一种低功耗电桥阵列信号处理电路技术领域
本发明属于信号处理技术领域，特别涉及一种电桥阵列的信号处理电路。
背景技术
电桥电路被广泛应用于各种高精度传感器中，特别是电阻式的电桥传感器，例如
压敏电阻电桥电路。
如专利申请201510801427.6公开了一种消除导线电阻影响的半桥惠斯通电桥应
变测量系统，包括半桥惠斯通电桥、触点开关K1、触点开关K2以及两个标定电阻R0；半桥惠
斯通电桥的第一输入端A通过导线与触点开关K1的静触点S0连接，第一输入端A还通过标定
电阻R0与触点开关K1的静触点S1连接，触点开关K1的动触点S2接电源E；半桥惠斯通电桥的
第二输入端B通过导线与触点开关K2的静触点S4连接，第二输入端B还通过标定电阻R0与触
点电开关K2的静触点S3连接，触点开关K2的动触点S5接地；能够有效消除导线电阻对应变
测量结果的影响，大大提高应变测量的精度。
通常电桥有四个端口，分别为激励源E+、E-，以及输出信号端S+、S-。参见图1所示，
所述电桥单元104由四个电阻性元件RS01～RS04组成，其中RS01和RS03为压敏电阻。电桥的
激励E+一般接参考电压VS，激励E-接地。因此，整个电桥的功耗由VS和电桥的内阻决定。假
设上述四个电阻性元件阻值相等，且为R0，则该电桥单元104的内阻即为R0，消耗电流为VS/
R0。常见的配置，例如VS＝3V，R0＝1Kohm，电桥单元消耗电流为3mA。则对于附图1所述的电
桥整列电路100而言，若有M×N电桥单元，则整体消耗电流为M×N×3mA。若M＝N＝4，则消耗
电流高达48mA。这对于很多便携式电子设备应用场合都是一个难以接受的值。
为了解决功耗问题，一种可行的做法是给每个电桥配上开关，并各自可以独立控
制，如图2中所示。电桥单元203配合开关SW203，只在转换器201转换该电桥单元203的信号
时，才将SW203闭合，从而达到节省整体功耗的目的。但这样做的问题是，增加了很多的开
关，以及控制信号线，如4x4的阵列需要16个开关，以及相应数量的控制信号线。这使得成本
增加，且不利于电子设备内部的布线和小型化。
发明内容
基于此，因此本发明的首要目地是提供一种低功耗电桥阵列信号处理电路，该电
路可以在保证信号质量的前提下，大幅降低电桥阵列的功耗，并减少开关和控制线的数量，
降低成本。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种低功耗电桥阵列信号处理电路，其包括：
若干电桥单元，排列成M行N列的阵列，其中每行电桥单元的激励正端短接，每列电
桥单元的激励负端短接；
若干开关，其中M个开关其一端分别连接M行电桥单元的激励正端，其另一端连接
正激励电压；N个开关其一端连接N列电桥单元的激励负端，其另一端连接负激励电压。
所述低功耗电桥阵列信号处理电路还包括有时序控制器，所述时序控制器连接于
开关或电桥单元上，可以控制M个开关中的任意一个和N个开关中的任意一个两两组合，同
时闭合，从而开启M×N电桥单元中的任意一个。
进一步，所述低功耗电桥阵列信号处理电路还包括有模数转换器，所述电桥构成
的阵列连接于模数转换器，可以实现模拟信号到数字信号的转换，并且和时序控制器配合，
实现对当前开启的电桥单元输出信号的数据转换。
进一步，所述电桥单元可以包括多个电桥，所述多个电桥的激励正端短接在一起
作为电桥单元的激励正端，所示多个电桥的激励负端短接在一起作为电桥单元的激励负
端。
本发明所实现的低功耗电桥阵列信号处理电路，通过开关与电桥阵列的有机组
合，可以显著降低整个电桥阵列的系统成本和功耗，同时不增加布线和开关的数量，降低设
计难度和成本。
附图说明
图1是现有技术实施方式一的电路图。
图2是现有技术实施方式二的电路图。
图3是本发明所实施方式一的电路图。
图4是本发明所实施方式二的电路图。
图5是图4中电桥单元的电路图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对
本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并
不用于限定本发明。
参见图3，本发明所实现方式一中，低功耗电桥阵列及处理电路300，包括4X4的电
桥阵列，模数转换器301以及激励电源302。电桥阵列由电桥310、电桥313、电桥340、电桥343
等16个电桥组成，并排成4行4列。每个电桥，以电桥313为例，包括4个阻性元件RS01～RS04，
接成惠通斯电桥形式，其中至少RS01和RS03为压敏电阻。每行的电桥(从左到右为行，从上
到下为列；最左一列为第一列，最上一行为第一行，以此类推。)，如第一行电桥310～电桥
313四个电桥(其中电桥311～312图中用省略号替代)的激励正端短接，然后接开关SW351的
其中一端；开关SW351的另一端接VS。同理，其他二～四行电桥的激励正端短接后依次连接
到开关SW352～SW354的一端。在列整列方面，第一列电桥310～电桥340的激励正端短接在
一起然后连接开关SW361的一端；开关SW361的另一端接激励负端，此处为地；其他列的电桥
以此类推。
模数转换器301主要包括一个模数转换电路，16路电桥输出的差分信号被依次选
通进入模数转换电路进行模拟信号到数字信号的转换。另外模数转换器301中还设置有时
序控制电路，其功能在于，控制开关SW351～SW354，SW361～SW364的闭合和断开；特别是，可
以控制开关SW351～SW354之一和开关SW361～SW364之一同时闭合，这样就可以选中某一个
电桥开启；例如第i行的控制开关和第j列的控制开关同时闭合，则i行j列的电桥(以下称为
电桥ij)开启，而其他电桥关闭，此时模数转换器针对电桥ij进行转换，得到该电桥的压力
信号。以此控制16个电桥开启并转换，则每一个时间点都只有一个电桥在工作，因此电桥阵
列的功耗是之前的1/16。
参见图4所示，本发明所实现方式二中，低功耗电桥阵列及处理电路400，包括电桥
单元410～413；控制开关SW451～SW452，开关SW461～SW462。其中第一行电桥单元410～411
的激励正端连接开关SW451一端；开关SW451另一端接参考VS；第二行电桥单元412～413的
激励正端连接开关SW452一端；开关SW452另一端接参考VS；第一列电桥单元410/412的激励
负端连接开关SW461一端；开关SW461另一端接地；第二行电桥单元411/413的激励负端连接
开关SW462一端；开关SW462另一端接地。
参见图5，图5为电桥单元结构图，图中的电桥单元为图4中显示的电桥单元，该电
桥单元由四个电桥组成，各个电桥的激励正端短接、激励负端短接。
图4所示的低功耗电桥阵列及处理电路400相比图3所示的低功耗电桥阵列及处理
电路300而言，通过4个电桥组合成一个电桥单元来分别控制，可以将控制开关从8个减少到
4个，但功耗则只能下降到传统无控制开关的1/4，是一种考虑实现成本和降低功耗的折中
方案。
相比每个电桥一个控制开关的方案，以上实施例中控制开关和控制线都大幅下
降；对于更大规模的电桥阵列，则优势更明显，例如8x8的阵列，传统方案需要64个开关，而
本发明所述方案则只需要8+8＝16个开关。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精
神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。