利用具有10,000计数分辨率能够丈量高达5kg重量的电子秤能够具有0.5g重量分辨率。正如在液晶显示器(LCD)上看到的,这种分辨率常日是指外部计数。为了确保知足外部计数精度,常日内部分辨率必须具有高于外部分辨率一个数量级的精度,有些标准规定内部计数精度比外部计数精度高20倍。在这种情形下,内部计数必须精确到是1:200,000。
称重传感器又称作负荷传感器，在大多数电子秤运用中,实际上仅利用ADC动态范围的一小部分。如果称重传感器采取5V电源供电,其满量程输出是10mV,线性范围是6mV。如果前端电路级的增益为128mV,则ADC的满量程输入大约是768mV。如果采取2.5V的基准电压,则只利用了不敷三分之一的ADC动态范围。
如果内部计数在满量程范围768mV内必须精确到1:200,000,则ADC精度该当比上述剖析中的ADC提高3－4倍以知足性能哀求。在这种情形下须要具有19－20bit精度的ADC。工业电子秤系统常日事情在超过50℃的温度范围,因此温度漂移可能是其紧张的偏差来源。例如,具有1ppm/℃增益漂移的20bit精度的系统在50℃的温度范围内会产生50LSB的偏差。虽然系统在25℃时可以精确到1LSB,但它在超过满温度范围时仅精确到50LSB。因此当设计电子秤时选用低漂移ADC非常主要。
但失落调漂移并不是一个很主要的考虑成分。大多数的Σ-ΔADC采取“斩波”技能,这种技能具有降落漂移和提高抗噪声滋扰的上风。大多数电子秤设计工程师都会大大受益于斩波技能优胜的低漂移性能和抗噪声滋扰能力。
人们在阅读芯片利用解释时犯的一个普遍缺点便是将有效值(RMS)噪声与峰值(pk-pk)噪声稠浊。对付电子秤运用,最主要的技能指标是pk-pk噪声或者是无噪声分辨率。ADC的无噪声分辨率是指超过这个位(bit)数它就不能清楚分辨个别编码的分辨率。
系统的pk-pk分辨率取决于ADC的更新速率。例如,当AD7799的更新速率为4Hz时,它能达到20.5bit的pk-pk分辨率;当为500Hz时,pk-pk分辨率降落到16bit。在电子秤系统中,设计工程师须要折衷ADC的最大采样速率和显示器的最小更新速率。对付高端电子秤,常日利用10Hz的采样速率。
在低更新速率时对低噪声和高线性度的哀求使得ADC成为电子秤的最佳选择。ADC的第二个优点是内置的噪声整形和数字滤波。首先量化噪声可扩展到调制频率的一半。然后限定数字滤波器的带宽只通过低频输出,从而显著地减少对繁芜后处理的哀求。
ADC也该当包含一个低噪声可编程增益放大器(PGA)以放大称重传感器的微弱旗子暗记输出。这种内置PGA与利用外部增益电阻器的分立放大器比较可供应低温度漂移。专用于电子秤运用的AD7799具有27nV/√Hz噪声指标并且集成了一个可供应高达128增益的PGA,因此称重传感器可直接与ADC连接。
AD7799的有效分辨率受噪声的限定,并且随着其输出数据数率和增益设置而变革。均匀值滤波器可以用来增加有效分辨率并且去除尽可能多的噪声,从而可在保持最急剧的阶跃相应的同时减少随机噪声。该滤波器从ADC取M个数据点,删除最小数据点和最大数据点,然后对M-2个点做均匀。
输出数据数率保持不变。这属于一阶均匀。对付更高的更新速率,常日须要利用二阶均匀。在这里,对第一级的输出再作第二级的均匀处理以进一步改进丈量结果。均匀可将有效分辨率提高2.3bit(从19.6bitpk-pk到21.9bitpk-pk)。其唯一的缺陷便是由于流水线延迟而延长了建立韶光,滤波器经由M个周期的权重值变革之后才指示精确结果。
为了加快建立韶光,权重值变革该当发生在两个数据点的差值和滤波器的输出都超过阈值时。第二级的全部M个数据点利用最新数据以加快建立韶光。称重传感器也具有建立韶光问题,可通过利用最新的ADC数据刷新均匀窗口中的所有数据来改进建立韶光。经由6个刷新周期之后重新开始均匀。
当待测的重量位于两个相邻显示重量之间的靠近跳变时,显示值将在这两个重量值之间闪烁。为了保持显示值稳定,由软件判断一个周期中的重量值是否与前一个周期中的重量值相等。如果相等,则LCD的输出不改变。如果不等并且这两个周期之间的内部代码差值比阈值小,则将这种变革看作是噪声,它对LCD输出的眇小浸染不会刷新显示值。如果差值大于阈值,则显示值会刷新。
为了得到最佳性能,我们采取了比率式丈量方法。电桥的勉励电压直接决定称重传感器的输出精度。电桥的输出直接与勉励电压成比例,并且勉励电压的任何漂移都会在电桥输出电压中产生相应的漂移。如果ADC的基准电压源与电桥的勉励电压成比例,那么不会由于电桥勉励电压的漂移丢失丈量精度。因此,肃清了勉励源中低频噪声的影响。您可以利用大略的一阶RC滤波器使ADC输入真个噪声降到最低。
在理解了这些知识之后，相信现在对电子秤偏差来源有了一个理解，希望能帮助到大家！
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