九乡新闻网镇元子和悟空:改进电子秤的性能
来源：百度文库 编辑：九乡新闻网 时间：2024/04/19 17:41:21
電子秤所要求的精度在起初並不是很明顯。其典型分辨率僅為1:3,000～1:10,000，因此12 bit～14 bit的模數
使用具有10,000計數分辨率能夠測量高達5 kg重量的電子秤能夠具有0.5 g重量分辨率。正如在液晶
在大多數電子秤應用中，實際上僅使用ADC動態範圍的一小部分。如圖1所示，稱重
如果內部計數
在滿量程範圍768 mV內必須精確到1:200,000，則ADC精度應該比上述分析中的ADC提高3～4倍以滿足性能要求。在這種情況下需要具有19～20 bit精度的ADC。
工業電子秤系統通常工作在超過50 °C的溫度範圍，因此溫度漂移可能是其主要的誤差來源。例如，具有1 ppm/°C增益漂移的20bit精度的系統在50°C的溫度範圍內會產生50 LSB的誤差。雖然系統在25°C時可以精確到1 LSB，但它在超過滿溫度範圍時僅精確到50LSB。因此當設計電子秤時選用低漂移ADC非常重要。
失調漂移並不是一個很重要的考慮因素。大多數的Σ-ΔADC採用「斬波」技術，這種技術具有降低漂移和提高抗噪聲干擾的優勢。大多數電子秤設計工程師都會大大受益於斬波技術優越的低漂移性能和抗噪聲干擾能力。例如，AD7799 24 bit Σ-Δ ADC的失調漂移指標僅為10 nV/°C。在20bit系統中，其在全部50°C的工作範圍內僅產生1/4 LSB的誤差。
人們在閱讀芯片使用說明時犯的一個普遍錯誤就是將有效值（RMS）噪聲與峰峰值（pk-pk）噪聲混淆。對於電子秤應用，最重要的技術指標是pk-pk噪聲或者是無噪聲分辨率。ADC的無噪聲分辨率是指超過這個位（bit）數它就不能清楚分辨個別編碼的分辨率，。
系統的pk-pk分辨率取決於ADC的更新速率。例如，當AD7799的更新速率為4 Hz時，它能達到20.5bit的pk-pk分辨率；當為500 Hz時，pk-pk分辨率降低到16bit。在電子秤系統中，設計工程師需要折衷ADC的最大採樣速率和顯示器的最小更新速率。對於高端電子秤，通常使用10 Hz的採樣速率。
在低更新速率時對低噪聲和高線性度的要求使得Σ-Δ ADC成為電子秤的最佳選擇。Σ-Δ ADC的第二個優點是內置的噪聲整形和數字濾波。首先量化噪聲可擴展到調製頻率的一半。然後限制數字濾波器的帶寬只通過低頻輸出，從而顯著地減少對複雜後處理的要求。
ADC也應該包含一個低噪聲可編程增益
AD7799的有效分辨率受噪聲的限制，並且隨著其輸出數據數率和增益設置而變化。平均值濾波器可以用來增加有效分辨率並且去除儘可能多的噪聲，從而可在保持最急劇的階躍響應的同時減少隨機噪聲。該濾波器從ADC取M個數據點，刪除最小數據點和最大數據點，然後對M－2個點作平均。採用的公式寫作如下：
輸出數據數率保持不變。這屬於一階平均。對於更高的更新速率，通常需要使用二階平均。在這裡，對第一級的輸出再作第二級的平均處理以進一步改進測量結果。平均可將有效分辨率提高2.3 bit（從19.6 bit pk-pk 到 21.9 bitpk-pk）。其唯一的缺點就是由於流水線延遲而延長了建立時間，濾波器經過M個週期的權重值變化之後才指示正確結果。
為了加快建立時間，認為權重值變化應該發生在兩個數據點的差值和濾波器的輸出都超過閾值時。第二級的全部M個數據點使用最新數據以加快建立時間。稱重傳感器也具有建立時間問題，可通過使用最新的ADC數據刷新平均窗口中的所有數據來改善建立時間。經過6個刷新週期之後重新開始平均。