數字天平的設計
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2) 如圖3所示，還有一種辦法是采用ADC本身的參考。ADC通常含有用于連接外部參考的引腳。ADC的輸入范圍定義為參考電壓的一個因數。這樣，ADC中的每次測量都與參考電壓有關。如果我們將激勵電壓或激勵電壓的導數作為ADC參考，我們就能對信號進行比例化測量。由于稱重感應器的負載測量值與電阻成一定比例，因此這種辦法最能滿足需求。此外，在測量中可以忽視激勵電壓的任何變化，因為ADC參考也會受到同樣的影響。
圖3：用于比例測量的稱重感應器接口電路
Delta Sigma ADC的噪聲降低
DelSig ADC的頻率響應有一些冗余特性，我們可借此降低噪聲。DelSig ADC是一種平均ADC，具有低通特性，能大幅降低噪聲，這點我們此前已經有所討論。不過，大多數DelSig ADC都具有特定的頻率響應，例如PSoC3和PSoC5 ADC的Sinc響應。這種響應在特定頻率（采樣頻率的倍頻）下會出現空值。
這樣，我們可以讓ADC采樣頻率與某個特定值一致，從而消除特定的噪聲頻帶。在消除50/60Hz等噪聲源時，這種辦法尤其有效。
進一步討論濾波——滑動平均濾波
我們已經討論了應如何避免天平設計中模擬信號鏈的噪聲以及其它誤差源。實現無噪聲輸出的最后一步是采用基于固件的數學平均濾波去除噪聲。我們介紹圖4中這種便于實施的滑動平均濾波器。它采用陣列形式，讓輸入值從一側流入，并使最舊的值從另一側滑出。在任何給定的時間內，濾波器的輸出始終是陣列中所有元件的平均值。
圖4：滑動平均濾波
滑動平均濾波是一種最簡單最有效的濾波方式，可使測量系統實現更高的無噪聲率。請注意，濾波器會造成常量延遲，而且延遲的大小與陣列深度成正比。這就意味著對于含有n個元件的滑動濾波器來說，每次變化都要經過n次循環才能在輸出中顯現。如果變化較大而且輸出的反應速度很慢，就會造成一定的誤導作用。我們可以通過設置變化閾值的方式來避免這種情況。舉例來說，如果輸入在特定時間內的變化范圍超過閾值，那么整個濾波器將被清空，隨之向濾波器拷入新的數據，同時復制到輸出，這樣就能大大降低較大變化發生時的延遲。濾波器的大小要根據所需的分辨率、ADC采樣率以及天平的響應時間規范進行選擇。
系統設計和集成
現在，我們已經討論了模擬前端設計方案以及改善性能的諸多考慮因素，不過整個天平解決方案不僅僅包含模擬前端。根據具體的應用要求，每個天平設計都會采用各種不可或缺的元件，例如通信接口和用戶界面等。圖5顯示了天平解決方案的典型實施示意圖。
圖5：基于賽普拉斯PSoC 3器件的集成型天平解決方案
除了實施稱重感應器的模擬前端之外，系統可能還需要測量其它模擬感應器。一些高精度天平需要溫度監控功能來補償稱重感應器因溫度產生的漂移，這就意味著要實施熱敏電阻接口。如果整個解決方案要實現便攜性，就要具備電池充電器接口，這種情況下需要利用ADC進行電壓和電流監控，以及單獨的過壓比較器和電流保護電路。市場上有一些用來提供電池充電功能的專用器件，不過這些功能可以集成到可編程器件SOC中，例如PSoC3。
對于用戶界面而言，輸入方式可以是簡單的觸摸按鈕。隨著觸摸技術的發展，有些設計可以考慮采用電容式感應界面。此外，輸出可采用LCD技術，不過出于成本考慮，大多數設計都采用LCD的直接驅動方式，以避免LCD驅動器成本。
通信接口可以采用簡單的USB到主機處理器鏈路，也可以采用從SPI/I2C到另一無線通信器件的連接方式。這些接口的集成能大幅降低系統成本。
到目前為止，我們討論的都是大多數設計所需的基本元件。不過有些天平，例如銷售點終端機所用的天平，還需要集成熱敏打印機和磁卡讀取接口。熱敏打印機采用類似于SPI接口的串行器、電機驅動電路、用于測量報頭溫度的模擬元件以及打印紙感應器。許多可編程SoC都提供了可編程數字陣列，能通過編程的方式集成熱敏打印機接口。
磁卡是另一種復雜的模擬功能，通常采用ASIC平臺實現。如果能將這一功能也集成到SOC中，就能大幅降低BOM成本，而賽普拉斯PSoC3已經成功地做到了這一點。SoC的可編程性允許在運行時將不同資源進行重配置，例如ADC規范（輸入范圍、分辨率等），以及不同外設之間的連接等。在天平應用中，所有操作——測量、打印和讀卡——并非同時進行。因此，芯片上的所有資源都能分時段共享，從而讓設計方案變得非常小型化和低成本。
天平系統是精度要求最高的測量系統之一。由于可靠性要求很好，設計人員需要了解稱重感應器的基本要素，明確系統中各種不同的誤差源，并找到模擬前端所需的具體規范，包括ADC、放大器和濾波器規范等。Delta Sigma ADC是這種應用的最佳ADC類型，因為其內在的LFP響應功能可以有效解決高頻噪聲，而且能通過調節采樣率來應對電源噪聲。ADC中內置的增益級能降低系統整體噪聲，相對于采用外部增益級而言能顯著提高ENOB。此外，我們還需要使用基于固件的濾波器（即滑動平均濾波器）來進一步降低噪聲。系統需要的其它元件包括用戶界面（按鈕、LCD等）、通信接口（USB、UARTv等）和溫度感應等。因此，SoC最適合此類應用，能實現高度集成的低成本解決方案，并充分滿足當前競爭激烈的市場要求。SoC還能在同一芯片上集成熱敏打印機和讀卡器等其它解決方案。
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