TW201405111A

TW201405111A - 壓力偵測電路

Info

Publication number: TW201405111A
Application number: TW101127476A
Authority: TW
Inventors: Chih-Hung Huang; Yann-Cherng Chern; Chih-Sheng Hou
Original assignee: Universal Cement Corp
Priority date: 2012-07-30
Filing date: 2012-07-30
Publication date: 2014-02-01
Also published as: CN103575434A; TWI477754B; CN103575434B

Abstract

壓力偵測電路包含一多工器、一第一運算放大器、複數個第二參考阻抗、複數個第二運算放大器、複數個第二阻抗及一解多工器。該多工器之輸入端係耦接於一電壓源。該第一運算放大器及每一第二運算放大器係耦接於一地端。每一第二參考阻抗係耦接於該第一運算放大器與該多工器之間。每一第二阻抗係耦接於該多工器與一對應的第二運算放大器之間。該解多工器包含複數個輸入端，每一輸入端係耦接於一對應的第二運算放大器。

Description

壓力偵測電路

本發明係關於一種壓力偵測電路，尤指一種可濾除環境因素變動之壓力感測電路。

壓力感測器目前已廣泛應用於各種電子裝置，用以感測外來的壓力大小，以使電子裝置根據壓力產生相關的指令訊號。例如將一物體置於電子天秤之上，電子天秤內的壓力感測器便會根據物體的重量產生電壓，並根據電壓大小計算出物體的重量。此外，壓力感測器也被應用在觸控面板中，用以感測手指是否對觸控面板進行觸控。

然而，當壓力感測器在進行壓力感測時，其感測的精確度會受許多因素影響，例如環境溫度或環境濕度的變化，將間接改變壓力感測器內部電子元件的阻值或特性，若是在上述影響因素嚴重的情況下，壓力感測器的量測結果將會不夠精準，且會有失真的現象。

本發明之一實施例係關於一種壓力偵測電路，包含一多工器、一第一運算放大器、複數個第二參考阻抗、複數個第二運算放大器、複數個第二阻抗及一解多工器。該多工器係包含一輸入端及複數個輸出端，該輸入端係耦接於一電壓源。該第一運算放大器之正輸入端係耦接於一地端，負輸入端係經由一第一參考阻抗耦接於該第一運算放大器之輸出端。該些第二參考阻抗之每一第二參考阻抗係耦接於該第一運算放大器之負輸入端與該多工器之一對應的輸出端之間。該些第二運算放大器之每一第二運算放大器的正輸入端係耦接於該地端，負輸入端係經由一第一阻抗耦接於該第二運算放大器之輸出端。該些第二阻抗之每一第二阻抗係耦接於該多工器之一對應的輸出端與一對應的第二運算放大器之負輸入端之間。該解多工器包含複數個輸入端，每一輸入端係耦接於一對應的第二運算放大器之輸出端。

本發明之另一實施例係關於一種壓力偵測電路，包含一多工器、複數個第二運算放大器、複數個第二阻抗、一解多工器、一第四運算放大器、一第三阻抗及一可變電阻。該多工器包含一輸入端及複數個輸出端，該輸入端係耦接於一電壓源。每一第二運算放大器之正輸入端係耦接於該地端，負輸入端係經由一第一阻抗耦接於該第二運算放大器之輸出端。每一第二阻抗係耦接於該多工器之一對應的輸出端與一對應的第二運算放大器之負輸入端之間。該解多工器包含複數個輸入端，每一輸入端係耦接於一對應的第二運算放大器之輸出端。該第四運算放大器包含一正輸入端、一負輸入端及一輸出端，該正輸入端係耦接於該解多工器之輸出端。該第三阻抗係耦接於該第四運算放大器之負輸入端與該地端之間，且該可變阻抗係耦接於該第四運算放大器之負輸入端與輸出端之間。

本發明之另一實施例係關於一種壓力偵測電路，包含一多工器、複數個第二運算放大器、複數個第二阻抗、一解多工器、一調節器、一參考電壓產生器、一第二類比數位轉換器及一控制單元。該多工器包含一輸入端及複數個輸出端，該輸入端係耦接於一電壓源。每一第二運算放大器之正輸入端係耦接於該地端，且負輸入端係經由一第一阻抗耦接於該第二運算放大器之輸出端。每一第二阻抗係耦接於該多工器之一對應的輸出端與一對應的第二運算放大器之負輸入端之間。該解多工器包含複數個輸入端，每一輸入端係耦接於一對應的第二運算放大器之輸出端。該調節器係耦接於該解多工器之輸出端，用以根據該解多工器之輸出端的電位產生一調節訊號。該參考電壓產生器係耦接於該調節器，用以根據該調節訊號產生一參考電壓。該第二類比數位轉換器係用以根據該參考電壓及該解多工器之輸出端的電位產生一第二數位訊號。該控制單元係耦接於該第二類比數位轉換器及該調節器，用以由該第二類比數位轉換器讀取該第二數位訊號，及根據該調節訊號判斷該參考電壓。

本發明之另一實施例係關於一種壓力偵測電路，包含一多工器、複數個第二運算放大器、複數個第二阻抗、一解多工器、一調節器、一參考電壓產生器、一第二類比數位轉換器及一控制單元。該多工器包含一輸入端及複數個輸出端，該輸入端係耦接於一電壓源。每一第二運算放大器之正輸入端係耦接於該地端，負輸入端係經由一第一阻抗耦接於該第二運算放大器之輸出端。每一第二阻抗係耦接於該多工器之一對應的輸出端與一對應的第二運算放大器之負輸入端之間。該解多工器包含複數個輸入端，每一輸入端係耦接於一對應的第二運算放大器之輸出端。該調節器係耦接於該解多工器之輸出端，用以根據該解多工器之輸出端的電位產生一調節訊號。該參考電壓產生器係耦接於該調節器，用以根據該調節訊號產生一參考電壓。該第二類比數位轉換器係用以根據該參考電壓及該解多工器之輸出端的電位產生一第二數位訊號。該控制單元係接於該第二類比數位轉換器及該調節器，用以由該第二類比數位轉換器讀取該第二數位訊號，根據該調節訊號判斷該參考電壓，及根據該第二數位訊號設定用以與該第一輸出電壓比較之至少一比較值。

本發明之另一實施例係關於一種壓力偵測電路，包含一多工器、複數個第二運算放大器、複數個第二阻抗、一解多工器、一調節器、一參考電壓產生器、一第二類比數位轉換器及一控制單元。該多工器包含一輸入端及複數個輸出端，該輸入端係耦接於一電壓源。每一第二運算放大器之正輸入端係耦接於該地端，負輸入端係經由一第一阻抗耦接於該第二運算放大器之輸出端。每一第二阻抗係耦接於該多工器之一對應的輸出端與一對應的第二運算放大器之負輸入端之間。該解多工器包含複數個輸入端，每一輸入端係耦接於一對應的第二運算放大器之輸出端。該調節器係耦接於該解多工器之輸出端，用以根據該解多工器之輸出端的電位產生一調節訊號。該參考電壓產生器係耦接於該調節器，用以根據該調節訊號產生一參考電壓。該第二類比數位轉換器係用以根據該參考電壓及該解多工器之輸出端的電位產生一第二數位訊號。該控制單元係耦接於該第二類比數位轉換器及該參考電壓產生器，用以由該第二類比數位轉換器讀取該第二數位訊號，及根據該參考電壓產生器讀取該參考電壓。

本發明之另一實施例係關於一種壓力偵測電路，包含一多工器、複數個第二運算放大器、複數個第二阻抗、一解多工器、一調節器、一參考電壓產生器、一第二類比數位轉換器及一控制單元。該多工器包含一輸入端及複數個輸出端，該輸入端係耦接於一電壓源。每一第二運算放大器之正輸入端係耦接於該地端，負輸入端係經由一第一阻抗耦接於該第二運算放大器之輸出端。每一第二阻抗係耦接於該多工器之一對應的輸出端與一對應的第二運算放大器之負輸入端之間。該解多工器包含複數個輸入端，每一輸入端係耦接於一對應的第二運算放大器之輸出端。該調節器係耦接於該解多工器之輸出端，用以根據該解多工器之輸出端的電位產生一調節訊號。該參考電壓產生器係耦接於該調節器，用以根據該調節訊號產生一參考電壓。該第二類比數位轉換器係用以根據該參考電壓及該解多工器之輸出端的電位產生一第二數位訊號。一控制單元，耦接於該第二類比數位轉換器及該參考電壓產生器，用以由該第二類比數位轉換器讀取該第二數位訊號，根據該參考電壓產生器讀取該參考電壓，及根據該第二數位訊號設定用以與該第一輸出電壓比較之至少一比較值。

透過本發明實施例中，預先偵測多工器之複數個輸出端的電位，再偵測複數個第二阻抗的阻值，可在壓力偵測電路偵測施加的外力時，避免隨著環境因素之變動而造成誤差，因而大幅提升偵測複數個第二阻抗之阻值的準確性。因此，本發明壓力偵測電路可以正確偵測施加外力之大小。

請參考第1圖，第1圖係為本發明第一實施例壓力偵測電路1000之示意圖。如第1圖所示，壓力偵測電路1000包含一多工器20、一第一運算放大器104、複數個第二參考阻抗R1至R6、複數個第二運算放大器1050至1058、複數個第二阻抗R21至R50、一解多工器30及一控制單元111。多工器20包含一輸入端28及複數個輸出端21至26，多工器20之輸入端28係耦接於一電壓源Vr。第一運算放大器104之正輸入端係耦接於地端VSS，負輸入端係經由一第一參考阻抗R7耦接於第一運算放大器104之輸出端。第二參考阻抗R1至R6之第一端係分別耦接於多工器20之輸出端21至26，且第二端係耦接於第一運算放大器104之負輸入端。第二運算放大器1050至1058之正輸入端係耦接於地端VSS，負輸入端係分別經由複數個第一阻抗R9至R13分別耦接於第二運算放大器1050至1058之輸出端。第二阻抗R21至R50係耦接於多工器20的輸出端21至26中一對應的輸出端與第二運算放大器1050至1058中一對應的第二運算放大器之負輸入端之間，且第二阻抗R21至R50係為可變電阻。R21至R50的阻值會隨壓力的大小改變，藉以偵測施加於壓力偵測電路1000的外力大小。解多工器30包含複數個輸入端31至35及輸出端36，輸入端31至35係分別耦接於第二運算放大器1050至1058之輸出端。

請參考方程式(1)，在方程式(1)中，例如在偵測施加於壓力偵測電路1000上對應於第二阻抗R24的位置之外力時，係先偵測多工器20之輸出端24的電位V1。多工器20之輸出端24的電位V1可透過第二參考阻抗R4、第一運算放大器104之輸出端的電位V2'及第一參考阻抗R7計算出來。換言之，由於第二參考阻抗R4及第一參考阻抗R7的阻值係於壓力偵測電路1000被製造時決定，故為已知，因此壓力偵測電路1000僅需透過控制單元111接收之第一運算放大器104之輸出端的電位V2'，就可完成對多工器20之輸出端24的電位V1之偵測。

由於解多工器30之輸出端36的電位V2可被控制單元111得知，因此第二阻抗R24的阻值便可根據方程式(2)計算出來。在方程式(2)中，第二阻抗R24的阻值係等於負數的第一阻抗R9的阻值乘上解多工器30之輸出端36的電位V2再除以多工器20之輸出端24的電位V1。由於第二阻抗R24的阻值會根據使用者按壓的力道而改變，因此藉由偵測第二阻抗R24的阻值之變化，就可準確得知使用者對壓力偵測電路1000進行按壓的力道大小。

由於直接根據解多工器30之輸出端36的電位V2來估測第二阻抗R24的阻值，所估測到的結果會隨著環境因素如溫度、溼度的變動而產生誤差，而本實施例係先偵測多工器20之輸出端24的電位V1，再一併根據多工器20之輸出端24的電位V1及解多工器30之輸出端36的電位V2來計算出第二阻抗R24的阻值，因此可避免環境因素造成的誤差而得到正確的第二阻抗R24之阻值。

在本實施例中，為方便舉例說明，多工器20僅包含六個輸出端21至26，解多工器30僅包含5個輸入端31至35，然而本發明並不限定多工器20之輸出端21至26及解多工器30之輸入端31至35的數量，此外亦不限定第二參考阻抗R1至R6及第二阻抗R21至R50的數量。

請參考第2圖，第2圖係為本發明第二實施例壓力偵測電路2000之示意圖。壓力偵測電路2000與壓力偵測電路1000之差別在於，壓力偵測電路2000另包含一第一類比數位轉換器107。第一類比數位轉換器107係耦接於第一運算放大器104之輸出端，用以將第一運算放大器104之輸出端的電位V2’轉換為一第一數位訊號DIG1。控制單元111係耦接於第一類比數位轉換器107，用以讀取接收到的第一數位訊號DIG_1。同樣地，藉由接收第一數位訊號DIG_1，控制單元111亦可得知第一運算放大器104之輸出端的電位V2'，因此可經由方程式(1)、(2)計算出第二阻抗R24的阻值。

請參考第3圖，第3圖係為本發明第三實施例壓力偵測電路3000之示意圖。壓力偵測電路3000與壓力偵測電路2000之差別在於，壓力偵測電路3000另包含一第一增益調整器120。第一增益調整器120係耦接於第一運算放大器104之輸出端與第一類比數位轉換器107之輸入端之間。第一增益調整器120包含一第三運算放大器122、一第三參考阻抗124及一第四參考阻抗126。第三運算放大器122包含一耦接於第一運算放大器104之輸出端的正輸入端、一負輸入端及一輸出端。第三參考阻抗124係耦接於第三運算放大器120之負輸入端與輸出端之間。第四參考阻抗126係耦接於第三運算放大器122之負輸入端與地端VSS之間。

透過第一增益調整器120中第三運算放大器122、第三參考阻抗124及第四參考阻抗126的設置，第三運算放大器122可將其正輸入端接收到的訊號放大，並將放大後的訊號輸出至第一類比數位轉換器107。因此，相較於壓力偵測電路2000，壓力偵測電路3000的第一類比數位轉換器107所收到的訊號具有較大之解析度(resolution)。

請參考第4圖，第4圖係為本發明第四實施例壓力偵測電路4000之示意圖。壓力偵測電路4000與壓力偵測電路1000之差別在於，壓力偵測電路4000另包含一第二增益調整器130，包含一第四運算放大器132、一第三阻抗134及一可變阻抗136。第四運算放大器132包含一耦接於解多工器30之輸出端36的正輸入端、一負輸入端，及一耦接於控制單元111的輸出端。第三阻抗134係耦接於第四運算放大器132之負輸入端與地端VSS之間。可變阻抗136係耦接於第四運算放大器132之負輸入端與輸出端之間，且耦接於控制單元111。當控制單元111讀取第四運算放大器132之輸出端的電位V3後，控制單元111可根據第四運算放大器132之輸出端的電位V3調整可變阻抗136之阻值，以調整第二增益調整器130之後接收到的解多工器30之輸出端36的電位V2的增益。

同理於第一實施例，在第四實施例中，第四運算放大器132之輸出端的電位V3可被控制單元111偵測到，而第四運算放大器132之輸出端的電位V3等於第四運算放大器132之正輸入端的電位V2乘上第二增益調整器130的增益。由於可變阻抗136係為已知，且第四運算放大器132之輸出端的電位V3已被控制單元111偵測到，故第四運算放大器132之輸入端的電位V2就可以被正確得知，因此當使用者在對壓力偵測電路4000上對應於第二阻抗R24之位置進行按壓時，正確的第二阻抗R24之阻值便可根據方程式(2)計算出來，而可得知施加於壓力偵測電路4000的外力大小。

請參考第5圖，第5圖係為本發明第五實施例壓力偵測電路5000之示意圖。壓力偵測電路5000與壓力偵測電路4000之差別在於，壓力偵測電路5000另包含一第二類比數位轉換器110，耦接於第四運算放大器132之輸出端與控制單元111之間，用以將第四運算放大器132之輸出端的電位V3轉換為一第二數位訊號DIG_2。控制單元111係於讀取第二類比數位轉換器110傳來的第二數位訊號DIG_2後，根據第二數位訊號DIG_2調整可變阻抗136之阻值。同樣地，藉由接收第二數位訊號DIG_2，控制單元111亦可得知第四運算放大器132之正輸入端的電位V2及輸出端的電位V3之大小，因此可經由方程式(1)、(2)計算出第二阻抗R24的阻值。

請參考第6圖，第6圖係為本發明第六實施例壓力偵測電路6000之示意圖。壓力偵測電路6000與壓力偵測電路4000之差別在於，壓力偵測電路6000的第二增益調整器630另包含一調節器303，耦接於第四運算放大器132之正輸入端、可變阻抗136及控制單元111。調節器303可根據第四運算放大器132之正輸入端的電位V2調整可變阻抗136的阻值，以使第二增益調整器630的增益得以立即符合第四運算放大器132之正輸入端的電位V2的需求。

調節器303包含複數個比較器3032、3034、3036，比較器3032、3034、3036之正輸入端係分別用以接收複數比較電壓Vc1、Vc2、Vc3，用以與解多工器30之輸出端36的電位V2進行比較。透過解多工器30之輸出端36的電位V2與比較電壓Vc1、Vc2、Vc3進行比較，可變阻抗136的阻值會對應的調整。調節器303另可將解多工器30之輸出端36的電位V2與比較電壓Vc1、Vc2、Vc3的比較結果傳至控制單元111，以使控制單元得知第二增益調整器630的增益。此外，控制單元111可根據第四運算放大器132之輸出端的電位V3來設定比較電壓Vc1、Vc2、Vc3的大小。

請參考第7圖，第7圖係為本發明第七實施例壓力偵測電路7000 之示意圖。壓力偵測電路7000與壓力偵測電路6000之差別在於，壓力偵測電路7000另包含一第二類比數位轉換器110，耦接於第四運算放大器132之輸出端與控制單元111之間，用以將第四運算放大器132之輸出端的電位V3轉換為一第二數位訊號DIG2。控制單元111係於讀取第二類比數位轉換器110傳來的第二數位訊號DIG_2後，得知第四運算放大器132之輸入端的電位V2及輸出端的電位V3，並藉此經由方程式(1)、(2)計算出第二阻抗R24的阻值。

請參考第8圖，第8圖係為本發明第八實施例壓力偵測電路8000之示意圖。壓力偵測電路8000與壓力偵測電路1000之差別在於，壓力偵測電路8000另包含調節器303、一參考電壓產生器402及一第二類比數位轉換器401。調節器303係耦接於解多工器30之輸出端36，用以根據解多工器30之輸出端36的電位V2產生調節訊號。參考電壓產生器402係耦接於調節器303，用以根據調節器303傳來之調節訊號產生一參考電壓Vref。第二類比數位轉換器401係用以根據參考電壓Vref及解多工器30之輸出端36的電位V2產生一第二數位訊號DIG_2。

在第八實施例中，控制單元111係耦接於第二類比數位轉換器401及調節器303，用以讀取由第二類比數位轉換器401傳來的第二數位訊號DIG_2，及根據調節器303傳來的調節訊號判斷參考電壓Vref。

調節器303包含複數個比較器3032、3034、3036，比較器3032、3034、3036之正輸入端係分別用以接收複數比較電壓Vc1、Vc2、Vc3，用以與解多工器30之輸出端36的電位V2進行比較。透過解多工器30之輸出端36的電位V2與比較電壓Vc1、Vc2、Vc3進行比較，調節器303會產生對應的調節訊號至參考電壓產生器402，以使參考電壓產生器402產生對應的參考電壓Vref。

此外，調節器303可將解多工器30之輸出端36的電位V2與比較電壓Vc1、Vc2、Vc3的比較結果傳至控制單元111，以使控制單元111根據調節器303所產生的調節訊號判斷參考電壓Vref，控制單元111得知參考電壓Vref後，便可根據第二數位訊號DIG_2判斷解多工器30之輸出端36的電位V2，並據以經由方程式(1)、(2)計算出第二阻抗R24的阻值，控制單元111另可根據第二數位訊號DIG_2來調整比較電壓Vc1、Vc2、Vc3。

請參考第9圖，第9圖係為本發明第九實施例壓力偵測電路9000之示意圖。壓力偵測電路9000與壓力偵測電路8000之差別在於，壓力偵測電路9000的控制單元111係耦接至第二類比數位轉換器401及參考電壓產生器402，但沒有耦接至調節器303。控制單元111係用以由第二類比數位轉換器401讀取第二數位訊號DIG_2，及讀取參考電壓產生器402所產生的參考電壓Vref。相似於第八實施例，在第九實施例中，控制單元111可根據第二數位訊號DIG_2來調整比較電壓Vc1、Vc2、Vc3。

雖然在壓力偵測電路6000、7000、8000、9000中，調節器303係設置為透過比較器3032、3034、3036來對解多工器30之輸出端36的電位V2進行比較，然而本發明並不限於此，用來對解多工器30之輸出端36的電位V2進行比較之不同設置的調節器或手段亦為本發明所涵蓋之範疇。

此外，為了方便舉例說明，在第四實施例至第九實施例的壓力偵測電路4000、5000、6000、7000、8000、9000中，控制單元111與第一運算放大器104之輸出端之間沒有耦接第一增益調整器120及第一類比數位轉換器107，然壓力偵測電路4000、5000、6000、7000、8000、9000亦可如同第三實施例壓力偵測電路3000中，在控制單元111與第一運算放大器104之輸出端之間耦接第一增益調整器120及/或第一類比數位轉換器107；此外，在第一實施例至第九實施例的壓力偵測電路1000、2000、3000、4000、5000、6000、7000、8000、9000中，亦可不設置第一參考阻抗R7及第一運算放大器104，而將控制單元111直接耦接至第二參考阻抗R1至R6之第二端，任何對本發明第一實施例至第九實施例所為之均等變化及修飾皆屬於本發明涵蓋範圍。又，第一實施例至第九實施例的壓力偵測電路1000、2000、3000、4000、5000、6000、7000、8000、9000可另外包含一溫度感應器10，用以偵測環境溫度。

綜上所述，在本發明第一實施例至第九實施例中，透過預先偵測多工器20之輸出端21至26的電位，再偵測第二阻抗R21至R50 的阻值，可在壓力偵測電路偵測施加的外力時，避免隨著環境因素之變動而造成誤差，因而大幅提升偵測第二阻抗R21至R50之阻值的準確性。因此，本發明壓力偵測電路1000、2000、3000、4000、5000、6000、7000、8000、9000可以正確偵測施加外力之大小。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

10‧‧‧溫度感應器

20‧‧‧多工器

21至26、36‧‧‧輸出端

28、31至35‧‧‧輸入端

30‧‧‧解多工器

107‧‧‧第一類比數位轉換器

104‧‧‧第一運算放大器

110、401‧‧‧第二類比數位轉換器

111‧‧‧控制單元

120‧‧‧第一增益調整器

122‧‧‧第三運算放大器

124‧‧‧第三參考阻抗

126‧‧‧第四參考阻抗

130、630‧‧‧第二增益調整器

132‧‧‧第四運算放大器

134‧‧‧第三阻抗

136‧‧‧可變阻抗

303‧‧‧調節器

402‧‧‧參考電壓產生器

1000、2000、3000、4000、5000、6000、7000、8000、9000‧‧‧壓力偵測電路

1050至1058‧‧‧第二運算放大器

3032、3034、3036‧‧‧比較器

DIG_1‧‧‧第一數位訊號

DIG_2‧‧‧第二數位訊號

R1至R6‧‧‧第二參考阻抗

R7‧‧‧第一參考阻抗

R9至R13‧‧‧第一阻抗

R21至R50‧‧‧第二阻抗

V1、V2、V2’、V3‧‧‧電位

Vc1、Vc2、Vc3‧‧‧比較電壓

Vr‧‧‧電壓源

Vref‧‧‧參考電壓

VSS‧‧‧地端

第1圖係為本發明第一實施例壓力偵測電路之示意圖。

第2圖係為本發明第二實施例壓力偵測電路之示意圖。

第3圖係為本發明第三實施例壓力偵測電路之示意圖。

第4圖係為本發明第四實施例壓力偵測電路之示意圖。

第5圖係為本發明第五實施例壓力偵測電路之示意圖。

第6圖係為本發明第六實施例壓力偵測電路之示意圖。

第7圖係為本發明第七實施例壓力偵測電路之示意圖。

第8圖係為本發明第八實施例壓力偵測電路之示意圖。

第9圖係為本發明第九實施例壓力偵測電路之示意圖。