电子秤向进步精度和降低成本方向开展的趋势导致了对低成本、高功能模仿信号处置器材需求的添加。大多数电子秤是以1:3,000或1:10,000的分辩率输出结尾的称重值，运用12bit~14 bit的模数变换器很简略慢足需求。可是，高精密检测的电子秤标明要到达这种分辩率，ADC的精度需求接近于20 bit。这篇文章将评论一些电子秤体系的技术目标以及描绘和构建一个电子秤体系所需思考的疑问。描绘中首要思考峰峰值（PP）噪声分辩率、ADC的动态规模、增益漂移和滤波。咱们运用作为评价板的电子秤参阅描绘，将来自实践称重传感器（又称作负荷传感器）的丈量成果与来自安稳参阅电压源的输入进行比照。

称重传感器

最遍及的电子秤运用桥式称重传感器完成，称重传感器的输出电压直接与放在其上的重量成份额。图1示出了典型的称重电桥－一个具有至少两个可变桥臂的4电阻布局的电桥，所称重量导致的电阻改变可发作一个叠加在2.5 V（电源电压的一半）共模电压之上的差分电压。典型的电桥一般运用300 的电阻器。

称重传感器本身具有单调性，其首要参数目标是灵敏度、总差错和温度漂移。

灵敏度

称重传感器的电灵敏度为满负荷输出电压与鼓励电压的比值，典型值是2mV/V。当运用2 mV/V灵敏度和5 V鼓励电压的传感器时，其满度输出电压为10 mV。一般，为了运用称重传感器线性度最佳的一段称重规模，应当仅运用满度规模的三分之二。因而满度输出电压应当大概为6 mV。当电子秤运用于工业环境时，在6 mV满度规模内丈量细小的信号改变并非易事。

总差错

总差错是指输出差错和额外差错的比值。典型电子秤的总差错目标大概是0.02%，这一技术目标适当重要，它约束了运用抱负信号调理电路所能到达的精确度，决议了ADC分辩率的挑选以及扩大电路和滤波器的描绘。

漂移

称重传感器也发作与时刻有关的漂移。图2示出24小时规模内丈量的实践称重传感器漂移特性。丈量成果标明（运用24 bit ADC丈量的bit改变数量）具有125 LSB或大概7.5 ppm的整体漂移。

电子秤体系

一个电子秤体系最重要的参数是内有些辩率、ADC动态规模、无噪声分辩率、更新速率、体系增益和增益差错漂移。该体系有必要描绘成比率作业方法，所以它与电源电压动摇无关。

内有些辩率

用户所见的典型电子秤体系（图3）的分辩率规模最低为1：3,000，最高达1:10,000。LCD显现器上能看到的这种分辩率一般称作外有些辩率。电子秤体系的内有些辩率有必要至少

应高于外有些辩率一个数量级。实践上，某些规范规则体系的内有些辩率大概优于外有些辩率的许多倍。

ADC动态规模

在运用规范高分辩率ADC的电子秤运用中，不太可能用ADC的整个满度规模。在图1所示的比如中，称重传感器的电源电压是5V，满度输出是10 mV，其线性规模是6 mV。当模仿前端运用增益为128的电路时，ADC输入的满度将是768 mV。若是运用规范的2.5 V参阅电压，则仅用了ADC动态规模的30%。若是电子秤的内有些辩率需求1:200,000的精度以到达770 mV的满度规模，ADC需求3倍~4倍的分辩率。若是内有些辩率是1:800,000，那么ADC需求达19 bit~20 bit的精度。增益和失调漂移工业电子秤体系一般作业在50 C的条件下。描绘工程师们有必要思考在超越室温的条件下体系的精度。因为随温度改变的增益漂移可能是差错的首要来历。因而，描绘电子秤时挑选一款具有低增益漂移的ADC十分重要。但失调漂移并不是首要的思考要素。大多数∑-△ADC都具有内部斩波形式，使得∑-△ADC 具有较低的失调漂移和较好的抗1/f噪声搅扰才干，这关于描绘师很重要。

无噪声分辩率

当大家阅览商品技术资料时，一个遍及性的过错是没有注意到将噪声界说为有用值（RMS）噪声仍是峰峰值(p-p）噪声。在电子秤运用中，最重要的技术目标是p-p噪声，它决议了无噪声编码分辩率。 ADC的无噪声编码分辩率是指超越这个位（bit）数它就不能明白分辩单个编码的分辩率，因为存在有用输入噪声，一切ADC都有这种噪声。这种噪声能够用RMS值表明，一般是以LSB为单位的一个数值。将RMS噪声乘以6.6(包括了散布中99.9%的值)便可变换成等效的峰峰值噪声。

更新速率

体系的无噪声分辩率取决于ADC的更新速率。在电子秤体系中，描绘工程师需求权衡运用最低的更新速率，在最低更新速率时ADC能够以改写LCD显现器所需的输出数据速率进行采样。关于高端电子秤体系，一般运用10 Hz的ADC更新速率。

电子秤参阅描绘

挑选最佳的ADC

电子秤描绘最佳的ADC体系布局是∑-△ADC，这种体系布局在低更新速率时具有低噪声和高线性度，其噪声整形和数字滤波功用集成在片内。首要集成高频率调制器整形量化噪声以便把噪声移到调制器频率的一半处，数字滤波器只经过低频信号。

ADC还应包括一个低噪声可编程增益扩大器（PGA），它具有很高的内部增益以扩大来自称重传感器的细小输出信号。与需求外部增益电阻器的分立扩大器对比，集成的PGA经过优化能确保很低的温度漂移。在由分立元件构成的装备中，任何由温度漂移导致的差错都会经过增益级电路被扩大。适用于电子秤运用的AD7799具有优秀的低噪声目标（27 nV/√Hz）和最大增益为128 mV/mV的前端增益级，称重传感器能够与这类ADC直接相连。

ADI公司描绘的电子秤体系评价板的参阅描绘包括一块AD7799芯片，由ADuC847微操控器操控。ADuC847除了为AD7799供给数字接口和完成数据后处置外，本身也包括一个24 bit的高功能∑-△ADC。这答运用户对包括AD7799 ADC的体系和运用ADuC847的完好体系本身包括的ADC之间的测验成果进行对比。

进步ADC输出精确度低带宽高分辩率的AD7799具有24 bit分辩率。可是，正如上面所述，其有用bit数被噪声所约束，取决于所运用的输出字速率和增益设置。为了添加有用分辩率而且尽可能去掉噪声，ADuC847微操控器可编程选用一种均值算法以得到十分好的功能。抱负情况下，关于这种稳定的直流（DC）模仿输入信号其输出码大概是常数。可是因为噪声的存在，将在模仿输入常数值邻近呈现编码拓展。这种噪声包括ADC内的热噪声和模数变换进程本身发作的量化噪声。一般情况下编码拓展遵守高斯散布。

均值滤波器是一种削减随机白噪声一起可坚持最灵敏阶跃呼应的好办法。这里所评论的描绘软件运用均值移动算法。

均值移动滤波器将来自输入信号许多点的值进行均匀以发作每个点的输出信号。滤波器输入直接取自ADC。在对最多M个数据取均匀的操作中，其间最小数据和最大数据（外部数据）都从数据窗口中被删去。对剩余的M-2个数据用下面的公式求均匀值：选用均值移动办法可使输出数据速率与输入数据速率坚持相同，这是一级均匀。为了进步更新速率，一般运用二级均匀以减小波形误差。在这种情况下，榜首级的输出经过第二级再取均匀以进一步进步输出成果的精度。

减小称重改变的呼应时刻

根本的算法能够进步电子秤的噪声功能，可是当其称重发作改变时会呈现疑问。当称重改变后，称重传感器的输出应在十分短的时刻内到达另一个平衡状况。依据这种算法，滤波器的输出仅在滤波器更新M次后才干得到最精确的成果。呼应时刻遭到均值点的数量约束。因而需求一种专门算法来判别称重的改变。图4示这出种专门算法的根本流程图。

首要，选用两步判别是为了防止当称重改变时发作毛刺信号。当两个来自ADC的相邻数据与滤波器的输出之差都超越阈值时，能够以为发作了称重改变。当称重改变时，第二级的全部M个数据都用相同的新数据填充以便十分疾速地越过称重传感器的变迁周期。别的，称重传感器本身也有信号树立时刻。为了对此进行抵偿，在检测到称重改变后，均值移动窗口中的一切数据都将用最新的ADC数据更新，以便接下来的6个接连的均值周期可越过数据恢复时刻。在6个更新周期后，均匀再重新开始。

消除输出成果的闪耀

关于1:50,00和1:10,000的规范规模，调整电子秤可显现0.5 g或1 g的最小刻度。当称重是在两个相邻的显现称重值之间时，显现值将在这两个称重值之间发作闪耀。为了坚持安稳

的显现值，可运用一种特别的算法。

在每个显现周期内，软件决议本周期内显现的称重值是不是与前一个周期内的值持平。若是持平，LCD输出将不变，而且处置进程持续进入下一个周期。若是不等，将核算这两个周期的内部编码之间的差值。若是差值小于阈值，则以为此改变是由噪声导致的，所以仍然显现旧的称重值。若是差值大于阈值，则更新显现值。

ADuC847和AD7799的功能对比关于低成本的电子秤描绘，带有片内ADC的ADuC847能够供给一种单芯片解决方案。ADuC847集成了一个24 bit的∑-△ADC和8052微操控器内核。其内部的ADC富含增益为128差分模仿输入和参阅电压源输入的可编程增益扩大器（PGA）。ADuC847还包括62 K字节（byte）的片内程序闪存和4 K字节的片内数据闪存。在测验条件相同的情况下，对ADuC847片内集成的ADC与具有较低噪声独自的AD7799进行了对比，模仿输入端直接连到2.5V的参阅电压源上而且运用的增益为64。正如咱们所预期的相同，AD7799具有较低的噪声，因而它适用于高端运用，相反ADuC847适合于需求不太严厉的电子秤。

电子秤的描绘思考

比率式丈量方法

在电子秤的参阅描绘中为了到达最佳功能选用了比率式丈量办法（电桥的DC鼓励源和ADC的参阅电压源运用同一个参阅源）。称重传感器的输出精度由电桥的鼓励电压决议。因为电桥的输出直接与鼓励电压成份额，所以鼓励电压的任何漂移都会发作相应的输出电压漂移。因为比率式丈量办法的输出电压既与电桥的鼓励电压成份额又与ADC的参阅电压源成份，这样即便实践的电桥鼓励电压改变也不会影响丈量精度。这种比率式丈量方法消除了鼓励源中的温度漂移和极低频率噪声对输出精确度的影响。为了滤除ADC输入端来自称重传感器的噪声，一般运用一个简略的一阶RC滤波器。

PCB布线

打印电路板(PCB)布线关于运用高精度∑-△ADC以到达最佳噪声功能十分要害。最重要的是接地和电源退耦。在本参阅描绘中，接地上分为模仿有些和数字有些。AD7799坐落这两个接地上之间的上方。在AD7799的正下面运用一个起始点衔接两个接地上。AD7799的GND引脚应与模仿地相接。在本描绘中，仅运用一个电源供电，可是在AVDD和DVDD引脚之直接一个铁氧体磁珠。铁氧体磁珠在低频处具有低阻抗，在高频处具有高阻抗的特性。因而，铁氧体磁珠可抑制DVDD中的高频噪声。当选用铁氧体磁珠时，应当研究其阻抗频率特性。本设计选用600 外表贴装的铁氧体磁珠。最终，一般运用0.1 F和10 F的电容器对AVDD和DVDD电源进行去耦；这两个电容器都应放在尽可接近AD7799的当地。