WO2018176199A1 - 压阻式传感器、压力检测装置以及电子设备 - Google Patents

压阻式传感器、压力检测装置以及电子设备 Download PDF

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sensing column
column
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文达飞
冉锐
陈淡生
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    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means

Definitions

  • the first sensing column and the second sensing column are disposed on the same surface of the substrate.
  • the piezoresistive sensor can be made simpler in the manufacturing process, and the cost is reduced.
  • the piezoresistive sensor can be made thinner, which is beneficial to the thinning design of the thickness of the whole machine.
  • the sensing unit includes a first sensing column, and the first end and the end of the first sensing column respectively form an excitation application end VDD and a ground terminal GND of the sensing unit;
  • the bridge arm of the first sensing column includes a resistor.
  • the bridge arm of the first sensing column may further include a plurality of resistors connected in series, which is not limited in this embodiment.
  • the piezoresistive sensor may include a plurality of sensing units.
  • the piezoresistive sensor includes a substrate 1 and four sensing units (taking the sensing unit of FIG. 1 as an example), four senses.
  • the head end of the measuring unit is connected to the excitation applying terminal VDD, and the ends of the four sensing units are connected to the ground terminal GND.
  • the number of the sensing units included in the piezoresistive sensor is not limited in this embodiment, and may be set according to actual test requirements.
  • the bridge arms of the piezoresistive sensor are longitudinally arranged.
  • the bridge arms of the piezoresistive sensor may also be laterally arranged.
  • this embodiment does not impose any restrictions. .
  • the second sensing column includes m bridge arms connected in series, and the connection between adjacent two bridge arms in the second sensing column leads to an output end, that is, a connection between adjacent two bridge arms forms a differential signal An output terminal; wherein the second sensing column comprises (m-1) output terminals, and is sequentially arranged from the first end to the end of the second sensing column to form a kth output end of the second sensing column.
  • the junction of the 8 bridge arms of the first sensing column forms the positive phase output pins CH1+, CH2+, CH3+, CH4+, CH5+, CH6+, CH7+ of the output of the 7 differential signals;
  • the eight bridge arms form a differential signal output end of the differential signal output from the top end of each of the bridge arms from the top to the bottom and the second end of the next bridge arm.
  • the piezoresistive sensor may further include a plurality of sensing units.
  • the piezoresistive sensor includes a substrate 1 and four sensing units (taking the sensing unit of FIG. 5 as an example), and four The head end of the sensing unit is connected to the excitation application terminal VDD, and the ends of the four sensing units are connected to the ground terminal GND. It should be noted that this embodiment does not make any number of bridge topology structures included in the piezoresistive sensor. Limits can be set according to actual test requirements.
  • the bridge arms of the first inductive column and the second inductive column of the embodiment include a resistor; in practice, the bridges of the first inductive column and the second inductive column may further include a plurality of resistors connected in series, but this embodiment There are no restrictions on this.
  • a third embodiment of the present application relates to a pressure detecting device.
  • the pressure detecting device includes the detecting chip 4 and the piezoresistive sensor of any one of the first to second embodiments.
  • the detecting chip 4 includes a multiplexing switch unit 41, an excitation signal circuit unit 42, and a preamplifier unit. 43.
  • the excitation signal circuit unit 42 is connected to the excitation application end of the piezoresistive sensor, and the excitation application end outputs an excitation signal to the piezoresistive sensor, and the output end of the piezoresistive sensor is connected.
  • a fourth embodiment of the present application relates to an electronic device, such as a cell phone, that can detect pressure from a resistive touch screen.
  • the electronic device includes a main control chip 5 and a pressure detecting device in the fourth embodiment.
  • the main control chip 5 is connected to the processor unit 45 of the detecting chip 4, and receives a pressing signal to perform pressing. The function corresponding to the signal.
  • this embodiment provides an electronic device to which the piezoresistive sensor of the present application is applied to prove its practicability.

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Abstract

一种压阻式传感器，包括：基板（1）与设置在基板（1）上的至少一个感测单元；感测单元包括第一感应列，第一感应列的首端与末端分别形成感测单元的激励施加端（VDD）与接地端（GND）；第一感应列包括串联连接的m个桥臂，且相邻两个桥臂的连接处均引出一个输出端；m≥3且m为整数。能够实现硬件级别的温漂抑制，以提高压力计算的准确度；并且，能够提高检测准确度。还提供一种压力检测装置及电子设备。

Description

压阻式传感器、压力检测装置以及电子设备 技术领域
本申请涉及传感器技术领域，尤其涉及一种压阻式传感器、压力检测装置以及电子设备。
背景技术
随着传感器技术的飞速发展，各种传感器已经广泛应用于人们的生活中。压阻式传感器是一种可以识别压力大小的传感器。现有的压阻式传感器设计上一般采用单独的电阻单元作为一个最小检测单元，最小检测单元可以等效为一个电阻R；在不同的应用中会排布有许多个这样的最小检测单元用于识别不同区域的受力形变情况，在每个最小检测单元的一端施加激励信号VDD，另外一端通过布线连接到检测芯片的通道，在检测系统中，检测芯片可以通过识别发生变化的电阻单元就可以知道发生形变的区域，通过检测电阻单元电阻信号量的改变量便可以识别出受压力的大小；然而，现有的压阻式传感器通过检测电阻单元电阻信号量的变化量来识别压力的大小时很容易受外界温漂影响而引起误判或者是影响检测的准确性。
现有技术中至少存在如下问题：压阻式传感器抑制温漂能力较差，或者虽然能够抑制温漂的影响但当有施加压力按压压阻式传感器时，压阻式传感器压力检测精度较低。
发明内容
本申请部分实施例的目的在于提供一种压阻式传感器、压力检测装置以及电子设备，能在抑制温漂的同时，拥有较高的压力检测准确度。
本申请的一个实施例提供了一种压阻式传感器，包括：基板与设置在基板上的至少一个感测单元；感测单元包括第一感应列，第一感应列的首端与末端分别形成感测单元的激励施加端与接地端；第一感应列包括串联连接的m个桥臂，且相邻两个桥臂的连接处均引出一个输出端；m≥3且m为整数。
本申请实施例还提供了一种压力检测装置，包括：上述的压阻式传感器及用于通过压阻式传感器的激励施加端对压阻式传感器施加激励信号、且用于通过压阻式传感器的输出端接收压阻式传感器输出的压力感测信号，并根据压力感测信号输出按压信号的检测芯片。
本申请实施例还提供了一种电子设备，包括：上述的压力检测装置及用于通过压力检测装置的检测芯片接收按压信号，并执行按压信号对应的功能的主控芯片。
本申请实施例相对于现有技术而言，每两个桥臂之间均有一个输出端，从而，在压阻式传感器的感测区域大小相同的情况下(即排列的桥臂数量相同的情况下)，能够引出更多的输出端，即采集更多的信号；因此，能在抑制温漂的同时，拥有较高的压力检测准确度。
另外，每个感测单元还包括第二感应列，第二感应列的首端与第一感应列的首端相连，第二感应列的末端与第一感应列的末端相连；第二感应列包括串联连接的m个桥臂，且第二感应列中相邻两个桥臂的连接处均引出一个输出端；其中，第二感应列包括(m-1)个输出端，且从第二感应列的首端至末端 依次排列，分别形成第二感应列的第k个输出端；第一感应列包括(m-1)个输出端，且从第一感应列的首端至末端依次排列，分别形成第一感应列的第k个输出端；k＝1,2,3，……，m-1；第一感应列的第k个输出端与第二感应列的第k个输出端形成感测单元的第k个差分信号输出端。本实施例中，感测单元包括两个感应列，使得输出端能输出差分信号，进一步提高了压力检测精度。
另外，第一感应列与第二感应列设置在基板的同一个表面上。本实施例中，能使得压阻式传感器在制作工艺上更加简单，降低了一定的成本，同时，能够将压阻式传感器做的更薄，有利于整机厚度上的减薄设计。
另外，压阻式传感器还包括承载板，基板通过黏胶层设置于承载板。
另外，每个桥臂包括一个电阻元件。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1是根据本申请第一实施例的一个感测单元的示意图；
图2是根据本申请第一实施例的压阻式传感器的示意图；
图3根据本申请第一实施例的压阻式传感器中桥臂横排的示意图；
图4是根据本申请第一实施例的带有承载板的压阻式传感器的示意图；
图5是根据本申请第二实施例的一个感测单元的示意图；
图6是根据本申请第二实施例的第一感应列与第二感应列位于基板同一 表面的示意图；
图7是根据本申请第二实施例的压阻式传感器的示意图；
图8是根据本申请第二实施例的压阻式传感器中桥臂横排的示意图；
图9是根据本申请第三实施例的压力检测装置的示意图；
图10是根据本申请第四实施例的电子设备的示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请部分实施例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申请，并不用于限定本申请。
本申请的第一实施例涉及一种压阻式传感器，应用于电阻式触摸屏，可以用来测量触摸位置以及按压力度等。请参考图1，压阻式传感器包括基板1与至少一个感测单元；感测单元设置于基板1上。
本实施例中，感测单元包括第一感应列，第一感应列的首端与末端分别形成感测单元的激励施加端VDD与接地端GND；
第一感应列包括串联连接的m个桥臂，且相邻两个桥臂的连接处均引出一个输出端；m≥3且m为整数，其中，第一感应列包括(m-1)个输出端，且从第一感应列的首端至末端依次排列，分别形成第一感应列的第k个输出端；k＝1,2,3，……，m-1。
本实施例中，请参考图1，以m＝8为例，感测单元的第一感应列包括串联连接的8个桥臂，8个桥臂1从上到下每个桥臂1的第一端与下一个桥臂的第二端连接处形成一个输出端，因此8个桥臂的连接处形成7个输出端CH1、 CH2、CH3、CH4、CH5、CH6、CH7；第一感应列的首端与连接至激励施加端VDD，第一感应列的末端连接至接地端GND。需要说明的是，本实施例对此不作任何限制，感应列包括的串联连接的桥臂数目可以根据实际感测区域大小来设定。
本实施例中，第一感应列的桥臂包括一个电阻；于实际中，第一感应列的桥臂还可以包括串联连接的多个电阻，然本实施例对此不作任何限制。
本实施例中，压阻式传感器可以包括多个感测单元，请参考图2，压阻式传感器包括基板1与4个感测单元(以图1的感测单元为例)，4个感测单元的首端连接至激励施加端VDD，4个感测单元的末端连接至接地端GND。需要说明的是，本实施例对压阻式传感器包括的感测单元数目不作任何限制，可以根据实际测试需求来设定。
需要说明的是，本实施例中压阻式传感器的桥臂为纵向排列，于实际中，请参考图3，压阻式传感器的桥臂还可以横向排列，然而本实施例对此不作任何限制。
较佳的，请参考图4，压阻式传感器还包括承载板2，基板1通过黏胶层3设置于承载板2，当承载板2表面受到压力发生弯曲形变时，可以通过弯曲形变将压力传导至桥臂(电阻)，使得电阻发生变化，因此，压阻式传感器可以通过电阻变化检测压力变化。
本实施例相对于现有技术而言，每两个桥臂之间均有一个输出端，从而，在压阻式传感器的感测区域大小相同的情况下(即排列的桥臂数量相同的情况下)，能够引出更多的输出端，即采集更多的信号；因此，能在抑制温漂的同时，拥有较高的压力检测准确度。
本申请第二实施例涉及一种压阻式传感器，本实施例是在第一实施例基础上的改进，主要改进之处在于：本实施例中，请参考图5，感测单元还包括第二感应列。
本实施例中，第二感应列的首端与第一感应列的首端相连，第二感应列的末端与第一感应列的末端相连，即，第一感应列与第二感应列并联连接。
第二感应列包括串联连接的m个桥臂，且第二感应列中相邻两个桥臂的连接处均引出一个输出端，即，相邻两个桥臂的连接处形成差分信号的一个输出端；其中，第二感应列包括(m-1)个输出端，且从第二感应列的首端至末端依次排列，分别形成第二感应列的第k个输出端。
另外，第一感应列相邻两个桥臂的连接处均引出一个输出端，即，相邻两个桥臂的连接处形成差分信号的另一个输出端。
第一感应列的第k个输出端与第二感应列的第k个输出端形成感测单元的第k个差分信号输出端，其中，第一感应列的第k个输出端与第二感应列的第k个输出端分别形成感测单元的第K个差分信号的正向输出引脚IN+和反向输出引脚IN-，然而本实施例对此不作任何限制。
第一感应列包括串联连接的m个桥臂，相邻两个桥臂的连接处形成一个差分信号的输出端的正相输出引脚IN+；第二感应列包括串联连接的m个桥臂，相邻两个桥臂分的连接处形成差分信号的输出端的反相输出引脚IN-；且m个桥臂与m个桥臂分别一一对应；；第一感应列的首端与第二感应列的首端连接至激励施加端VDD，第一感应列的末端与第二感应列的末端连接至接地端GND；其中，m≥3且m为整数，差分信号输出端的数目为(m-1)个。
本实施例中，请参考图5，以m＝8为例，即第一感应列与第二感应列分 别包括串联连接的8个桥臂，第一感应列的8个桥臂从上到下每个桥臂的第一端与下一个桥臂的第二端连接处形成一个差分信号输出端的正相输出引脚，因此，第一感应列的8个桥臂的连接处形成7个差分信号的输出端的正相输出引脚CH1+、CH2+、CH3+、CH4+、CH5+、CH6+、CH7+；第二感应列的8个桥臂从上到下每个桥臂的第一端与下一个桥臂的第二端连接处形成一个差分信号输出端的反相输出引脚，因此，第二感应列的8个桥臂的连接处对应形成7个差分信号的输出端的反相输出引脚CH1-、CH2-、CH3-、CH4-、CH5-、CH6-、CH7-；第一感应列的首端与第二感应列的首端连接至激励施加端VDD，第一感应列的末端与第二感应列的末端连接至接地端GND。需要说明的是，本实施例对此不作任何限制，感应列包括的串联连接的桥臂数目可以根据实际感测区域大小来设定。
本实施例中，请参考图6，第一感应列与第二感应列可以设置在基板1的同一个表面，能使得压阻式传感器在制作工艺上更加简单，降低了一定的成本，同时，能够将压阻式传感器做的更薄，有利于整机厚度上的减薄设计；然不限于此，也可以将第一感应列设置于基板1的一个表面，第二感应列设置于基板1的与表面相对的另一个表面；由于桥臂处于不同的层次，力度传到不同的层次会有差异，从而造成了对称桥臂中电阻的变化差异，从而得到更大的差分信号变化量。
本实施例中，压阻式传感器还可以包括多个感测单元，请参考图7，压阻式传感器包括基板1与4个感测单元(以图5的感测单元为例)，4个感测单元的首端连接至激励施加端VDD，4个感测单元的末端连接至接地端GND。需要说明的是，本实施例对压阻式传感器包括的电桥式拓扑结构数目不作任何 限制，可以根据实际测试需求来设定。
需要说明的是，本实施例中压阻式传感器的桥臂为纵向排列，于实际中，请参考图8(以图7的压阻式传感器为例)，压阻式传感器的桥臂还可以横向排列，然而本实施例对此不作任何限制。
本实施例的第一感应列和第二感应列的桥臂包括一个电阻；于实际中，第一感应列和第二感应列的桥臂还可以包括串联连接的多个电阻，然而本实施例对此不作任何限制。
本实施例相对于第一实施例而言，感测单元包括两个感应列，使得输出端能输出差分信号，进一步提高了压力检测精度。
本申请的第三实施例涉及一种压力检测装置，请参考图9，压力检测装置包括检测芯片4以及第一至第二实施例中任一实施例的压阻式传感器。
检测芯片4连接于压阻式传感器中的激励施加端，用于通过激励施加端对压阻式传感器施加激励信号。
检测芯片4还连接于压阻式传感器中的输出端，用于通过压阻式传感器中的输出端接收压阻式传感器输出的压力感测信号，并根据压力感测信号输出按压信号。
本实施例中，请参考图9(以包含图5中的感测单元的压阻式传感器为例)，检测芯片4包括多路复用开关单元41、激励信号电路单元42、前级放大器单元43、模数转换电路单元44、处理器单元45；激励信号电路单元42连接压阻式传感器的激励施加端，激励施加端输出激励信号至压阻式传感器，压阻式传感器的输出端连接多路复用开关单元41，在受到按压压力时，输出压力感测信号，多路复用开关单元41接收压阻式传感器输出的压力感测信号，压力感 测信号依次经过前级放大器单元43、模数转换电路单元44传送至处理器单元45，处理器单元45根据压力感测信号输出按压信号。
值得一提的是，本实施例的检测芯片的检测通道的数目可以只有两个，采用轮询的方式对每个信号输出端进行一一的检测；或者，也可以按照压阻式传感器的信号输出端的数目来设置，以提高检测速度；然而本实施例对此不作任何限制。
本实施例相对于现有技术而言，提供了一种可以抑制温漂，同时压力检测准确度高的压力检测装置。
本申请的第四实施例涉及一种电子设备，例如为手机，可以检测来自电阻式触摸屏的压力。请参考图10，电子设备包括主控芯片5以及第四实施例中的压力检测装置。
主控芯片5连接于压力检测装置中的检测芯片4；主控芯片5用于接收按压信号，以执行按压信号对应的功能。
本实施例中，请参考图10(以包含图5中的感测单元的压阻式传感器为例)，主控芯片5连接于检测芯片4的处理器单元45，接收按压信号，以执行按压信号对应的功能。
本实施例相对于现有技术而言，提供了一种应用了本申请中压阻式传感器的电子设备，以证明其实用性。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施例是实现本申请的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本申请的精神和范围。

Claims (7)

  1. 一种压阻式传感器，包括：基板与设置在所述基板上的至少一个感测单元；
    所述感测单元包括第一感应列，所述第一感应列的首端与末端分别形成所述感测单元的激励施加端与接地端；
    所述第一感应列包括串联连接的m个桥臂，且相邻两个桥臂的连接处均引出一个输出端；m≥3且m为整数。
  2. 如权利要求1所述的压阻式传感器，其中，每个所述感测单元还包括第二感应列，所述第二感应列的首端与所述第一感应列的首端相连，所述第二感应列的末端与所述第一感应列的末端相连；
    所述第二感应列包括串联连接的m个桥臂，且第二感应列中相邻两个桥臂的连接处均引出一个输出端；其中，所述第二感应列包括(m-1)个输出端，且从所述第二感应列的首端至末端依次排列，分别形成所述第二感应列的第k个输出端；
    所述第一感应列包括(m-1)个输出端，且从所述第一感应列的首端至末端依次排列，分别形成所述第一感应列的第k个输出端；k＝1,2,3，……，m-1；
    所述第一感应列的第k个输出端与所述第二感应列的第k个输出端形成所述感测单元的第k个差分信号输出端。
  3. 如权利要求2所述的压阻式传感器，其中，所述第一感应列与所述第二感应列设置在所述基板的同一个表面上。
  4. 如权利要求1至3中任一项所述的压阻式传感器，其中，所述压阻式传感器还包括承载板，所述基板通过黏胶层设置于所述承载板。
  5. 如权利要求1至4中任一项所述的压阻式传感器，其中，每个所述桥臂包括一个电阻元件。
  6. 一种压力检测装置，包括：权利要求1至5中任一项所述的压阻式传感器及用于通过压阻式传感器的激励施加端对所述压阻式传感器施加激励信号、且用于通过压阻式传感器的输出端接收所述压阻式传感器输出的压力感测信号，并根据所述压力感测信号输出按压信号的检测芯片。
  7. 一种电子设备，包括：权利要求6所述的压力检测装置及用于通过所述压力检测装置的检测芯片接收按压信号，并执行所述按压信号对应的功能的主控芯片。
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