【资料】电子秤的设计考虑

选择最佳的ADC
电子秤设计最佳的ADC体系结构是∑-△ADC，这种体系结构在低更新速率时具有低噪声和高线性度，其噪声整形和数字滤波功能集成在片内。首先集成高频率调制器整形量化噪声以便把噪声移到调制器频率的一半处，数字滤波器只通过低频信号。
ADC还应包含一个低噪声可编程增益放大器（PGA），它具有很高的内部增益以放大来自称重传感器的微小输出信号。与需要外部增益电阻器的分立放大器相比，集成的PGA经过优化能保证很低的温度漂移。在由分立元件构成的配置中，任何由温度漂移引起的误差都会通过增益级电路被放大。适用于电子秤应用的AD7799具有优良的低噪声指标（27 nV/√Hz）和最大增益为128 mV/mV的前端增益级，称重传感器可以与这类ADC直接相连。
ADI公司设计的电子秤系统评估板的参考设计包含一块AD7799芯片，由ADuC847微控制器控制。ADuC847除了为AD7799提供数字接口和实现数据后处理外，自身也包含一个24 bit的高性能∑-△ADC。这允许用户对包含AD7799 ADC的系统和使用ADuC847的完整系统自身包含的ADC之间的测试结果进行比较。

提高ADC输出精确度
低带宽高分辨率的AD7799具有24 bit分辨率。然而，正如上面所述，其有效bit数被噪声所限制，取决于所使用的输出字速率和增益设置。为了增加有效分辨率并且尽可能去除噪声，ADuC847微控制器可编程采用一种均值算法以得到更好的性能。理想情况下，对于这种恒定的直流（DC）模拟输入信号其输出码应该是常数。但是由于噪声的存在，将在模拟输入常数值附近出现编码扩展。这种噪声包括ADC内的热噪声和模数转换过程本身产生的量化噪声。一般情况下编码扩展服从高斯分布。
均值滤波器是一种减少随机白噪声同时可保持最敏捷阶跃响应的好方法。这里所讨论的设计软件使用均值移动算法。
均值移动滤波器将来自输入信号许多点的值进行平均以产生每个点的输出信号。滤波器输入直接取自ADC。在对最多M个数据取平均的操作中，其中最小数据和最大数据（外部数据）都从数据窗口中被删除。对剩下的M-2个数据用下面的公式求平均值：
采用均值移动方法可使输出数据速率与输入数据速率保持相同，这是一级平均。为了提高更新速率，通常使用二级平均以减小波形偏差。在这种情况下，第一级的输出通过第二级再取平均以进一步提高输出结果的精度。

减小称重变化的响应时间
基本的算法可以提高电子秤的噪声性能，但是当其称重发生变化时会出现问题。当称重变化后，称重传感器的输出应在非常短的时间内达到另一个平衡状态。根据这种算法，滤波器的输出仅在滤波器更新M次后才能得到最准确的结果。响应时间受到均值点的数量限制。因此需要一种专门算法来判断称重的变化。图4示这出种专门算法的基本流程图。
首先，采用两步判断是为了避免当称重变化时产生毛刺信号。当两个来自ADC的相邻数据与滤波器的输出之差都超过阈值时，可以认为发生了称重变化。当称重变化时，第二级的全部M个数据都用相同的新数据填充以便非常快速地跳过称重传感器的变迁周期。另外，称重传感器自身也有信号建立时间。为了对此进行补偿，在检测到称重变化后，均值移动窗口中的所有数据都将用最新的ADC数据更新，以便接下来的6个连续的均值周期可跳过数据恢复时间。在6个更新周期后，平均再重新开始。

消除输出结果的闪烁
对于1:50,00和1:10,000的标准范围，调整电子秤可显示0.5 g或1 g的最小刻度。当称重是在两个相邻的显示称重值之间时，显示值将在这两个称重值之间发生闪烁。为了保持稳定的显示值，可使用一种特殊的算法。
在每个显示周期内，软件决定本周期内显示的称重值是否与前一个周期内的值相等。如果相等，LCD输出将不变，并且处理过程继续进入下一个周期。如果不等，将计算这两个周期的内部编码之间的差值。如果差值小于阈值，则认为此变化是由噪声引起的，所以依然显示旧的称重值。如果差值大于阈值，则更新显示值。
ADuC847和AD7799的性能比较
对于低成本的电子秤设计，带有片内ADC的ADuC847可以提供一种单芯片解决方案。ADuC847集成了一个24 bit的∑-△ADC和8052微控制器内核。其内部的ADC含有增益为128差分模拟输入和参考电压源输入的可编程增益放大器（PGA）。ADuC847还包含62 K字节（byte）的片内程序闪存和4 K字节的片内数据闪存。在测试条件相同的情况下，对ADuC847片内集成的ADC与具有较低噪声单独的AD7799进行了比较，模拟输入端直接连到2.5V的参考电压源上并且使用的增益为64。正如我们所预期的一样，AD7799具有较低的噪声，因此它适用于高端应用，相反ADuC847适合于要求不太严格的电子秤。

学习一下，知道了原理有利于维护管理呢

你是做电子秤天平方案的吗