防电源抖动二维电阻阵列读出电路制造技术

本发明专利技术提供一种防电源抖动二维电阻阵列读出电路，包括共用行线和列线的二维电阻阵列、行多路选择器、控制器、被测单元测量电路、标准电阻行及辅助测量电路，二维电阻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的二维结构分布的电阻单元阵列，控制器为电阻阵列的每一列提供列驱动信号，同时，控制器输出行扫描控制信号，行扫描控制信号控制行多路选择器，被测单元测量电路测量当前被测单元电阻值，辅助测量电路测量被选定标准电阻值。利用该电路，不仅可以读出所测二维电阻阵列，还可以有效减小二维电阻阵列中除当前被测电阻单元以外的其它电阻单元、控制器输出列信号导通电阻和控制器输出电压变化对测量结果的干扰。

【技术实现步骤摘要】
防电源抖动二维电阻阵列读出电路
本专利技术涉及一种防电源抖动二维电阻阵列读出电路，属于电路

技术介绍
机器人触觉是机器人非视觉传感系统(触觉、力觉、滑觉、接近觉、热觉等)中最重要的一种,它可以测量物体表面的轮廓、纹理、硬度、粗糙度等对目标身份识别有重要价值的参数。触觉还可以为视觉等其他传感系统提供辅助信息,以提高机器人整体的环境感知能力。机器人触觉的研究起步较晚,触觉传感器的设计与制造技术尚不完善,与此相应触觉信息的处理方法也受到了忽视。国外从20世纪80年代初对触觉传感器及其信息处理方法开始了系统研究,我国在90年代也展开了研究工作。以往触觉信息的处理方法大多从信号降噪的角度出发,对触觉单元信息之间的关联性研究较少,而研究这种关联性的内在规律对触觉系统性能提高有着重要意义。阵列式传感技术作为一种高选择性、测试方法灵活、易于实现仪器微型化和集成化的分析技术，具有对大尺寸物体表面特性进行识别和检测的优点。阵列式传感器已取得了一系列的研究成果，但是在理论和技术仍有许多问题尚未解决，例如，阵列式传感器的阵列之间的交叉干扰、传感器的稳定性和重现性等问题都有待进一步解决。阻性传感阵列的分辨率是需要通过增加阵列中传感器的数量来提高的，当传感器阵列的规模增大，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规模的阵列传感器进行逐个检测，每个传感器有两个端口，共需要2×M×N根连接线。共用行线与列线的二维阵列可以降低器件互连的复杂性，但同时阵列网络的互串效应和多路选择器对检测精度带来了不确定性；将扫描控制器与电阻采样电路和多路选择器结合，虽然可以实现被测阻性传感器的单个选定检测，但是这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，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每一列都设置扫描控制器和电阻采样电路，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复杂度与较高的传感器检测精度。图1所示，是基于共用行线与列线的二维电阻阵列传统读出电路的示意图。包括列多路选择器(1)、共用行线和列线的二维电阻阵列(2)、行多路选择器(3)、扫描控制器(4)及被测单元测量电路(5)。所述二维电阻阵列(2)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的二维结构分布的电阻单元阵列，阵列中的各个电阻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列的电阻单元用Rij(i＝1…M,j＝1…N)表示，其中，M为行数，N为列数，电阻单元Rij的一端与行多路选择器(3)的yri端相连接，电阻单元Rij的另一端与列多路选择器(1)的xcj端连接，行多路选择器(3)的br1、br2、…、brM端口与被测单元测量电路(5)中运算放大器的反相输入端相连，被测单元测量电路(5)中运算放大器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，列扫描控制信号控制列多路选择器(1)，行扫描控制信号控制行多路选择器(3)。图1采用的一般零电势法电路中，由于被测电阻单元所在列多路选择器内阻和基准电压变化会导致被测单元两端的电压与理想基准电压不一致，从而导致被测单元测量电路中采样电阻上的电流与理想电流不一致，因此将引入额外误差。有关电阻式传感阵列的检测研究，2009年，一种32×32阵列的温度和触觉传感阵列被提出(YangYJ,ChengMY,ShihSC,etal.A32×32temperatureandtactilesensingarrayusingPI-copperfilms.TheInternationalJournalofAdvancedManufacturingTechnology,2010,46(9-12):945-956.)，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。2011年吴等人(吴剑锋,王蕾,李建清,等.一种阵列式小尺寸温度传感装置.传感技术学报,2011,24(11):1649-1652.)研制一种8×16阵列的阵列式小尺寸温度传感装置，采用阵列式微小热敏电阻进行温度传感，提出了一种反馈隔离驱动测量方法进行阵列电阻检测方法，该方法存在行、列多路开关电阻的干扰，影响被测电阻的测量精度。
技术实现思路
针对阻性传感阵列检测的需要，本专利技术提出一种二维电阻阵列的读出电路，本电路可以实现对有故障或有变化的阻性器件的检测，本专利技术还可以有效隔离当前被测电阻单元所在阵列的其余电阻单元、控制器导通电阻和控制器电压变化对检测结果的影响，使得测量误差大大降低。本专利技术采用如下技术方案：一种防电源抖动二维电阻阵列读出电路，包括控制器、共用行线和列线的二维电阻阵列、行多路选择器、被测单元测量电路，所述二维电阻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的二维结构分布的电阻阵列，阵列中的各个电阻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列的电阻单元用Rij表示，其中i＝1…M，M为行数，j＝1…N，N为列数，电阻单元Rij的一端与行多路选择器的yri端相连接，电阻单元Rij的另一端与控制器的xcj端连接，控制器的xcj端输出高电平或低电平，行多路选择器的br1、br2、…、brM端口与被测单元测量电路中运算放大器的反相输入端相连，行多路选择器的ar1、ar2、…、arM端口接地，被测单元测量电路包括一个运算放大器和一个负反馈电阻RL，负反馈电阻RL的两端分别连接运算放大器OPA1的反相输入端、输出端，被测单元测量电路中运算放大器OPA1的同相输入端接地线，控制器输出行扫描控制信号，行扫描控制信号控制行多路选择器，控制器输出N个电平给列线，并且每个时刻N个电平中，只有一个高电平，对应模拟电压Vcc，其余都为低电平，对应模拟电压0，高电平对应的列线被选中，所述线性读出电路还包括标准电阻行、辅助测量电路，所述标准电阻行包括一行N个电阻值已知的标准电阻，用于接入所述M×N阻性传感器阵列，得到共用行线和列线的(M+1)×N电阻阵列；所述辅助测量电路包括一个运算放大器和一个负反馈电阻RLS，负反馈电阻RLS的两端分别连接运算放大器OPAs的反相输入端、输出端，所述标准电阻行的行线与辅助测量电路中运算放大器OPAs的反相输入端连接，辅助测量电路中运算放大器OPAs的同相输入端接地。本专利技术的检测电路的工作原理在于：控制器输出N个电平给列线，并且每个时刻N个电平中，只有一个高电平(对应模拟电压Vcc)，其余都为低电平(对应模拟电压0)，高电平对应的列线被选中；同时，控制器输出行扫描控制信号，控制行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的yri端与ari端或是与bri端相连。当待测电阻单元Rij被选定，其处于阵列第i行、第j列，控制器输出高电平给第j列的xcj端，其电压值为Vcc，而其它列线得到的都是低电平(对应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种防电源抖动二维电阻阵列读出电路，包括控制器(1)、共用行线和列线的二维电阻阵列(2)、行多路选择器(3)、被测单元测量电路(4)，所述二维电阻阵列(2)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的二维结构分布的电阻阵列，阵列中的各个电阻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列的电阻单元用R

【技术特征摘要】
1.一种防电源抖动二维电阻阵列读出电路，包括控制器(1)、共用行线和列线的二维电阻阵列(2)、行多路选择器(3)、被测单元测量电路(4)，所述二维电阻阵列(2)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的二维结构分布的电阻阵列，阵列中的各个电阻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列的电阻单元用Rij表示，其中i＝1…M，M为行数，j＝1…N，N为列数，电阻单元Rij的一端与行多路选择器(3)的yri端相连接，电阻单元Rij的另一端与控制器(1)的xcj端连接，控制器(1)的xcj端输出高电平或低电平，行多路选择器(3)的br1、br2、…、brM端口与被测单元测量电路(4)中运算放大器OPA1的反相输入端相连，行多路选择器(3)的ar1、ar2、…、arM端口接地，被测单元测量电路(4)包括一个运算放大器OPA1和一个负反馈电阻RL，负反馈电阻RL的两端分别连接运算放大器OPA1的反相输入端、输出端，被测单元测量电路(4)中运算放大器OPA1的同相输入端接地线，控制器(1)输出行扫描控制信号，行扫描控制信号控制行多路选择器(3)，其特征在于，控制器(1)输出N个电平给列线，并且每个时刻N个电平中，只有一个高电平，对应模拟电压Vcc，其余都为低电平，对应模拟电压0，高电平对应的列线被选中，所述线性读出电路还包括标准电阻行(5)、辅助测量电路(6)，所述标准电阻行(5)包括一行N个电阻值已知的标准电阻，用于接入所述M×N阻性传感器阵列，得到共用行线和列线的(M+1)×N电阻阵列；所述辅助测量电路(6)包括一个运算放大器OPAs和一个负反馈电阻RLS，负反馈电...

【专利技术属性】
技术研发人员：王蕾，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32