數字稱重顯示儀的電磁兼容設計

文/郝樹虹

1 引言

近年來，隨著新技術的不斷應用，電子稱重技術得到不斷的發展。我們在設計數字稱重顯示儀時，不僅要使用性能穩定的計量芯片來提高儀表的計量精度，還要從開始設計時就要統籌考慮儀表的電磁兼容設計，這樣設計出來的產品才是一個性能完整的產品。

2 電磁兼容原理

電磁兼容（EMC）是指設備或系統在其電磁環境中符合要求運行并不對其環境中的任何設備產生無法忍受的電磁騷擾的能力。隨著科學技術的發展，儀表內部廣泛的采用單片機嵌入式系統作為中央處理系統，逐漸形成了復雜的電磁環境。電磁干擾分為內部干擾和外部干擾。

3 數字稱重顯示儀的工作原理

數字稱重顯示儀采用精密自穩零運算放大器，將傳感器的重量信號放大后送到A/D轉換單元。A/D 轉換部分采用高精度Sigmadelta 技術，將模擬量轉換成數字信號。中央處理單元讀取A/D 轉換器的數字信號，根據儀表參數，計算并顯示重量；輸出單元完成標準電流信號輸出功能。系統結構框圖如圖1所示。

4 數字稱重顯示儀硬件的電磁兼容設計

4.1 電路設計原則

數字稱重顯示儀采用內嵌式單片機，CPU時鐘電路要充分考慮電磁屏蔽和高頻濾波，緊靠CPU 布置；采用雙重工作參數保護和WACHDOG 電路，可確保工作參數不丟失，儀表工作更加可靠；電源設計中，數字電源和模擬電源要單獨設計，要設計相互獨立的幾路電源供儀表中的不同功能塊電路使用；數字地和模擬地分開布置，進行濾波處理。

圖1：系統結構框圖

4.2 元器件選取

根據設計的原理圖，選擇能夠滿足儀表電磁兼容性要求并能實現儀表計量功能的元器件。集成電路選擇表貼元器件，可以避免高頻時產生寄生電感、電容；采用精密自穩零運算放大器；電阻、電容在使用中應盡量縮短引線長度。

4.3 印刷電路板(PCB板)設計原則

4.3.1 印刷電路板的選取

印刷電路板有單面、雙面和多層板之分。單面和雙面板一般用于低、中密度布線的電路和集成度較低的電路。多層板適用于高密度布線、高集成度芯片的高速數字電路。從電磁兼容的角度來說，多層板可以減小線路板的電磁輻射并提高線路板的抗干擾能力。因為在多層板中，可以設置專門的電源層和地層，使信號線與地線之間的距離僅為線印刷電路板的層間距離。這樣板上所有信號的回路面積就可以降至最小，從而有效減小差模輻射。

4.3.2 元器件的布局

在元器件的布局中，電路采用模塊化設計，模擬電路中以信號的輸入方向布置元器件，盡量縮短元器件之間的連線，降低輻射和干擾；布置元器件時應考慮散熱，發熱元器件應盡量布置在易通風散熱的位置。

4.3.3 電路板的布線規則

在電路板上，用作導線的銅箔一般采用45°轉彎，可以減少反射干擾的產生；不要在電路板上留置不用的空白銅箔層，以防它們充當發射/接收的天線；導線之間的距離要盡量大一些，可以減少分布電容的影響；可以采用平行的信號線間穿插地線的隔離走線方式；在傳輸高頻信號時，走線不要存在分支，防止發生諧波干擾。

4.3.4 地線的設計

加粗地線能降低導線電阻，地線寬度最好在2 ～3mm 以上；地線構成閉環比梳子式電路能明顯提高抗噪聲能力，但是環路面積越小越好。

5 數字稱重顯示儀軟件的電磁兼容設計

在軟件設計時，可以采用軟件的抗干擾設計，如：

（1）采用冗余指令設計；

（2）設置程序指針陷阱；

（3）當程序彈飛到一個臨時構成的死循環時，采用“看門狗(Watchdog)”技術將程序拉出死循環；

（4）設置自檢程序。

6 結論

在數字稱重顯示儀產品的開發階段，從軟、硬兩方面對數字稱重顯示儀的電磁兼容進行設計，大大提高了數字稱重顯示儀的準確性和穩定性，增強了產品的抗干擾能力，取得了較好的效果。