傳感器的讀取裝置與驅(qū)動方法
【專利摘要】一種傳感器的讀取裝置與驅(qū)動方法。讀取裝置包括可調(diào)式偏壓單元、傳感器單元、信號轉換單元、檢查單元以及控制單元。該傳感器單元使用可調(diào)式偏壓單元的偏壓電壓而感測物理能量，以及輸出感測結果?？刂茊卧罁?jù)感測結果控制可調(diào)式偏壓單元去調(diào)整偏壓電壓。因此，讀取裝置能改善長時間檢測時所造成的連續(xù)功率損失。
【專利說明】傳感器的讀取裝置與驅(qū)動方法
【技術領域】[0001]本發(fā)明涉及一種感測裝置，且特別涉及一種傳感器的讀取裝置與傳感器的驅(qū)動方法。
【背景技術】[0002]隨著生活類型及技術發(fā)展趨勢，人類對于電子產(chǎn)品的需求，除了輕薄短小的規(guī)格外，對于具備能卷曲、方便攜帶、觸感舒適、耗能低、容易維護等特性的產(chǎn)品將有極大的需求。而現(xiàn)階段的半導體及電子零組件等現(xiàn)有技術皆屬硬質(zhì)材料，在應用產(chǎn)品設計上無法做到前述的需求。因此軟性電子零組件技術即因應而生。目前的變阻式陣列感測元件具有易于使用、輕薄、可撓曲、不規(guī)則形狀、抗摔、可利用印刷的網(wǎng)印技術制作、可定制化制成不同尺寸及形狀、結構簡單…等優(yōu)點。不管是單點或陣列式軟性變阻壓力感測元件，就巨觀角度而言，其等效電路皆為可變電阻。然而，軟性壓力感測元件的電阻值會隨著受到的壓力大小而變動，其電阻變動范圍介于幾百萬(Million)歐姆(ohm)到幾歐姆間。對于傳統(tǒng)驅(qū)動電路而言,如何在如此大的電阻變動范圍中有效地讀出軟性壓力感測元件的正確電阻值(壓力值)是困難的。[0003]另一方面，在需要長時間監(jiān)測壓力的使用情境上(如居家照護床墊/椅墊，工廠自動化設備…等應用產(chǎn)品)，此傳統(tǒng)驅(qū)動電路會有大量功率損耗的問題。分析其原因，主要是壓力感測元件在壓力對電阻值的關系曲線為一負向特性曲線(即壓力愈大，電阻值愈小)。表1說明不同壓力施加至壓力感測元件時，壓力感測元件電阻值與功率損耗的關系。在此假設壓力感測元件的偏壓電壓為3.3V。由表1可知，當軟性壓力感測元件承受壓力較小(或沒有受壓)時，壓力感測元件的電阻值約為IM ohm，其功率損耗P=I*I*R=0.00001089W。當軟性壓力感測元件受到中等壓力時，電阻約為lOOOohm，其功率損耗P=0.01089ff(與沒有受壓時功率損耗相差近1000倍)。當軟性壓力感測元件受到較大壓力時，壓力感測元件的電阻值約為lOohm，其功率損耗P=L 089ff(與沒有受壓時功率損耗相差近100000倍)。[0004]表1:壓力對壓力感測元件電阻值的關系
【權利要求】
1.一種傳感器的讀取裝置，其特征在于該讀取裝置包括: 可調(diào)式偏壓單元，調(diào)整與輸出偏壓電壓； 傳感器單元，其偏壓端耦接至該可調(diào)式偏壓單元以接收該偏壓電壓，其中該傳感器單元使用該偏壓電壓而感測物理能量，以及該傳感器單元的輸出端對應輸出感測結果； 信號轉換單元，其輸入端耦接至該傳感器單元的輸出端以接收該感測結果，以及依據(jù)該感測結果對應輸出電信號； 檢查單元，其輸入端耦接至該信號轉換單元以接收與檢查該電信號，以及該檢查單元的輸出端對應輸出檢查結果；以及 控制單元，耦接至該檢查單元的輸出端以及該可調(diào)式偏壓單元，其中該控制單元依據(jù)該檢查結果控制該可調(diào)式偏壓單元以對應調(diào)整該偏壓電壓。
2.如權利要求1所述傳感器的讀取裝置，其特征在于該可調(diào)式偏壓單元包括: 可變電阻，其第一端耦接電壓源，該可變電阻的第二端輸出該偏壓電壓，其中該可變電阻的阻值受控于該控制單元。
3.如權利要求1所述傳感器的讀取裝置，其特征在于該可調(diào)式偏壓單元包括: 多個電阻，其第一端共同耦接至該傳感器單元以輸出該偏壓電壓，其中這些電阻的阻值互不相同；以及 開關，該開關受控于該控制單元而將電壓源選擇性地耦接至這些電阻其中一者的第二端。
4.如權利要求1所述傳感器的讀取裝置，其特征在于該傳感器單元包括: 傳感器陣列；以及 切換電路，耦接至該傳感器陣列； 其中該控制單元控制該切換電路進行切換操作，以便從該傳感器陣列的多個傳感器中選擇目標傳感器；以及該信號轉換單元依據(jù)該切換電路的該切換操作而選擇性地感測這些傳感器中的該目標傳感器，以及將感測結果增益后輸出作為該電信號。
5.如權利要求4所述傳感器的讀取裝置，其特征在于這些傳感器為壓力傳感器，該切換電路進行該切換操作以將該偏壓電壓切換至該目標傳感器，以及該切換電路將低于該偏壓電壓的一參考電壓耦接至這些傳感器中除了該目標傳感器外的其他傳感器。
6.如權利要求5所述傳感器的讀取裝置，其特征在于該參考電壓為接地電壓或系統(tǒng)最低電壓。
7.如權利要求4所述傳感器的讀取裝置，其特征在于該傳感器單元還包括: 過載保護器，串接于該目標傳感器與該信號轉換單元之間。
8.如權利要求7所述傳感器的讀取裝置，其特征在于該過載保護器是熱敏電阻；該過載保護器與該目標傳感器二者中之一者具有正溫度系數(shù)，另一者具有負溫度系數(shù)。
9.如權利要求7所述傳感器的讀取裝置，其特征在于該傳感器單元還包括: 熱敏電阻，并聯(lián)于該過載保護器，其中該熱敏電阻與該目標傳感器二者中之一者具有正溫度系數(shù)，另一者具有負溫度系數(shù)。
10.如權利要求1所述傳感器的讀取裝置，其特征在于該控制單元動態(tài)地決定增益值，以及該信號轉換單元依據(jù)該增益值讀取該感測結果以獲得對應于該傳感器單元的電信號。
11.如權利要求10所述傳感器的讀取裝置， 其特征在于該信號轉換單元包括:第一放大器，該第一放大器的非反相輸入端稱接參考電壓，該第一放大器的反相輸入端耦接該傳感器單元；以及 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受控于該控制單元。
12.如權利要求11所述傳感器的讀取裝置，其特征在于該信號轉換單元還包括: 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電信號給該檢查單元； 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 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。
13.如權利要求1所述傳感器的讀取裝置，其特征在于該檢查單元包括: 延遲電路，其輸入端耦接至該信號轉換單元以接收該電信號；以及 誤差放大器，該誤差放大器的反相輸入端耦接至該信號轉換單元以接收該電信號，該誤差放大器的非反相輸入端耦接至該延遲電路的輸出端，而該誤差放大器的輸出端輸出該檢查結果。
14.如權利要求1所述傳感器的讀取裝置，其特征在于該檢查單元包括: 延遲電路，其輸入端耦接至該信號轉換單元以接收該電信號；以及 減法器，該減法器接收并計算該電信號與該延遲電路的輸出端的信號二者的差值，以及輸出該差值作為該檢查結果。
15.如權利要求1所述傳感器的讀取裝置，其特征在于該檢查單元包括: 延遲電路，其輸入端耦接至該信號轉換單元以接收該電信號；以及 比較電路，其第一輸入端耦接至該信號轉換單元以接收該電信號，該比較電路的第二輸入端耦接至該延遲電路的輸出端。
16.如權利要求15所述傳感器的讀取裝置，其特征在于該比較電路包括: 第三放大器，該第三放大器的非反相輸入端耦接至該信號轉換單元以接收該電信號； 第四放大器，該第四放大器的非反相輸入端耦接至該延遲電路的輸出端； 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； 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； 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立而; 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； 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； 第五放大器，該第五放大器的反相輸入端耦接至該第七電阻的第二端，該第五放大器的非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作為該比較電路的輸出端； 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 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參考電壓。
17.如權利要求15所述傳感器的讀取裝置，其特征在于該檢查單元還包括: 模擬數(shù)字轉換器，其輸入端耦接至該比較電路的輸出端，該模擬數(shù)字轉換器的輸出端提供該檢查結果給該控制單元。
18.如權利要求15所述傳感器的讀取裝置，其特征在于該比較電將該電信號減去該延遲電路所輸出的延遲信號而獲得脈沖；該脈沖的電壓振幅是響應于該傳感器單元的該感測結果；以及該控制單元更依據(jù)該脈沖的電壓振幅控制該可調(diào)式偏壓單元以對應調(diào)整該偏壓電壓。
19.如權利要求15所述傳感器的讀取裝置，其特征在于該電信號的電壓振幅與該延遲電路所輸出的延遲信號的電壓振幅是響應于該傳感器單元的該感測結果；該比較電將該電信號減去該延遲信號而獲得脈沖；該控制單元累計該脈沖的電壓振幅至計數(shù)值；以及該控制單元更依據(jù)該計數(shù)值控制該可調(diào)式偏壓單元以對應調(diào)整該偏壓電壓。
20.如權利要求15所述傳感器的讀取裝置，其特征在于該檢查單元還包括: 觸發(fā)電路，其輸入端與輸出端分別耦接至該信號轉換單元與該控制單元，其中該觸發(fā)電路依據(jù)該電信號判斷有無該物理能量施加于該傳感器單元；當該物理能量施加于該傳感器單元時，該觸發(fā)電路觸發(fā)該控制單元進入低功率模式。
21.如權利要求20所述傳感器的讀取裝置，其特征在于該觸發(fā)電路包括: 比較器，該比較器的非反相輸入端耦接至該信號轉換單元，該比較器的反相輸入端耦接至參考電壓，該比較器的·輸出端耦接至該控制單元。
22.如權利要求1所述傳感器的讀取裝置，其特征在于該控制單元具有查找表，用以記錄該物理能量與該偏壓電壓的關系；以及該控制單元依據(jù)該電信號推得該物理能量，進而依據(jù)該物理能量而從該查找表決定該可調(diào)式偏壓單元的該偏壓電壓。
23.如權利要求1所述傳感器的讀取裝置，其特征在于當該檢查單元的該檢查結果表示該物理能量未施加于該傳感器單元時，該控制單元控制該可調(diào)式偏壓單元輸出初始電壓作為該偏壓電壓。
24.如權利要求1所述傳感器的讀取裝置，其特征在于當該檢查單元的該檢查結果表示該物理能量施加于該傳感器單元時，該控制單元進入低功率模式，以控制該可調(diào)式偏壓單元調(diào)降該偏壓電壓。
25.如權利要求24所述傳感器的讀取裝置，其特征在于該傳感器單元包含多個傳感器；于該低功率模式中，該控制單元控制該可調(diào)式偏壓單元調(diào)降該偏壓電壓并提供給這些傳感器中被施加該物理能量者，以及該控制單元禁能這些傳感器中未被施加該物理能量者。
26.如權利要求24所述傳感器的讀取裝置，其特征在于于該低功率模式中，該控制單元減少該讀取裝置對該傳感器單元進行讀取的頻率。
27.如權利要求1所述傳感器的讀取裝置，其特征在于當該檢查單元的該檢查結果表示施加于該傳感器單元的該物理能量增加第一能量值時，該控制單元將該第一能量值加入計數(shù)值；以及當該檢查單元的該檢查結果表示施加于該傳感器單元的該物理能量減少第二能量值時，該控制單元將該計數(shù)值減少該第二能量值。
28.如權利要求27所述傳感器的讀取裝置，其特征在于該控制單元依據(jù)該計數(shù)值控制該可調(diào)式偏壓單元調(diào)整該偏壓電壓。
29.如權利要求27所述傳感器的讀取裝置，其特征在于當該計數(shù)值落入空載范圍時，該控制單元控制該可調(diào)式偏壓單元將該偏壓電壓設定為初始電壓。
30.一種傳感器的驅(qū)動方法，其特征在于該驅(qū)動方法包括: 由可調(diào)式偏壓單元提供調(diào)整與輸出偏壓電壓至傳感器單元的偏壓端； 由該傳感器單元使用該偏壓電壓而感測物理能量，以對應獲得感測結果； 將該感測結果對應轉換為電信號； 檢查該電信號，以對應獲得檢查結果；以及 依據(jù)該檢查結果控制該可調(diào)式偏壓單元以對應調(diào)整該偏壓電壓。
31.如權利要求30所述傳感器的驅(qū)動方法，其特征在于所述將該感測結果對應轉換為電信號的步驟包括: 動態(tài)地決定增益值；以及 依據(jù)該增益值讀取該感 測結果，以獲得該電信號。
32.如權利要求30所述傳感器的驅(qū)動方法，其特征在于該驅(qū)動方法還包括: 提供查找表，其中該查找表記錄該物理能量與該偏壓電壓的關系；以及 依據(jù)該電信號推得該物理能量，進而依據(jù)該物理能量而從該查找表決定該可調(diào)式偏壓單元的該偏壓電壓。
33.如權利要求30所述傳感器的驅(qū)動方法，其特征在于該驅(qū)動方法還包括: 當該檢查結果表示該物理能量未施加于該傳感器單元時，控制該可調(diào)式偏壓單元輸出初始電壓作為該偏壓電壓。
34.如權利要求30所述傳感器的驅(qū)動方法，其特征在于該驅(qū)動方法還包括: 當該檢查結果表示該物理能量施加于該傳感器單元時，進入低功率模式，以控制該可調(diào)式偏壓單元調(diào)降該偏壓電壓。
35.如權利要求34所述傳感器的驅(qū)動方法，其特征在于該傳感器單元包含多個傳感器，而所述驅(qū)動方法還包括: 在該低功率模式中，控制該可調(diào)式偏壓單元調(diào)降該偏壓電壓并提供給這些傳感器中被施加該物理能量者；以及 在該低功率模式中，禁能這些傳感器中未被施加該物理能量者。
36.如權利要求34所述傳感器的驅(qū)動方法，其特征在于該驅(qū)動方法還包括: 在該低功率模式中，減少對該傳感器單元進行讀取的頻率。
37.如權利要求30所述傳感器的驅(qū)動方法，其特征在于該驅(qū)動方法還包括: 當該檢查結果表示施加于該傳感器單元的該物理能量增加第一能量值時，將該第一能量值加入計數(shù)值；以及 當該檢查結果表示施加于該傳感器單元的該物理能量減少第二能量值時，將該計數(shù)值減少該第二能量值。
38.如權利要求37所述傳感器的驅(qū)動方法，其特征在于該驅(qū)動方法還包括: 依據(jù)該計數(shù)值控制該可調(diào)式偏壓單元調(diào)整該偏壓電壓。
39.如權利要求37所述傳感器的驅(qū)動方法，其特征在于該驅(qū)動方法還包括: 當該計數(shù)值落入空載范圍時， 該控制單元控制該可調(diào)式偏壓單元將該偏壓電壓設定為初始電壓。
【文檔編號】G01L1/20GK103575433SQ201210325624
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年9月5日 優(yōu)先權日:2012年7月19日
【發(fā)明者】曾國華, 劉昌和, 柯文清, 林雁容, 陳冠位 申請人:財團法人工業(yè)技術研究院