[发明专利]高精度二维电阻阵列读出电路

说明书

本发明提供了一种高精度二维电阻阵列读出电路，包括列多路选择器、共用行线和列线的二维电阻阵列、行多路选择器、扫描控制器、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，扫描控制器输出行、列扫描控制信号，行扫描控制信号控制行多路选择器，列扫描控制信号控制列多路选择器，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、列多路选择器内阻和基准电源电压抖动对测量结果的干扰。

技术领域

本发明涉及一种高精度二维电阻阵列读出电路，属于电路技术领域。

背景技术

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R_ij(i＝1…M,j＝1…N)表示，其中，M为行数，N为列数，电阻单元R_ij的一端与行多路选择器(3)的y_ri端相连接，电阻单元R_ij的另一端与列多路选择器(1)的x_cj端连接，行多路选择器(3)的b_r1、b_r2、…、b_rM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。