电子秤：受制于高精度需求？

发布时间：2006-07-19 作者：Colm Slattery，Analog Devices 公司应用工程师；Mariah Nie，现场应用工程师

　　电子秤如今的趋势是朝着更高精度和更低成本的方向发展，因而对高性能模拟信号处理电路有更高的要求。起初，性能要求并不明显。大多数电子秤所输出的最终重量值的分辨率为1:3,000或1:10,000，因此一块12位或14位的ADC似乎就已经够用了。但对电子秤更详细的调查表明情况并非如此，而是需要差不多20位的ADC精度。下面我们介绍一种高精度电子秤的参考设计。
　　电子秤系统
　　典型的电子秤系统具有从1:3,000至1:10,000的用户分辨率（或计数）。例如，一台称重为5千克、计数为1:10,000的电子秤，其分辨率为0.5克。该精度一般是指外部计数。为确保满足外部计数的精度要求，电子秤厂商常常要求系统的内部分辨率达到更高的量级。一些标准表明，内部系统计数精度应为外部计数精度的20倍，因此这种情况下，内部计数精度必须为1:200,000。

图：AD7799测量数据显示了取平均如何改善测量结果。在本例
中，原始的ADC输出获得了2.3 位的改进，且对LCD 的输出更
新速率没有影响。

　　在电子秤应用中，实际上只使用了ADC量程的一小段。一般地讲，负载电池的满量程输出为6mV。前端采用典型的128倍增益，ADC的输入在满量程时则为770 mV。因此，以标准2.5V为参考，只用到了1/3的ADC动态范围。ADC应该有3至4倍内部计数精度才能满足系统的性能要求。此时，ADC的精度必须为1:800,000或19至20位。现在我们不难理解信号处理要求的复杂性。
　　改善ADC结果
　　使用平均滤波器对于减少随机白噪声的效果很好，并且仍然保持陡峭的阶跃响应。本参考设计的软件采用滑动平均算法。滤波器使用M点的滑动平均窗。滑动平均滤波器通过对输入信号上的若干点取平均，得到每个点的输出信号。以公式表示即为：

　　ADuC847型集成ADC与AD7799型单机ADC的性能比较为：对于低成本电子秤设计，ADuC847能实现单芯片电子秤的解决方案。ADuC847集成了一个24位的sigma-delta ADC和一个兼容8052的微控制器内核。它还具有带差分模拟输入和参考输入的128倍增益PGA。而单机AD7799则拥有更好的噪声性能，更适合高端应用。
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