压阻式压力传感器的检测电路、检测方法和电子设备

技术领域

本申请属于电力电子技术领域，具体涉及一种压阻式压力传感器的检测电路、检测方法和电子设备。

背景技术

压力传感器为手机与穿戴式装置的关键感测组件，在人工智能的各种创新应用下，压力传感器的数量及需求更是上升。因为手机、穿戴式装置上可使用空间有限，因此，大多数传感器采用MEMS(Microelectromechanical Systems)压力传感器，以达到微型化需求，其中，压阻式MEMS压力传感器最为普遍。

压阻式压力传感器在应用上，必须利用打线与讯号处理芯片连接，将压阻式压力传感器的输出端讯号送入讯号处理芯片后，由讯号处理电路做讯号处理。然而，在量产的过程中，会造成压阻式压力传感器桥臂阻值错误或打线连接错误，从而造成讯号精准度下降、产品良率降低、成本提高等问题。

本申请实施例的目的是提供一种压阻式压力传感器的检测电路、检测方法和电子设备，能够检测出本专利提出的压阻式压力传感器桥臂阻值及线路连接出错的问题。

为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：

第一方面，本申请实施例提供了一种压阻式压力传感器的检测电路，所述压阻式压力传感器采用惠斯通电桥电路，所述压阻式压力传感器包括第一电压输出端和第二电压输出端，所述第一电压输出端与处理芯片的第一电压输入引脚连接，所述第二电压输出端与所述处理芯片的第二电压输入引脚连接；所述检测电路包括第一检测单元、第二检测单元、第三检测单元和第四检测单元中的至少一个检测单元；每一检测单元包括电流源和与所述电流源串联连接的开关，所述开关的控制端与所述处理芯片连接；其中，所述第一检测单元为用于连接在所述第一电压输出端与第一接地端之间的检测单元；所述第二检测单元为用于连接在第一电源端与所述第一电压输出端之间的检测单元；所述第三检测单元为用于连接在所述第二电压输出端与所述第一接地端之间的检测单元；所述第四检测单元为用于连接在所述第一电源端与所述第一电压输出端之间的检测单元。

进一步地，所述检测电路包括所述第一检测单元、第二检测单元、第三检测单元和第四检测单元中的至少两个检测单元，其中，所述至少两个检测单元包括与所述第一电压输出端连接的检测单元和与所述第二电压输出端连接的检测单元。

进一步地，所述检测电路包括所述第一检测单元、所述第二检测单元、所述第三检测单元和所述第四检测单元。

进一步地，所述开关为开关管。

进一步地，所述检测电路中各检测单元的电流源的电流值相等。

进一步地，所述检测电路还包括基准电流电路，所述检测电路中各检测单元的电流源为对应于所述基准电流电路的镜像电流源。

进一步地，所述基准电流电路包括运算放大器、第一PMOS管、第二PMOS管、第一NMOS管、第二NMOS管和电阻；所述运算放大器的第一输入端为参考电源输入端，所述运算放大器的第二输入端与所述第一NMOS管的源极连接，所述运算放大器的输出端与所述第一NMOS管的栅极连接，所述电阻连接在所述第二输入端与所述第一接地端之间；所述第一PMOS管的源极和所述第二PMOS管的源极均与所述第一电源端连接，所述第一PMOS管的漏极与所述第一NMOS管的漏极连接，所述第一PMOS管的栅极与所述第一PMOS管的漏极和所述第二PMOS管的栅极连接；所述第二PMOS管的漏极与所述第二NMOS管的漏极连接，所述第二NMOS管的源极与所述第一接地端连接，所述第二NMOS管的栅极与所述第二NMOS管的漏极连接；所述第二检测单元和所述第四检测单元的电流源对应于所述第一PMOS管的镜像电流源；所述第一检测单元和所述第三检测单元的电流源为对应于所述第二NMOS管的镜像电流源。

第二方面，本申请实施例提供了一种基于第一方面任一项所述检测电路的检测方法，其特征在于，包括：确定检测电路中的进入检测状态的一检测单元；其中，在一检测单元进入检测状态的情况下，其他检测单元均处于开关断开的非检测状态；对于进入检测状态的检测单元，先控制所述检测单元的开关断开，再控制所述检测单元的开关导通；其中，所述检测单元与压阻式压力传感器的一桥臂上的压感件串联连接在第一电源端与第一接地端之间；在所述开关断开的情况下，分别获取压阻式压力传感器的第一电压输出端的第一电压值和第二电压输出端的第二电压值，并计算所述第二电压值与所述第一电压值之间的第一电压差值；在所述开关导通的情况下，分别获取所述第一电压输出端的第三电压值和所述第二电压输出端的第四电压值，并计算所述第四电压值与所述第三电压值之间的第二电压差值；比较所述第一电压差值与所述第二电压差值，得到比较结果；根据所述比较结果、所述检测单元的电流源的电流值和所述压感件的标准阻值，获得并输出至少一个电压输出端与处理芯片间的连接是否错误的第一检测结果、及所述压感件的实际阻值与所述标准阻值是否一致的第二检测结果；其中，所述至少一个电压输出端为所述第一电压输出端和所述第二电压输出端中的至少一个。

第三方面，本申请实施例提供了一种电子设备，包括：处理芯片；压阻式压力传感器，所述压阻式压力传感器采用惠斯通电桥电路，所述压阻式压力传感器包括第一电压输出端和第二电压输出端，所述第一电压输出端与所述处理芯片的第一电压输入引脚连接，所述第二电压输出端与所述处理芯片的第二电压输入引脚连接；以及，所述检测电路，所述检测电路为权利要求1至7中任一项所述的检测电路，所述检测电路中检测单元的开关的控制端与所述处理芯片的控制信号输出引脚连接，不同开关对应不同的控制信号输出引脚。

进一步地，所述处理芯片用于在存储于存储器中的计算机程序的控制下，实现第二方面所述的方法。

在本申请实施例中，在压阻式压力传感器输出端INP和INN之间设置检测电路和为检测电路提供电流源的基准电流电路，来判断压阻式压力传感器是否连接正确以及压阻式压力传感器的压感件阻值是否有问题，从而辅助生产，提高压阻式压力传感器的讯号精准度和产品合格率。

附图说明

图1是本实施例提供的一种压阻式压力传感器的结构示意图；

图2是本实施例提供的一种压阻式压力传感器的检测电路图；

图3是本实施例提供的一种检测电路中第一检测电路的工作原理图；

图4是本实施例提供的一种检测电路中第二检测电路的工作原理图；

图5是本实施例提供的一种检测电路中基准电流电路；

图6是本实施例提供的一种检测电路的检测方法流程图；

图7是本实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例提供的压阻式压力传感器的检测电路、检测方法和电子设备进行详细地说明。

本实施例提供的一种压阻式压力传感器采用惠斯通电桥电路，压阻式压力传感器包括第一电压输出端INN和第二电压输出端INP，第一电压输出端INN与处理芯片的第一电压输入引脚连接，第二电压输出端INP与处理芯片的第二电压输入引脚连接，以使处理芯片能够接收压阻式压力传感器输出的电压信号，处理芯片用于对压阻式压力传感器输出的电压信号进行处理。

其中，参考图1，压阻式压力传感器包括四个压感件，四个压感件连接形成惠斯通电桥电路，其中，第一压感件RA连接在第二电源输入端VDDB与第一电压输出端INN之间，第二压感件RB连接在第一电压输出端INN与第二接地端之间，第三压感件RC连接在第二电源输入端VDDB与第二电压输出端INP之间，第四压感件RD连接在第二电压输出端INP与第二接地端之间。其工作原理为：当压力产生变化时RA及RD阻值会由原本R增加到R+ΔR，而RB及RC阻值则由原本R减少到R-ΔR，其中，R为RA、RB、RC、RD的电压值，ΔR为阻值变化值。

基于背景技术提到的上述压阻式压力传感器存在桥臂感压件阻值错误及线路连接错误，本实施例提供一种压阻式压力传感器的检测电路，参考图2，该检测电路包括第一检测单元、第二检测单元、第三检测单元和第四检测单元中的至少一个检测单元。每一检测单元包括电流源和与电流源串联连接的开关，开关的控制端与处理芯片连接。参考图2，第一检测单元包括电流源IA和开关SA，第二检测单元包括电流源IB和开关SB，第三检测单元包括电流源IC和开关SC，第四检测单元包括电流源ID和开关SD。

其中，第一检测单元、第二检测单元、第三检测单元和第四检测单元用于对压阻式压力传感器的阻值和连线是否错误进行检测，电流源用于为每一检测单元提供检测电流，开关用于控制电流源的通断。

其中，第一检测单元为用于连接在第一电压输出端与第一接地端之间的检测单元；第二检测单元为用于连接在第一电源端与第一电压输出端之间的检测单元；第三检测单元为用于连接在第二电压输出端与第一接地端之间的检测单元；第四检测单元为用于连接在第一电源端与第一电压输出端之间的检测单元。参考图2，第一检测单元用于检测RA连接电路是否发生故障，第二检测单元用于检测RB连接电路是否发生故障，第三检测单元用于检测RC连接电路是否发生故障，第四检测单元用于检测RD连接电路是否发生故障。

在一个可行的实施例中，检测电路包含第一检测单元、第二检测单元、第三检测单元和第四检测单元中的至少一个检测单元，即可实现对压阻式传感器的检测，当然，可以通过选择开关，如单刀多掷开关实现至少一个检测单元与每一个压感件之间的电路连接，从而实现对每一压感件的检测。

在一个可行的实施例中，检测电路还可以包括第一检测单元、第二检测单元、第三检测单元和第四检测单元中的至少两个检测单元，其中，至少两个检测单元包括与第一电压输出端连接的检测单元和与第二电压输出端连接的检测单元。也就是每一电压输出端对应一个检测单元，从而更精确的检测压感件是否发生故障。

在一个可行的实施例中，检测电路包括第一检测单元、第二检测单元、第三检测单元和第四检测单元，也就是说，每一个压感件对应一个检测单元。

本实施例中，每一检测单元的开关为开关管，例如PMOS管或NMOS管，利用PMOS管或NMOS管的电路导通特性实现电流源的接入和断开。

本实施例中，由于每一压感件电阻相同，为了保证电路的稳定性，以及计算方便，本实施例的检测电路中各检测单元的电流源的电流值相等，例如，IA＝IB＝IC＝ID＝0.25uA。

下面对各检测单元的检测原理进行说明：

参考图3，图3为第一检测单元启动开关SA运作图。当SA关闭，IA流过RA，此时可产生增加压降VA＝IA*RA，假设IA＝0.25uA，RA＝4k，则VA＝0.25uA*4k＝1mV。利用正常讯号INP-INN及流过IA电流后讯号INP-INN+VA的差异，处理芯片的读值可判断出压阻式压力传感器是否正常连接到处理芯片，或者桥臂电阻RA是否异常。

同理，参考图4，图4为第二检测单元启动开关SB运作图。当SB关闭，IB流过RB，此时可产生增加压降VB＝IB*RB，假设IB＝0.25uA而RB＝4kΩ，则VB＝0.25uA*4kΩ＝1mV。利用正常讯号INP-INN及流过IB电流后讯号INP-INN-VB的差异，芯片的读值可判断出压阻式压力传感器是否正常连接到芯片，或者桥臂电阻RB是否异常。

第三检测单元的检测原理和第一检测单元同理，第四检测单元的检测原理和第二检测单元同理，在此不再赘述。

本实施例中，检测电路还包括基准电流电路，基准电流电路用于为检测电路中各检测单元提供电流源，其中，参考图5，检测电路中各检测单元的电流源为对应于基准电流电路的镜像电流源。

本实施例中，基准电流电路包括运算放大器OPAMP、第一PMOS管MP0、第二PMOS管MP1、第一NMOS管MN0、第二NMOS管MN1和电阻R1。述运算放大器的第一输入端为参考电源输入端，参考电源输入端输入电压VREF，运算放大器的第二输入端与第一NMOS管MN0的源极连接，运算放大器的输出端与第一NMOS管MN0的栅极连接，电阻R1连接在OPAMP的第二输入端与第一接地端之间；第一PMOS管MP0的源极和第二PMOS管MP1的源极均与第一电源端连接，第一PMOS管MP0的漏极与第一NMOS管MN0的漏极连接，第一PMOS管MP0的栅极与第一PMOS管MP0的漏极和第二PMOS管MP1的栅极连接；第二PMOS管MP1的漏极与第二NMOS管MN1的漏极连接，第二NMOS管MN1的源极与第一接地端连接，第二NMOS管MN1的栅极与第二NMOS管MN1的漏极连接。

第二检测单元的电流源IB和第四检测单元的电流源ID对应于第一PMOS管的镜像电流源；第一检测单元的电流源IA和第三检测单元的电流源为对应于第二NMOS管的镜像电流源。

其中，基准电流电路还包括第三PMOS管MP2、第四PMOS管MP3，MP2和MP3的源极均与第一电源端连接，MP2和MP3的栅极均和第二PMOS管的栅极连接，MP2的漏极输出IB电流源，MP3的漏极输出ID电流源。

基准电流电路还包括第三NMOS管MN2、第四NMOS管MN3，MN2和MN3的源极与第一接地端连接，MN2和MN3的栅极均和第二NMOS管的栅极连接，MN2的漏极输出IA电流源，MN3的漏极输出IC电流源。

本实施例利用OPAMP、MN0、R1形成一负回授电路，VREF输入此负回授电路产生参考电流IR＝VREF/R1。MP0、MP1、MP2、MP3为PMOS电流镜电路，此电路将IR做倍数放大产生所需要的IB及ID电流给第二检测单元和第四检测单元使用。MN1、MN2、MN3为NMOS电流镜电路，此电路将IR2做倍数放大产生所需要的IA及IC电流给第一检测单元和第三检测单元使用。使用。

本实施例中的第一电源端所接入的第一电源为VDD，第一接地端即电路的对地端口。

以上，为本实施例提供的压阻式压力传感器的检测电路，在压阻式压力传感器输出端INP和INN之间设置检测电路和为检测电路提供电流源的基准电流电路，来判断压阻式压力传感器是否连接正确以及压阻式压力传感器的压感件阻值是否有问题，从而辅助生产，提高压阻式压力传感器的讯号精准度和产品合格率。

本实施例还提供一种检测电路的检测方法，参考图6，该方法包括：

S6100、确定检测电路中的进入检测状态的一检测单元。

其中，在一检测单元进入检测状态的情况下，其他检测单元均处于开关断开的非检测状态，该进入检测状态的一检测单元可以是第一检测单元、第二检测单元、第三检测单元和第四检测单元中的任一检测单元。

S6200、对于进入检测状态的检测单元，先控制检测单元的开关断开，再控制检测单元的开关导通。

其中，检测单元与压阻式压力传感器的一桥臂上的压感件串联连接在第一电源端与第一接地端之间，例如，图3中的IA、SA和RA串联在VDDB与地之间。

S6300、在开关断开的情况下，分别获取压阻式压力传感器的第一电压输出端的第一电压值和第二电压输出端的第二电压值，并计算第二电压值与第一电压值之间的第一电压差值，参考图2，该第一电压差值也就是INP-INN。

S6400、在开关导通的情况下，分别获取第一电压输出端的第三电压值和第二电压输出端的第四电压值，并计算第四电压值与所述第三电压值之间的第二电压差值，参考图3，当进入检测状态的检测单元为第一检测单元时，参考图3，该第二电压差值为INP-INN+VA。

S6500、比较第一电压差值与第二电压差值，得到比较结果。

本实施例中，第一电压差值为未连接检测单元时的电压差值，也就是压阻式压力传感器的正常输出值，若第一电压差值与理论上的正常输出值相同，则表明该压阻式压力传感器与处理芯片之间的连接正常，则比较结果为压阻式压力传感器与处理芯片之间的电路连接正常，反之，若第一电压差值与理论上的正常输出值不相同，则表明该压阻式压力传感器与处理芯片之间的连接异常，则比较结果为压阻式压力传感器与处理芯片之间的电路连接异常。

本实施例中，第二电压差值为连接检测单元时的电压差值，用于检测在固定的电流情况下，压阻式压力传感器的压感件的阻值是否正常，若第二电压差值与理论上标准阻值下的正常输出值相同，则表明该压阻式压力传感器的压感件的阻值正常，则比较结果为压阻式压力传感器的压感件阻值正常。反之，若第二电压差值与理论上标准阻值下的电压差值的正常输出值不相同，则表明该压阻式压力传感器的压感件阻值异常，则比较结果为压阻式压力传感器的压感件阻值异常。

S6500、根据比较结果、检测单元的电流源的电流值和压感件的标准阻值，获得并输出至少一个电压输出端与处理芯片间的连接是否错误的第一检测结果、及压感件的实际阻值与标准阻值是否一致的第二检测结果。

基于上述步骤S6400可知，第一检测结果表征压阻式压力传感器与处理芯片之间的电路连接正常，或压阻式压力传感器与处理芯片之间的电路连接异常。第二检测结果表征压阻式压力传感器的压感件阻值正常，或表征压阻式压力传感器的压感件阻值异常。在输出的第一检测结果和第二检测结果个的任一检测结果表征电路出现异常时，可以采取对应措施进行处理，以使压阻式压力传感器正常工作，从而提高压阻式压力传感器的讯号精准度、增加产品合格率。

其中，本实施例中，至少一个电压输出端为第一电压输出端和第二电压输出端中的至少一个。

以上，为本实施例提供的压阻式压力传感器的检测电路的检测方法，基于压阻式压力传感器的检测电路，通过检测电路在开启和关闭时的不同数据，来判断压阻式压力传感器是否连接正确以及压阻式压力传感器的压感件阻值是否有问题，从而辅助生产，提高压阻式压力传感器的讯号精准度和产品合格率。

本实施例还提供一种电子设备，参考图7，包括：

处理芯片730，用于接收压阻式压力传感器输出的电压信号，对压阻式压力传感器输出的电压信号进行处理。

压阻式压力传感器710，压阻式压力传感器采用惠斯通电桥电路，压阻式压力传感器包括第一电压输出端和第二电压输出端，第一电压输出端与处理芯片的第一电压输入引脚连接，第二电压输出端与处理芯片的第二电压输入引脚连接；

检测电路720，检测电路为上述实施例提供的检测电路，例如图2和图5中的检测电路。

检测电路720中检测单元的开关的控制端与处理芯片的控制信号输出引脚连接，不同开关对应不同的控制信号输出引脚，以实现在一检测单元进入检测状态的情况下，其他检测单元均处于开关断开的非检测状态，从而逐一对压阻式压力传感器的每一压感件进行检测。

检测电路720包括第一检测单元、第二检测单元、第三检测单元和第四检测单元中的至少一个检测单元；每一检测单元包括电流源和与电流源串联连接的开关，开关的控制端与处理芯片连接；其中，第一检测单元为用于连接在第一电压输出端与第一接地端之间的检测单元；第二检测单元为用于连接在第一电源端与第一电压输出端之间的检测单元；第三检测单元为用于连接在第二电压输出端与第一接地端之间的检测单元；第四检测单元为用于连接在第一电源端与第一电压输出端之间的检测单元。

检测电路720还包括基准电流电路，检测电路中各检测单元的电流源为对应于所述基准电流电路的镜像电流源。基准电流电路包括运算放大器、第一PMOS管、第二PMOS管、第一NMOS管、第二NMOS管和电阻；运算放大器的第一输入端为参考电源输入端，运算放大器的第二输入端与第一NMOS管的源极连接，运算放大器的输出端与第一NMOS管的栅极连接，电阻连接在第二输入端与所述第一接地端之间；第一PMOS管的源极和第二PMOS管的源极均与第一电源端连接，第一PMOS管的漏极与第一NMOS管的漏极连接，第一PMOS管的栅极与第一PMOS管的漏极和第二PMOS管的栅极连接；第二PMOS管的漏极与第二NMOS管的漏极连接，第二NMOS管的源极与第一接地端连接，第二NMOS管的栅极与所述第二NMOS管的漏极连接；第二检测单元和第四检测单元的电流源对应于第一PMOS管的镜像电流源；第一检测单元和第三检测单元的电流源为对应于第二NMOS管的镜像电流源。该检测电路的具体结构和连接关系，在上述压阻式压力传感器的检测电路中均有描述，在此不再赘述。

需要说明的是，本实施例的处理芯片用于在存储于存储器中的计算机程序的控制下，实现图6所示的一种检测电路的检测方法。该存储器可以是处理芯片的内存，也可以是非处理芯片的外部存储器。

本申请实施例还提供一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有程序或指令，该程序或指令被处理芯片执行时实现上述检测电路的检测方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。

其中，所述处理芯片为上述实施例中所述的电子设备中的处理芯片。所述可读存储介质，包括计算机可读存储介质，如计算机只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。此外，需要指出的是，本申请实施方式中的方法和装置的范围不限按示出或讨论的顺序来执行功能，还可包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序来执行功能，例如，可以按不同于所描述的次序来执行所描述的方法，并且还可以添加、省去、或组合各种步骤。另外，参照某些示例所描述的特征可在其他示例中被组合。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述的方法。

上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。