壓力感測器在500克的砝碼壓力作用下以及在200克的砝碼壓力作用下會有不同的響應數值。在相同的壓力變化下，這些不同感測器的響應增益彼此不同，會造成的量測誤差及陣列量測均勻性的問題。

本發明提供一種感測器陣列的讀取裝置與讀取方法，以針對零點漂移(例如起始電阻值漂移)進行補償，及/或針對響應增益進行補償，降低感測元件製程或材料誤差對系統模組的影響。

本發明實施例提出一種感測器陣列的讀取裝置，包括切換電路、控制單元、增益電路以及漂移補償電路。切換電路耦接至感測器陣列。控制單元耦接至切換電路。控制單元控制切換電路進行切換操作，以便從感測器陣列的多個感測器中選擇一個目標感測器。增益電路依據切換電路的切換操作而選擇性地感測這些感測器中所述目標感測器，以及將感測結果增益後輸出做為該目標感測器的增益感測值。控制單元更依據該切換操作而動態地決定一補償值。漂移補償電路耦接至增益電路以接收該增益感測值。漂移補償電路依據該補償值調整所述增益感測值後輸出做為該目標感測器的補償感測值。

本發明實施例提出一種感測器陣列的讀取方法，包括：進行切換操作，以便從感測器陣列的多個感測器中選擇一個目標感測器；依據該切換操作，動態地決定一補償值；依據該切換操作，選擇性地感測該些感測器中的該目標感測器，以及將感測結果增益後做為目標感測器的一益感測值；以及依據該補償值調整該增益感測值後做為目標感測器的補償感測值。

本發明實施例提出一種感測器陣列的讀取裝置，包括切換電路、控制單元以及增益電路。切換電路耦接至感測器陣列。控制單元耦接至切換電路。控制單元控制切換電路進行切換操作，以便從感測器陣列的多個感測器中選擇一目標感測器。控制單元依據該切換操作而動態地決定一增益值。增益電路依據該切換電路的切換操作而選擇性地感測這些感測器中的該目標感測器，以及依據該增益值將感測結果增益後輸出做為該目標感測器的增益感測值。

本發明實施例提出一種感測器陣列的讀取方法，包括：進行切換操作，以便從感測器陣列的多個感測器中選擇一目標感測器；依據該切換操作，動態地決定一增益值；依據該切換操作，選擇性地感測該些感測器中的該目標感測器，以獲得一感測結果；以及依據該增益值將感測結果增益後做為該目標感測器的增益感測值。

基於上述，本發明實施例可以針對不同感測器的零點漂移(例如起始電阻值漂移)動態地決定不同的補償值，然後依對應的補償值對感測器進行零點漂移補償。以及/或者，本發明實施例可以針對不同感測器的響應增益動態地決定不同的增益值，然後依對應的增益值對感測結果進行增益調整。因此，本發明實施例的讀取裝置與讀取方法可以降低感測元件製程或材料誤差的影響。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1是依照本發明實施例說明一種感測裝置100的功能方塊示意圖。感測裝置100包括感測器陣列110以及讀取裝置。此讀取裝置包括切換電路120、讀取電路130以及控制單元140。感測器陣列110包括多個感測器，例如圖1所繪示感測器111、112、113、114、115、116、117、118、119等。圖1中圖式符號111~119並非表示/限制感測器陣列110中感測器的數量。本領域具有通常知識者可以依照本實施例的教示而將感測器陣列110類推至具有其他佈局結構、其他感測器數量的感測器陣列。

控制單元140耦接至切換電路120與讀取電路130。控制單元140控制切換電路120進行切換操作，以便從感測器陣列110的多個感測器111~119中選擇一個目標感測器。讀取電路130依據切換電路120的切換操作而讀取所述目標感測器的感測值，並將此感測值回傳給控制單元140。

圖2是依照本發明實施例說明圖1所示感測器陣列讀取裝置的功能方塊示意圖。圖2所示實施例可以參照圖1的相關說明，此讀取裝置包括切換電路120、讀取電路130以及控制單元140。讀取電路130包括增益電路210以及漂移補償電路220。

為了方便說明，本實施例中感測器111~119為變阻式壓力感測器，因此圖2是以電阻符號繪示出感測器111~119。當感測器遭受外部壓力時，此感測器的電阻值會隨著壓力的變化而變化。切換電路120耦接至感測器陣列110與控制單元140。控制單元140控制切換電路120進行切換操作，以便從感測器陣列110的多個感測器111~119中選擇一個目標感測器。例如，當控制單元140控制切換電路120中切換開關121選擇將偏壓電壓Vp切換至感測器111時，切換電路120將低於該偏壓電壓Vp的參考電壓耦接至除了目標感測器111外的其他感測器112~119(如圖2所示)，相當於切換電路120進行切換操作而從感測器陣列110的多個感測器111~119中選擇感測器111做為目標感測器。其中，所述參考電壓可以是接地電壓或是系統最低電壓。又例如，當控制單元140控制切換開關121選擇將偏壓電壓Vp切換至感測器112時，切換電路120將所述參考電壓(例如接地電壓)耦接至除了目標感測器112外的其他感測器(例如感測器111、感測器119等)。圖2所示切換電路120中切換開關121僅為示意。本領域各種公知的感測器陣列切換機制/手段皆可以用來實現切換電路120。

圖2中繪示一個過載保護電阻240。此過載保護電阻240串接於目標感測器與增益電路210之間，也就是串接於感測器陣列110與增益電路210之間。當壓力感測器111~119承受太大的壓力時，其感測器的電阻值會趨進於短路電阻(也就是趨近於0)，此時切換電路120不論是以定電流偏壓方式(圖2未繪示)或是以定電壓偏壓方式(例如圖2所示)驅動感測器陣列110，感測器111~119中承受太大壓力的感測器可能會產生過大的電流或電壓，造成系統的誤動作。過載保護電阻240可以降低電流或電壓對增益電路210的衝擊。在其他實施例中，若感測器111~119可能會產生的最大電流或最大電壓是可為系統所容忍，或若壓力感測器111~119無論承受多大壓力都不會趨進於短路電阻，則過載保護電阻240可以被省略。

在其他實施例中，感測器陣列110的讀取裝置還包括熱敏電阻(未繪示於圖2)。此熱敏電阻並聯於過載保護電阻240，且串接於感測器陣列110與增益電路210之間。或是，此熱敏電阻與過載保護電阻240相互串聯於感測器陣列110與增益電路210之間。其中，若感測器111~119是具有正溫度係數的電阻器，則此熱敏電阻具有負溫度係數。反之，若感測器111~119是具有負溫度係數的電阻器，則此熱敏電阻具有正溫度係數。

在不同實施例中，過載保護電阻240本身可以是一個熱敏電阻。例如，若感測器111~119是具有正溫度係數的電阻器，則過載保護電阻240具有負溫度係數。反之，若感測器111~119是具有負溫度係數的電阻器，則過載保護電阻240具有正溫度係數。

請參照圖2，假設切換電路120依據控制單元140的控制而選擇感測器111~119中的感測器111做為目標感測器，則目標感測器111的一端接收偏壓電壓Vp，而目標感測器111的另一端經由過載保護電阻240輸出感測結果Vs。依據切換電路120的切換操作，增益電路210選擇性地感測目標感測器111，以及將感測結果Vs增益(例如增益值為α)後輸出做為目標感測器111的增益感測值，也就是將增益感測值α×Vs輸出給漂移補償電路220。

控制單元140依據該切換操作而動態地決定補償值V2。依據應用需求，控制單元140輸出給漂移補償電路220的補償值V2可以是數位型式或是類比形式。控制單元140所決定的補償值V2，是響應於感測器陣列110中感測器111~119於空載狀態(在未受壓的狀態)的感測值(或初始電阻值)。控制單元140可以具有查找表，以便記錄感測器111~119所對應的不同補償值。依據切換電路120的切換操作，控制單元140從查找表提取目標感測器111所對應的補償值V2。在本實施例中，若感測器陣列110中有m個感測器，則查找表便以一對一方式對應地記錄m筆補償值。其製備查找表的步驟包括：使感測器111~119保持空載狀態；感測於空載狀態下的感測器111~119，以獲得這些感測器111~119的空載感測值；以及將這些空載感測值作為感測器111~119所對應的不同補償值，並將這些補償值記錄於查找表。

在其他實施例中，感測器111~119依據於空載狀態(在未受壓的狀態)的感測值(或初始電阻值)而被分群，因此查找表只需記錄每一群的所對應的不同補償值即可。其製備查找表的步驟包括：使感測器111~119保持空載狀態；感測於空載狀態下的感測器111~119，以獲得感測器111~119的空載感測值；將這些空載感測值依大小分為多個群，其中每一個群各自具有一個補償值；以及將這些空載感測值所對應的補償值記錄於該查找表。

漂移補償電路220耦接至增益電路210以及控制單元140。漂移補償電路220接收增益電路210所輸出的增益感測值α×Vs，以及依據控制單元140所決定的補償值V2調整該增益感測值α×Vs，然後輸出經調整的增益感測值α×Vs做為目標感測器(例如感測器111)的補償感測值V1。例如，漂移補償電路220輸出的補償感測值V1為α×Vs-V2。

本領預計數人員可以依照本實施例的教示而採用任何手段實現漂移補償電路220。例如，漂移補償電路220可以是誤差放大器(error amplifier)。該誤差放大器的反相輸入端接收補償值V2，該誤差放大器的非反相輸入端耦接至增益電路210以接收增益感測值α×Vs，而該誤差放大器的輸出端輸出補償感測值V1。又例如，漂移補償電路220可以是減法器。該減法器接收並計算增益感測值α×Vs與補償值V2的差值，以及輸出該差值做為目標感測器(例如感測器111)的補償感測值V1。

由於本實施例可以針對不同感測器111~119的零點漂移(例如起始電阻值漂移)動態地決定不同的補償值V2，然後依對應的補償值對感測器進行零點漂移補償，因此本實施例的讀取裝置可以改善因製程或材料誤差所造成感測器111~119的影響。

在本實施例中，漂移補償電路220輸出的補償感測值V1為類比信號，而控制單元140的輸入信號是數位信號，因此感測器陣列110的讀取裝置還配置一個類比數位轉換器230。類比數位轉換器230耦接於漂移補償電路220與控制單元140之間。類比數位轉換器230可以將類比的補償感測值V1轉換為數位形式，然後將數位的補償感測值V1輸出給控制單元140。在其他實施例中，若漂移補償電路220輸出的補償感測值V1為數位信號，或是若控制單元140可以直接接收/處理類比的補償感測值V1，則類比數位轉換器230可以被省略。

圖3是依照本發明實施例說明圖2所示漂移補償電路220的功能方塊示意圖。圖3所示實施例可以參照圖1與圖2的相關說明。圖3所示實施例還包括數位類比轉換器250。數位類比轉換器250依據控制單元140的控制而動態地輸出類比補償值至漂移補償電路220。例如，數位類比轉換器250可以將數位的補償值V2轉換為類比電壓，然後將類比電壓輸出給漂移補償電路220。在其他實施例中，若控制單元140輸出的補償值V2為類比電壓，則數位類比轉換器250可以被省略。

漂移補償電路220包括第三放大器OP3、第四放大器OP4、第五放大器OP5、第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6、第七電阻R7、第八電阻R8、第九電阻R9以及第十電阻R10。第三放大器OP3的非反相輸入端耦接至增益電路210以接收增益感測值α×Vs。第四放大器OP4的非反相輸入端透過數位類比轉換器250接收補償值V2。第四電阻R4的第一端與第二端分別耦接至第三放大器OP3的反相輸入端與第四放大器OP4的反相輸入端。第五電阻R5的第一端與第二端分別耦接至第三放大器OP3的反相輸入端與輸出端。第六電阻R6的第一端與第二端分別耦接至第四放大器OP4的反相輸入端與輸出端。第七電阻R7的第一端耦接至第三放大器OP3的輸出端。第八電阻R8的第一端耦接至第四放大器OP4的輸出端。第五放大器OP5的非反相輸入端耦接至第七電阻R7的第二端，第五放大器OP5的反相輸入端耦接至第八電阻R8的第二端，而第五放大器OP5的輸出端輸出補償感測值V1。第九電阻R9的第一端與第二端分別耦接至第五放大器OP5的反相輸入端與輸出端。第十電阻R10的第一端耦接至第五放大器OP5的非反相輸入端，而第十電阻R10的第二端耦接至參考電壓(例如接地電壓或是其他固定電壓)。

上述圖3所示數位類比轉換器250不應限制本發明的實施方式。本領域的技術人員可以依照上述實施例之教示而採用任何手段取代數位類比轉換器250。例如，圖4是依照本發明另一實施例說明圖3所示補償值V2的轉換電路示意圖。圖4所示實施例可以參照圖3的相關說明。請參照圖4，感測器陣列的讀取裝置更包括第二可變電阻單元VR2、第十一電阻R11以及第六放大器OP6。第二可變電阻單元VR2的第一端耦接偏壓電壓Vp。第二可變電阻單元VR2的阻值是依據控制單元140的控制而改變。於本實施例中，第二可變電阻單元VR2包括切換開關與具有不同阻值的多個電阻器。切換開關受控於控制單元140的補償值V2。依據補償值V2，切換開關選擇將偏壓電壓Vp耦接至所述多個電阻器中的一個。因此，第二可變電阻單元VR2可以依據控制單元140的控制而改變阻值。

第十一電阻R11的第一端耦接至第二可變電阻單元VR2的第二端，第十一電阻R11的第二端耦接至參考電壓(例如接地電壓或是其他固定電壓)。第六放大器OP6的非反相輸入端耦接至第二可變電阻單元VR2的第二端，第六放大器OP6的反相輸入端耦接至第六放大器OP6的輸出端，而第六放大器OP6的輸出端輸出補償值至漂移補償電路220。於本實施例中，第六放大器OP6的非反相輸入端還耦接至電容器C的第一端。此電容器C的第二端接地。電容器C可以濾除雜訊。

在本實施例中，若感測器陣列110中有m個感測器，則第二可變電阻單元VR2中電阻器的數量可以是m個，也就是第二可變電阻單元VR2中電阻器以一對一方式對應於感測器陣列110中每一個感測器。因此，藉由第二可變電阻單元VR2與第十一電阻R11將偏壓電壓Vp分壓，可以產生對應於感測器陣列110中不同感測器的不同補償電壓給漂移補償電路220。

在其他實施例中，感測器111~119依據於空載狀態(在未受壓的狀態)的感測值(或初始電阻值)而被分群，因此第二可變電阻單元VR2中電阻器的數量可以只符合感測器111~119的分群數即可。例如，假設感測器111~119被分為三群，則第二可變電阻單元VR2中只需至少三個電阻器即可。因此，藉由第二可變電阻單元VR2與第十一電阻R11將偏壓電壓Vp分壓，可以產生對應於感測器111~119中不同分群的不同補償電壓給漂移補償電路220。

圖5是依照本發明另一實施例說明圖1所示感測器陣列讀取裝置的功能方塊示意圖。圖5所示實施例可以參照圖2、圖3與圖4的相關說明。與圖2不同之處在於，圖5所示實施例中增益電路510是依據控制單元140的控制而動態地決定增益值α。請參照圖5，控制單元140更依據切換電路120的切換操作而動態地決定對應的增益值α。增益電路510依據增益值α增益感測結果Vs，以獲得感測器111~119中某一目標感測器的增益感測值α×Vs。

於本實施例中，控制單元140具有查找表，用以記錄感測器111~119所對應的不同增益值。控制單元140依據切換電路120的切換操作而從查找表提取該目標感測器的增益值α。在本實施例中，若感測器陣列110中有m個感測器，則查找表便以一對一方式對應地記錄m筆增益值。其製備查找表的步驟包括：使感測器111~119保持於第一負載狀態；感測於該第一負載狀態下的感測器111~119，以獲得感測器111~119的第一負載感測值；使感測器111~119保持於第二負載狀態；感測於該第二負載狀態下的感測器111~119，以獲得感測器111~119的第二負載感測值；依據該些第一負載感測值與該些第二負載感測值，計算感測器111~119於「負載對感測值特性曲線」的斜率；以及將該些斜率作為感測器111~119所對應的不同增益值，並將該些增益值記錄於該查找表。

在其他實施例中，感測器111~119依據「負載對感測值特性曲線」的斜率大小分為多個群，因此查找表只需記錄每一群的所對應的不同增益值即可。其製備查找表的步驟包括：使感測器111~119保持於第一負載狀態；感測於該第一負載狀態下的感測器111~119，以獲得感測器111~119的第一負載感測值；使感測器111~119保持於第二負載狀態；感測於該第二負載狀態下的感測器111~119，以獲得感測器111~119的第二負載感測值；依據該些第一負載感測值與該些第二負載感測值，計算該些感測器於「負載對感測值特性曲線」的斜率；將該些斜率依大小分為多個群，其中每一個群各自具有一個增益值；以及將該些斜率所對應的不同增益值記錄於該查找表。

由於本實施例可以針對不同感測器的響應增益動態地決定不同的增益值α，然後依對應的增益值α對感測結果Vs進行增益調整，因此本實施例的讀取裝置可以改善因製程或材料誤差所造成感測器111~119的影響。

圖6是依照本發明實施例說明圖5所示增益電路510的電路示意圖。增益電路510包括第一放大器OP1以及第一可變電阻單元VR1。第一放大器OP1的非反相輸入端耦接參考電壓(例如接地電壓或是其他固定電壓)，第一放大器OP1的反相輸入端依據切換電路的切換操作而耦接感測器111~119中某一目標感測器。第一可變電阻單元VR1的第一端與第二端分別耦接至第一放大器OP1的反相輸入端與輸出端。其中，第一可變電阻單元VR1受控於控制單元140，第一可變電阻單元VR1的阻值是依據切換電路的切換操作而改變。於本實施例中，第一可變電阻單元VR1包括多個第一電阻以及一第一開關。這些第一電阻的阻值互不相同。這些第一電阻的第一端共同耦接至第一放大器OP1的輸出端。依據切換電路120的切換操作，第一開關將第一放大器OP1的反相輸入端選擇性地耦接至這些第一電阻其中一者的第二端，如圖6所示。

在本實施例中，若感測器陣列110中有m個感測器，則第一可變電阻單元VR1中第一電阻的數量可以是m個，也就是第一可變電阻單元VR1中第一電阻以一對一方式對應於感測器陣列110中每一個感測器。因此，藉由第一可變電阻單元VR1動態調整阻值，可以使增益電路510產生對應於感測器陣列110中不同感測器的不同增益值α。

在其他實施例中，感測器111~119依據「負載對感測值特性曲線」的斜率大小被分為多個群，因此第一可變電阻單元VR1中第一電阻的數量可以只符合感測器111~119的分群數即可。例如，假設感測器111~119被分為三群，則第一可變電阻單元VR1中只需至少三個第一電阻即可。因此，藉由第一可變電阻單元VR1動態調整阻值，可以使增益電路510產生對應於感測器111~119中不同分群的不同增益值α。

圖7是依照本發明另一實施例說明圖5所示增益電路510的電路示意圖。圖7所示實施例可以參照圖3、圖4、圖5與圖6的相關說明。與圖6不同之處在於，圖5所示實施例中增益電路510還包括第二放大器OP2、第二電阻R2以及第三電阻R3。第二放大器OP2的非反相輸入端耦接參考電壓(例如接地電壓或是其他固定電壓)。第二電阻R2的第一端與第二端分別耦接至第一放大器OP1的輸出端與第二放大器OP2的反相輸入端。第三電阻R3的第一端與第二端分別耦接至第二放大器OP2的反相輸入端與第二放大器OP2的輸出端。第二放大器OP2的輸出端提供增益感測值α×Vs給漂移補償電路220。在圖7所示實施例中，假設第一放大器OP1的增益值為α1，第二放大器OP2的增益值為α2，則增益電路510的增益值α為α1×α2。

令感測器111~119中目標感測器的電阻值是Rs，過載保護電阻240的電阻值是R0，則感測結果Vs為Vp/(Rs+R0)。第一放大器OP1的輸出VA為-VR1×Vs。第二放大器OP2的輸出α×Vs為VR1×Vs×(R3/R2)，也就是增益電路510的增益值α為(VR1×R3)/R2。藉由控制可變電阻單元VR1的電阻值，增益電路510動態地決定不同的增益值α，進而針對不同感測器111~119的對感測結果Vs進行增益調整，以便補償不同感測器的「負載對感測值特性曲線」斜率。

藉由對圖7中漂移補償電路220進行網路分析，可以知道漂移補償電路220的輸出Vout={(R9×R6)/(R8×R4)+[1+(R9/R8)]×[R10/(R7+R10)]×[1+(R5/R4)]}×(α×Vs)-{(R9/R8)×[(R6×R9)/(R4×R8)]+[1+(R9/R8)]×[R10/(R7+R10)]×[R5/R4]}×V2。因此藉由動態地決定不同的補償值V2，漂移補償電路220可以針對不同感測器111~119的零點漂移(例如起始電阻值漂移)動態地進行零點漂移補償。

綜上所述，以下說明感測器陣列的讀取方法。此讀取方法包括：進行切換操作，以便從該感測器陣列的多個感測器中選擇一目標感測器；依據該切換操作，選擇性地感測該些感測器中的該目標感測器，以及將感測結果增益後做為該目標感測器的增益感測值；依據該切換操作，動態地決定補償值；以及依據該補償值調整該增益感測值後做為該目標感測器的補償感測值。

在一實施例中，所述動態地決定補償值的步驟包括：記錄該些感測器所對應的不同補償值於查找表；以及依據該切換操作，從該查找表提取該目標感測器的該補償值。所述調整該增益感測值的步驟包括：計算該增益感測值與該補償值的差值；以及輸出該差值做為該目標感測器的該補償感測值。

在一些實施例中，所述記錄該些感測器所對應的不同補償值於查找表的步驟包括：使該些感測器保持空載狀態；感測於空載狀態下的該些感測器，以獲得該些感測器的空載感測值；以及將該些空載感測值作為該些感測器所對應的不同補償值，並將該些補償值記錄於該查找表。

在另一些實施例中，所述記錄該些感測器所對應的不同補償值於查找表的步驟包括：使該些感測器保持空載狀態；感測於空載狀態下的該些感測器，以獲得該些感測器的空載感測值；將該些空載感測值依大小分為多個群，其中每一個群各自具有一個補償值；以及將該些空載感測值所對應的補償值記錄於該查找表。

在另一實施例中，所述感測器陣列的讀取方法更包括：依據該切換操作，動態地決定增益值；以及依據該增益值增益所述感測結果，以獲得該目標感測器的該增益感測值。其中所述動態地決定增益值的步驟可能包括：記錄該些感測器所對應的不同增益值於查找表；以及依據該切換操作，從該查找表提取該目標感測器的該增益值。

在另一實施例中，所述記錄該些感測器所對應的不同增益值於一查找表的步驟包括：使該些感測器保持於第一負載狀態(例如在500克重的壓力下)；感測於該第一負載狀態下的該些感測器，以獲得該些感測器的第一負載感測值；使該些感測器保持於第二負載狀態(例如在200克重的壓力下，或是於空載狀態下)；感測於該第二負載狀態下的該些感測器，以獲得該些感測器的第二負載感測值；依據該些第一負載感測值與該些第二負載感測值，計算該些感測器於「負載對感測值特性曲線」的斜率；以及將該些斜率作為該些感測器所對應的不同增益值，並將該些增益值記錄於該查找表。

在又一實施例中，所述記錄該些感測器所對應的不同增益值於查找表的步驟包括：使該些感測器保持於第一負載狀態；感測於該第一負載狀態下的該些感測器，以獲得該些感測器的第一負載感測值；使該些感測器保持於一第二負載狀態；感測於該第二負載狀態下的該些感測器，以獲得該些感測器的第二負載感測值；依據該些第一負載感測值與該些第二負載感測值，計算該些感測器於負載對感測值特性曲線的斜率；將該些斜率依大小分為多個群，其中每一個群各自具有一個增益值；以及將該些斜率所對應的不同增益值記錄於該查找表。

圖8是依照本發明另一實施例說明圖1所示感測器陣列讀取裝置的功能方塊示意圖。圖8所示實施例可以參照圖1至圖6的相關說明，因此相同的內容便不再贅述。不同於圖6所述實施例之處，在於圖8所示實施例省略了漂移補償電路220。增益電路510依據切換電路120的切換操作而選擇性地感測感測器111~119中的一個目標感測器，以及增益電路510依據控制單元140所決定的增益值α將感測結果Vs增益後輸出做為該目標感測器的增益感測值α×Vs。增益電路510透過類比數位轉換器230將增益感測值α×Vs回傳給控制單元140。

在此說明感測器陣列的讀取方法，包括：進行切換操作，以便從該感測器陣列的多個感測器中選擇一個目標感測器；依據該切換操作，動態地決定增益值；依據該切換操作，選擇性地感測該些感測器中的該目標感測器，以獲得感測結果；以及依據該增益值將感測結果增益後做為該目標感測器的一增益感測值。

上述諸實施例揭示一種變阻式感測器陣列的讀取裝置及方法。此讀取裝置及方法能補償每個壓力感測器在沒有負載的情況下不同的起始電阻，以及補償每個壓力感測器不同的響應增益，因此讀取裝置及方法能改善量測誤差及陣列量測均勻性的問題，避免因元件特性不良造成系統誤動作。透過上述諸實施例揭示的讀取裝置及方法可有效達到效益如下：

1.降低壓力感測器製程或材料誤差對系統模組的影響，有效提高壓力感測器陣列模組性能。

2.透過讀取裝置修正感測器誤差，提升壓力感測器產品良率。

3.降低後端系統應用產品整合複雜度，加速創新產品普及化。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．感測裝置

110．．．感測器陣列

111~119．．．感測器

120．．．切換電路

121．．．切換開關

130．．．讀取電路

140．．．控制單元

210、510．．．增益電路

220．．．漂移補償電路

230．．．類比數位轉換器

240．．．過載保護電阻

250．．．數位類比轉換器

α．．．增益值

α×Vs．．．增益感測值

C．．．電容器

OP1~OP6．．．放大器

R1~R11．．．電阻

V1．．．補償感測值

V2．．．補償值

Vp．．．偏壓電壓

VR1、VR2．．．可變電阻單元

Vs．．．感測結果

圖1是依照本發明實施例說明一種感測裝置的功能方塊示意圖。

圖2是依照本發明實施例說明圖1所示感測器陣列讀取裝置的功能方塊示意圖。

圖3是依照本發明實施例說明圖2所示漂移補償電路的功能方塊示意圖。

圖4是依照本發明另一實施例說明圖3所示補償值V2的轉換電路示意圖。

圖5是依照本發明另一實施例說明圖1所示感測器陣列讀取裝置的功能方塊示意圖。

圖6是依照本發明實施例說明圖5所示增益電路的電路示意圖。

圖7是依照本發明另一實施例說明圖5所示增益電路的電路示意圖。

圖8是依照本發明另一實施例說明圖1所示感測器陣列讀取裝置的功能方塊示意圖。

110．．．感測器陣列

111~119．．．感測器

120．．．切換電路

121．．．切換開關

140．．．控制單元

220．．．漂移補償電路

230．．．類比數位轉換器

240．．．過載保護電阻

510．．．增益電路

α．．．增益值

α×Vs．．．增益感測值

V1．．．補償感測值

V2．．．補償值

Vp．．．偏壓電壓

Vs．．．感測結果

Claims (44)

1. 一種感測器陣列的讀取裝置，包括：一切換電路，耦接至該感測器陣列；一控制單元，耦接至該切換電路，其中該控制單元控制該切換電路進行一切換操作以便從該感測器陣列的多個感測器中選擇一目標感測器，以及該控制單元依據該切換操作而動態地決定一補償值；一增益電路，該增益電路依據該切換電路的該切換操作而選擇性地感測該些感測器中的該目標感測器，以及將感測結果增益後輸出做為該目標感測器的一增益感測值；以及一漂移補償電路，耦接至該增益電路以接收該增益感測值，該漂移補償電路依據該補償值調整該增益感測值後輸出做為該目標感測器的一補償感測值。
2. 如申請專利範圍第1項所述感測器陣列的讀取裝置，其中該些感測器為壓力感測器，該切換電路進行該切換操作以將一偏壓電壓切換至該目標感測器，以及該切換電路將低於該偏壓電壓的一參考電壓耦接至該些感測器中除了該目標感測器外的其他感測器。
3. 如申請專利範圍第2項所述感測器陣列的讀取裝置，其中該參考電壓為一接地電壓或一系統最低電壓。
4. 如申請專利範圍第1項所述感測器陣列的讀取裝置，更包括：一過載保護電阻，串接於該目標感測器與該增益電路之間。
5. 如申請專利範圍第4項所述感測器陣列的讀取裝置，其中該過載保護電阻是一熱敏電阻；該過載保護電阻與該目標感測器二者中之一者具有正溫度係數，另一者具有負溫度係數。
6. 如申請專利範圍第4項所述感測器陣列的讀取裝置，更包括：一熱敏電阻，並聯於該過載保護電阻，其中該熱敏電阻與該目標感測器二者中之一者具有正溫度係數，另一者具有負溫度係數。
7. 如申請專利範圍第1項所述感測器陣列的讀取裝置，其中該控制單元更依據該切換電路的該切換操作而動態地決定一增益值，以及該增益電路依據該增益值增益該感測結果以獲得該目標感測器的該增益感測值。
8. 如申請專利範圍第7項所述感測器陣列的讀取裝置，其中該增益電路包括：一第一放大器，該第一放大器的非反相輸入端耦接一參考電壓，該第一放大器的反相輸入端依據該切換電路的切換操作而耦接該目標感測器；以及一第一可變電阻單元，該第一可變電阻單元的第一端與第二端分別耦接至該第一放大器的反相輸入端與輸出端，其中該第一可變電阻單元的阻值是依據該切換電路的切換操作而改變。
9. 如申請專利範圍第8項所述感測器陣列的讀取裝置，其中該第一可變電阻單元包括：多個第一電阻，其第一端共同耦接至該第一放大器的輸出端，其中該些第一電阻的阻值互不相同；以及一第一開關，該第一開關依據該切換電路的切換操作而將該第一放大器的反相輸入端選擇性地耦接至該些第一電阻其中一者的第二端。
10. 如申請專利範圍第8項所述感測器陣列的讀取裝置，其中該增益電路更包括：一第二放大器，該第二放大器的非反相輸入端耦接該參考電壓，該第二放大器的輸出端提供該增益感測值給該漂移補償電路；一第二電阻，該第二電阻的第一端與第二端分別耦接至該第一放大器的輸出端與該第二放大器的反相輸入端；以及一第三電阻，該第三電阻的第一端與第二端分別耦接至該第二放大器的反相輸入端與該第二放大器的輸出端。
11. 如申請專利範圍第7項所述感測器陣列的讀取裝置，其中該控制單元具有一查找表，用以記錄該些感測器所對應的不同增益值，以及該控制單元依據該切換電路的切換操作而從該查找表提取該目標感測器的該增益值。
12. 如申請專利範圍第1項所述感測器陣列的讀取裝置，其中該控制單元具有一查找表，用以記錄該些感測器所對應的不同補償值，以及該控制單元依據該切換電路的切換操作而從該查找表提取該目標感測器的該補償值。
13. 如申請專利範圍第1項所述感測器陣列的讀取裝置，其中該漂移補償電路為一誤差放大器，該誤差放大器的反相輸入端接收該補償值，該誤差放大器的非反相輸入端耦接至該增益電路以接收該增益感測值，而該誤差放大器的輸出端輸出該補償感測值。
14. 如申請專利範圍第1項所述感測器陣列的讀取裝置，其中該漂移補償電路為一減法器，該減法器接收並計算該增益感測值與該補償值的差值，以及輸出該差值做為該目標感測器的該補償感測值。
15. 如申請專利範圍第1項所述感測器陣列的讀取裝置，其中該漂移補償電路包括：一第三放大器，該第三放大器的非反相輸入端耦接至該增益電路以接收該增益感測值；一第四放大器，該第四放大器的非反相輸入端接收該補償值；一第四電阻，該第四電阻的第一端與第二端分別耦接至該第三放大器的反相輸入端與該第四放大器的反相輸入端；一第五電阻，該第五電阻的第一端與第二端分別耦接至該第三放大器的反相輸入端與輸出端；一第六電阻，該第六電阻的第一端與第二端分別耦接至該第四放大器的反相輸入端與輸出端；一第七電阻，該第七電阻的第一端耦接至該第三放大器的輸出端；一第八電阻，該第八電阻的第一端耦接至該第四放大器的輸出端；一第五放大器，該第五放大器的非反相輸入端耦接至該第七電阻的第二端，該第五放大器的反相輸入端耦接至該第八電阻的第二端，該第五放大器的輸出端輸出該補償感測值；一第九電阻，該第九電阻的第一端與第二端分別耦接至該第五放大器的反相輸入端與輸出端；以及一第十電阻，該第十電阻的第一端耦接至該第五放大器的非反相輸入端，該第十電阻的第二端耦接至一參考電壓。
16. 如申請專利範圍第1項所述感測器陣列的讀取裝置，更包括：一數位類比轉換器，依據該控制單元的控制而動態地輸出該補償值至該漂移補償電路。
17. 如申請專利範圍第1項所述感測器陣列的讀取裝置，更包括：一第二可變電阻單元，其第一端耦接一偏壓電壓，其中該第二可變電阻單元的阻值是依據該控制單元的控制而改變；一第十一電阻，該第十一電阻的第一端耦接至該第二可變電阻單元的第二端，該第十一電阻的第二端耦接至一參考電壓；以及一第六放大器，該第六放大器的非反相輸入端耦接至該第二可變電阻單元的第二端，該第六放大器的反相輸入端耦接至該第六放大器的輸出端，該第六放大器的輸出端輸出該補償值至該漂移補償電路。
18. 一種感測器陣列的讀取方法，包括：進行一切換操作，以便從該感測器陣列的多個感測器中選擇一目標感測器；依據該切換操作，動態地決定一補償值；依據該切換操作，選擇性地感測該些感測器中的該目標感測器，以及將感測結果增益後做為該目標感測器的一增益感測值；以及依據該補償值調整該增益感測值後做為該目標感測器的一補償感測值。
19. 如申請專利範圍第18項所述感測器陣列的讀取方法，其中該些感測器為壓力感測器，該切換操作將一偏壓電壓切換至該目標感測器，以及該切換操作將低於該偏壓電壓的一參考電壓耦接至該些感測器中除了該目標感測器外的其他感測器。
20. 如申請專利範圍第19項所述感測器陣列的讀取方法，其中該參考電壓為一接地電壓或一系統最低電壓。
21. 如申請專利範圍第18項所述感測器陣列的讀取方法，更包括：依據該切換操作，動態地決定一增益值；以及依據該增益值增益所述感測結果，以獲得該目標感測器的該增益感測值。
22. 如申請專利範圍第21項所述感測器陣列的讀取方法，其中所述動態地決定一增益值的步驟包括：記錄該些感測器所對應的不同增益值於一查找表；以及依據該切換操作，從該查找表提取該目標感測器的該增益值。
23. 如申請專利範圍第22項所述感測器陣列的讀取方法，其中所述記錄該些感測器所對應的不同增益值於一查找表的步驟包括：使該些感測器保持於一第一負載狀態；感測於該第一負載狀態下的該些感測器，以獲得該些感測器的第一負載感測值；使該些感測器保持於一第二負載狀態；感測於該第二負載狀態下的該些感測器，以獲得該些感測器的第二負載感測值；依據該些第一負載感測值與該些第二負載感測值，計算該些感測器於負載對感測值特性曲線的斜率；以及將該些斜率作為該些感測器所對應的不同增益值，並將該些增益值記錄於該查找表。
24. 如申請專利範圍第22項所述感測器陣列的讀取方法，其中所述記錄該些感測器所對應的不同增益值於一查找表的步驟包括：使該些感測器保持於一第一負載狀態；感測於該第一負載狀態下的該些感測器，以獲得該些感測器的第一負載感測值；使該些感測器保持於一第二負載狀態；感測於該第二負載狀態下的該些感測器，以獲得該些感測器的第二負載感測值；依據該些第一負載感測值與該些第二負載感測值，計算該些感測器於負載對感測值特性曲線的斜率；將該些斜率依大小分為多個群，其中每一個群各自具有一個增益值；以及將該些斜率所對應的不同增益值記錄於該查找表。
25. 如申請專利範圍第18項所述感測器陣列的讀取方法，其中所述動態地決定一補償值的步驟包括：記錄該些感測器所對應的不同補償值於一查找表；以及依據該切換操作，從該查找表提取該目標感測器的該補償值。
26. 如申請專利範圍第25項所述感測器陣列的讀取方法，其中所述記錄該些感測器所對應的不同補償值於一查找表的步驟包括：使該些感測器保持空載狀態；感測於空載狀態下的該些感測器，以獲得該些感測器的空載感測值；以及將該些空載感測值作為該些感測器所對應的不同補償值，並將該些補償值記錄於該查找表。
27. 如申請專利範圍第25項所述感測器陣列的讀取方法，其中所述記錄該些感測器所對應的不同補償值於一查找表的步驟包括：使該些感測器保持空載狀態；感測於空載狀態下的該些感測器，以獲得該些感測器的空載感測值；將該些空載感測值依大小分為多個群，其中每一個群各自具有一個補償值；以及將該些空載感測值所對應的補償值記錄於該查找表。
28. 如申請專利範圍第18項所述感測器陣列的讀取方法，其中所述調整該增益感測值的步驟包括：計算該增益感測值與該補償值的差值；以及輸出該差值做為該目標感測器的該補償感測值。
29. 一種感測器陣列的讀取裝置，包括：一切換電路，耦接至該感測器陣列；一控制單元，耦接至該切換電路，其中該控制單元控制該切換電路進行一切換操作以便從該感測器陣列的多個感測器中選擇一目標感測器，以及該控制單元依據該切換操作而動態地決定一增益值；以及一增益電路，該增益電路依據該切換電路的該切換操作而選擇性地感測該些感測器中的該目標感測器，以及依據該增益值將感測結果增益後輸出做為該目標感測器的一增益感測值。
30. 如申請專利範圍第29項所述感測器陣列的讀取裝置，其中該些感測器為壓力感測器，該切換電路進行該切換操作以將一偏壓電壓切換至該目標感測器，以及該切換電路將低於該偏壓電壓的一參考電壓耦接至該些感測器中除了該目標感測器外的其他感測器。
31. 如申請專利範圍第30項所述感測器陣列的讀取裝置，其中該參考電壓為一接地電壓或一系統最低電壓。
32. 如申請專利範圍第29項所述感測器陣列的讀取裝置，更包括：一過載保護電阻，串接於該目標感測器與該增益電路之間。
33. 如申請專利範圍第32項所述感測器陣列的讀取裝置，其中該過載保護電阻是一熱敏電阻；該過載保護電阻與該目標感測器二者中之一者具有正溫度係數，另一者具有負溫度係數。
34. 如申請專利範圍第32項所述感測器陣列的讀取裝置，更包括：一熱敏電阻，並聯於該過載保護電阻，其中該熱敏電阻與該目標感測器二者中之一者具有正溫度係數，另一者具有負溫度係數。
35. 如申請專利範圍第29項所述感測器陣列的讀取裝置，其中該增益電路包括：一第一放大器，該第一放大器的非反相輸入端耦接一參考電壓，該第一放大器的反相輸入端依據該切換電路的切換操作而耦接該目標感測器；以及一第一可變電阻單元，該第一可變電阻單元的第一端與第二端分別耦接至該第一放大器的反相輸入端與輸出端，其中該第一可變電阻單元的阻值是依據該切換電路的切換操作而改變。
36. 如申請專利範圍第35項所述感測器陣列的讀取裝置，其中該第一可變電阻單元包括：多個第一電阻，其第一端共同耦接至該第一放大器的輸出端，其中該些第一電阻的阻值互不相同；以及一第一開關，該第一開關依據該切換電路的切換操作而將該第一放大器的反相輸入端選擇性地耦接至該些第一電阻其中一者的第二端。
37. 如申請專利範圍第35項所述感測器陣列的讀取裝置，其中該增益電路更包括：一第二放大器，該第二放大器的非反相輸入端耦接該參考電壓，該第二放大器的輸出端輸出該增益感測值；一第二電阻，該第二電阻的第一端與第二端分別耦接至該第一放大器的輸出端與該第二放大器的反相輸入端；以及一第三電阻，該第三電阻的第一端與第二端分別耦接至該第二放大器的反相輸入端與該第二放大器的輸出端。
38. 如申請專利範圍第29項所述感測器陣列的讀取裝置，其中該控制單元具有一查找表，用以記錄該些感測器所對應的不同增益值，以及該控制單元依據該切換電路的切換操作而從該查找表提取該目標感測器的該增益值。
39. 一種感測器陣列的讀取方法，包括：進行一切換操作，以便從該感測器陣列的多個感測器中選擇一目標感測器；依據該切換操作，動態地決定一增益值；依據該切換操作，選擇性地感測該些感測器中的該目標感測器，以獲得一感測結果；以及依據該增益值將感測結果增益後做為該目標感測器的一增益感測值。
40. 如申請專利範圍第39項所述感測器陣列的讀取方法，其中該些感測器為壓力感測器，該切換操作將一偏壓電壓切換至該目標感測器，以及該切換操作將低於該偏壓電壓的一參考電壓耦接至該些感測器中除了該目標感測器外的其他感測器。
41. 如申請專利範圍第40項所述感測器陣列的讀取方法，其中該參考電壓為一接地電壓或一系統最低電壓。
42. 如申請專利範圍第39項所述感測器陣列的讀取方法，其中所述動態地決定一增益值的步驟包括：記錄該些感測器所對應的不同增益值於一查找表；以及依據該切換操作，從該查找表提取該目標感測器的該增益值。
43. 如申請專利範圍第42項所述感測器陣列的讀取方法，其中所述記錄該些感測器所對應的不同增益值於一查找表的步驟包括：使該些感測器保持於一第一負載狀態；感測於該第一負載狀態下的該些感測器，以獲得該些感測器的第一負載感測值；使該些感測器保持於一第二負載狀態；感測於該第二負載狀態下的該些感測器，以獲得該些感測器的第二負載感測值；依據該些第一負載感測值與該些第二負載感測值，計算該些感測器於負載對感測值特性曲線的斜率；以及將該些斜率作為該些感測器所對應的不同增益值，並將該些增益值記錄於該查找表。
44. 如申請專利範圍第42項所述感測器陣列的讀取方法，其中所述記錄該些感測器所對應的不同增益值於一查找表的步驟包括：使該些感測器保持於一第一負載狀態；感測於該第一負載狀態下的該些感測器，以獲得該些感測器的第一負載感測值；使該些感測器保持於一第二負載狀態；感測於該第二負載狀態下的該些感測器，以獲得該些感測器的第二負載感測值；依據該些第一負載感測值與該些第二負載感測值，計算該些感測器於負載對感測值特性曲線的斜率；將該些斜率依大小分為多個群，其中每一個群各自具有一個增益值；以及將該些斜率所對應的不同增益值記錄於該查找表。