稱重系統要求和分析

方良

摘要：稱重是工業領域非常普遍的一個應用，尤其在中國市場存在很多稱重設備的設計和制造商。來自終端用戶的產品千差萬別，本文將著重分析、討論這類應用的系統要求，探討系統模擬輸入前端的設計，因為這部分電路的性能直接決定了整個產品的精度水平。

關鍵詞：稱重；模擬前端；分辨率；噪音；采樣率

DOI：10.3969/j.issn.1005-5517.2016.2.011

系統架構

圖1所示為典型的稱重框圖。通過低噪聲LDO為整個系統供電。

稱重系統一般采用5V供電，并直接采用供電電源作為ADC的參考電壓，這樣做的好處是可以抵消測量過程的共模干擾。壓阻傳感器是整個稱重系統的關鍵部件，它的精度直接決定了系統的測量精度。1k Q和350 Q是兩種常用的壓力傳感器類型，典型靈敏度是2mV/V。目前，模擬前端基本在單一芯片整合了PGA和ADC，并可靈活配置。稱重設備的數據輸出可采用傳統的RS-485接口，或4～20mA電流環輸出。當然，目前越來越多的設備也開始采用無線通信接口，例如：通過WiFi輸出數據。

模擬前端設計考慮

為方便起見，我們在下面對模擬前端的性能分析中，假定系統供電由5V LDO提供，忽略電源噪聲的影響；傳感器為5V@2mV/V靈敏度，稱重范圍是20000g，準確度是0.1g。

分辨率和噪音

一個好的稱重產品，必須在測量過程中保持高精度和高準確度，測量值穩定，無跳變/閃爍。為此，與之對應的指標是無雜散峰一峰值分辨率，定義如下：

2ⁿ=200000

計算：n：17.6 bit（p-p），

進而得出N=20.3 bit（RMS）.

其中，n是無雜散分辨率，N是有效值分辨率。這個分辨率可以滿足絕大部分中高端產品要求。……