复用传感器阵列制造技术

一种传感器阵列包括：串联地或并联地电连接的多个传感器，所述多个传感器中的各传感器可操作成生成各自的电信号；复用方案生成器，可操作成生成复用方案；调制系统，连接到复用方案生成器上，并且可操作成针对多个采样值中的各采样值，选择性地翻转所述多个传感器中的各传感器的极性；读出装置，可操作成依次地读出多个电连接的传感器的多个输出信号，其中，采样值的数量大于或等于传感器的数量，并且多个传感器的一个或多个电信号作为一个电信号被读出；以及解复用器，可操作成接收输出的电信号并且基于复用方案确定多个传感器中的各传感器各自的电信号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
概括地说，本申请涉及传感器阵列，更具体地说，涉及一种用于确定大型传感器阵列中的各传感器的电信号的方法及系统。
技术介绍
电传感器被广泛地用于将采样空间的物理特征(例如，温度或电磁辐射)转换成电信号。在需要对采样空间进行多次测量的情况下，采用被布置成传感器阵列的多个传感器。但是，由于将随之而来的硬件(例如，导管或电气连接)布线(routing)到各传感器上减小了阵列的空间密度，因此测量各传感器的信号是不现实的。于是，为了使阵列区域内的导管或连接的数量减小，通常通过复用各传感器的电信号并且随后对复用信号进行解复用以确定各传感器的信号，来测量传感器的输出。 时分复用(“TDM”)是一种典型的复用方法。在TDM中，一个采样周期或一“帧”被划分成多个时隙，每个时隙分配给单个传感器的电信号。对于具有N个传感器的传感器阵列，该巾贞被划分成N个时隙,并且第一传感器的电信号在第一时隙内被发送，第二传感器的电信号在第二时隙内被发送，依次类推。然而，在TDM中用于平均分配给各传感器的普遍微弱的电信号的时间量随阵列中传感器的数量增加而减小。因此，在使用TDM时，因噪声带宽增大，表面检测(apparent detection)噪声水平将随阵列中传感器的数量增加而增大。所以，对于使用具有相对微弱的或嘈杂的电信号的传感器的大型传感器阵列，TDM是不现实的，因为噪声水平的平均时间和阵列尺寸之间的关系实际上限制了传感器的数量。为了针对具有微弱电信号的传感器实现高分辨率和/或适应较大的采样空间，需要一种输出噪声水平不随阵列尺寸增大而增大的传感器阵列和复用技术。在本申请中，公开了改进的复用传感器阵列。此外，公开了一种改进的用于确定传感器阵列中各传感器的电信号的方法。该复用技术能够实现在输出噪声水平基本上不随阵列尺寸增大而增大的情况下的传感器读出(readout)。
技术实现思路
根据本申请的一方面，公开了一种频率复用传感器阵列，其中，该传感器阵列包括多个电连接的传感器；复用方案生成器，该复用方案生成器可操作成生成复用方案或模式(pattern);调制系统，该调制系统被连接到复用方案生成器上并且可操作成基于复用方案或模式选择性地翻转(reverse)多个传感器中的各传感器针对多个采样值中的各采样值的极性；读出装置，该读出装置可操作成依次地读出多个电连接的传感器的多个输出信号；以及解复用器，该解复用器可操作成确定多个传感器中的各传感器各自的电信号。根据本申请的另一方面，公开了一种用于确定传感器阵列中的多个电连接的传感器中各传感器各自的电信号的方法。该方法包括生成复用方案或模式；通过基于复用方案或模式选择性地翻转各传感器的极性来对多个传感器进行复用；测量多个复用传感器的多个采样值；以及解复用多个采样值。附图说明根据结合附图给出的以下描述，本申请将被更好地理解，其中，相同部分可以由相同的附图标记指代。图I示出了根据本申请的频率复用传感器阵列100的框图。图2示出了根据本申请的调制系统200。图3示出了根据本申请的调制系统300。图4A至图4H示出了根据本申请的用于包括两个传感器和两次调制的传感器阵列 的示例性的复用方案。图5A、图5B、图5C、图5D、图5E和图5F示出了根据本申请的分别用于包括4个、4个、8个、16个、6个和16个传感器的传感器阵列的不例性的复用方案。图6是根据本申请的用于八传感器阵列的示例性的解复用算法600。图7示出了根据本申请的用于实现复用方案的逻辑700。图8示出了根据本申请的一示例性实施例的频率复用传感器阵列800的电路系统。图9示出了根据本申请的一示例性实施例的确定传感器阵列中多个电连接传感器各自的电信号的方法900的框图。具体实施例方式以下描述阐明了许多具体配置、参数，等等。然而，应当意识到的是，这样的描述不是用于限制本申请的范围，而是作为对示例性实施例的描述被提供的。根据本申请，通过选择性地翻转阵列中各传感器的极性来对传感器阵列进行复用，并且采用组合传感器的电信号的多次电测量值或“采样值”。复用方案改变各传感器的极性，使得该组采样值可以被解复用，以产生各传感器的电信号。这些采样值分布在整个帧上，通过将带宽控制到帧速率的量级(order)来限制总的噪声水平。这样，本申请的传感器阵列的噪声水平能够独立于阵列尺寸，从而能够实现具有更好动态范围的大型传感器阵列。图I示出了根据本申请的频率复用传感器阵列100的框图。频率复用传感器阵列100包括复用方案生成器110、调制系统120、传感器阵列130、读出装置140和解复用器150。传感器阵列130包括多个传感器，各传感器可操作成将事件的物理特性转换为电信号。示例性的传感器包括测量(典型地为红外)电磁辐射的热电堆和辐射热测量计，但是也可以使用任何传感器。多个传感器可以在物理上被设置成多行和多列，但是也可以由单行或单列组成。多个传感器可以被串联或并联地电连接，或者被以串联和并联相结合的方式电连接。虽然可以将任何数量的传感器串联地连接，但是实际的考虑可能限制了该数量。例如，每个传感器元件贡献了有限的串联等效电阻(其产生了叠加在传感器输出信号上的有限的“约翰逊(Johnson) ”噪声电压)，因此阵列上的总噪声随着串联的传感器的数量增加而增大。电传感器的总电阻可以增大到严重地影响传感器阵列的电性能。同样地，由实现调制系统120的开关产生的漏电流可以随着串联的传感器的数量增加而累积。在一些实施例中，串联连接的传感器的数量是考虑到总电阻和/或累积漏电流而受到限制的。本文中所描述的调制方法被设计成通过在有限的阵列读出时间内将噪声最大化地均摊在各个传感器信号上，来最小化该噪声的影响。调制系统120包括一装置，该装置选择性地翻转由传感器阵列130中的各传感器所生成的电信号的极性。一示例性的调制系统包括调制时钟，这些调制时钟被耦合(coupled)到两对输入和输出开关上，这两对输入和输出开关与相应传感器的电信号侧连接。该调制系统通过改变断开和闭合的开关的组合来翻转给定传感器的极性。下面参见图2较详细地描述一示例性的调制系统。在另一实施例中，调制系统包括一个用于一行中的所有传感器的调制时钟；一个用于一列中的所有传感器的调制时钟；以及在各传感器处的异或(XOR)门，该异或门选择性地操作极性翻转开关装置(示出为示例性的成对开关，例如图3中的320&331以及330&321)，以翻转在该传感器处所生成的电信号的极性。异或门是本领域中众所周知的，并且可以在本文中理解为指代实现或运算(exclusive disjunction)的电子逻辑门。下面参见图3较详细地描述一示例性的调制系统。 参见图1，读出装置140对来自传感器阵列130的电信号进行采样。在一示例性的实施例中，读出装置140可操作成测量传感器阵列130的电压。在一些实施例中，读出装置可操作成同时测量来自传感器阵列130内的组合传感器群组的电信号的特性。在其他的实施例中，读出装置140测量传感器阵列130中的所有传感器的组合电信号(例如，当传感器被串联地电设置时测量传感器的电压，或者当传感器被并联地电设置时测量传感器的电流)。复用方案生成器110通过调制系统120管理在任何给定的时间传感器阵列110中的哪些传感器应被翻本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.06.29 US 12/826,4491.一种传感器阵列,包括 串联地或并联地电连接的多个传感器，所述多个传感器中的各传感器可操作成生成各自的电信号； 复用方案生成器，所述复用方案生成器可操作成生成复用方案； 调制系统，所述调制系统连接到所述复用方案生成器上，并且可操作成基于所述复用方案针对多个采样值中的各采样值选择性地翻转所述多个传感器中的各传感器的极性； 读出装置，所述读出装置可操作成依次地读出多个电连接的传感器的多个输出信号，其中，所读出的采样值的数量大于或等于传感器的数量，并且所述多个传感器的一个或多个电信号作为一个电信号被读出；以及 解复用器，所述解复用器可操作成接收所述输出电信号，并且基于所述复用方案确定所述多个传感器中的各传感器的各自的电信号。2.根据权利要求I所述的传感器阵列，其中，所述传感器阵列进一步包括不多于2+1个传感器，其中n为任意正整数，并且其中，所述复用方案生成器基于在各级处至少一个“两个传感器两次调制”复用方案，生成复用方案，其中，各“两个传感器两次调制”复用方案包括一个传感器在两次调制中具有不同极性，并且另一传感器在两次调制中具有相同极性。3.根据权利要求2所述的传感器阵列，其中 所述传感器阵列进一步包括m个传感器，其中2n < m < 2n+1，并且 所述复用方案是进一步基于“2n+1个传感器”复用方案的。4.根据权利要求I所述的传感器阵列，其中，所述解复用器进一步可操作成实现快速傅里叶变换。5.根据权利要求I所述的传感器阵列，其中，所述多个传感器进一步包括多个热电堆。6.根据权利要求I所述的传感器阵列，其中， 所述传感器阵列进一步包括不多于2n+1个传感器，其中n为任意正整数，并且 所述复用方案生成器基于包括如下步骤的方法生成复用方案 利用包括n阶的n位二进制码来表示各传感器； 针对各传感器的所述n位二进制码的各阶，基于在该阶处的位生成调制序列；以及 针对各传感器，将该传感器的所述n位二进制码的各阶的调制序列相乘。7.根据权利要求6所述的传感器阵列，其中，所述解复用器进一步可操作成通过以下方式来确定各传感器的电信号进行包括相加或相减在内的(n+1) Xlog2(n+l)次计算，并且将计算结果除以(n+1)。8.根据权利要求6所述的传感器阵列，其中 所述传感器阵列进一步包括m个传感器，其中2n < m < 2n+1，并且 所述复用方案是进一步基于“2n+1个传感器”复用方案的。9.根据权利要求I所述的传感器阵列，其中，所述多个传感器被设置成多行和多列，并且其中，所述复用系统进一步包括 用于所述多行中的各行的行时钟，其中，行时钟可操作成翻转一行中的传感器的极性； 用于所述多列中的各列的列时钟，其中，列时钟可操作成翻转一列中的传感器的极性；以及在所述多个传感器中的各传感器处的异或门，各异或门可...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢尔顿·詹姆士·胡德，
申请(专利权)人：埃赛力达加拿大有限公司，
类型：
国别省市：