AD7190是一款专门为电子秤、应变计传感器设计的超低噪声24位 Σ- ΔADC，可以用较少的外围电路实现两路传感器动态称重。本文主要介绍了在满足复杂 的工业环境下，实现高速、高精度采集的AD7190芯片外围电路设计，包括低纹波、大电流 的基准源电路、防止EMI干扰的前端滤波电路、防止动态漂移的补偿电路等。通过测试可以 实现1kHz采样频率下保持万分之一的精度。

1 .引言

随着社会智能化水平的提高，电子称重技术 和电子衡器产品从静态称重向着快速称重、动态 称重发展，应用领域也不断扩大，在工厂包装车 间、物流分拣现场、载货车辆检测站等都可以发 现电子枰的身影。在动态称重和快速称重领域对 称重传感器和米集电路的稳定性、米集精度、米 集速度要求更高。本文根据以上需求，利用ADI 公司的AD7190芯片设计了一款可以满足复杂环境 下的称重传感器信号采集电路，较好的解决了以 上问题。电子衡器是一个系统的设备，尤其是工 业应用所涉及的安全性、稳定性要求较高，本文 内容无法全部描述说明，本文将从设备的抗干扰 和采集精度方面，着重介绍称重传感器的供电、 信号的滤波、EMI的抑制等几个方面。

2.系统原理介绍

整个系统包括系统供电电路、传感器激励源 电路、传感器前端滤波电路、基准补偿电路和单 片机数据处理电路，如图1所示。其中模拟信号 采集电路和单片机处理电路用ADUM1401电池隔 离芯片完全隔离，两个部分的供电也由DC-DC隔 离电源完全隔开，用以避免数字信号对模拟信号 的电磁干扰。

系统的抗干扰性主要提高设备通信接口、电 源接口和传感器接口等与外部设备接口的抗电磁 脉冲干扰性能。对于本系统的模拟采集电路，电 源管理电路前端已有DC-DC隔离电源，只需要增 加简单滤波电路即可。称重传感器接口电路外接 的是系统供电的封闭传感器，有时需要连接较长 的导线，需要抑制无线电磁干扰。

系统的采集精度取决于ADC芯片的精度、放 大电路的性能、传感器激励源的纹波系数、滤波 电路的性能等几个方面，另外微处理器算法中要 处理好称重变送器的蠕变补偿和系统环境的温度 补偿问题。

3.系统电路设计

3.1AD7190 应用

AD7190是一款适用于高精密测量应用的24 位低噪声模拟信号采集芯片，内置128倍PGA、 数据缓冲器、Z-A调制器、后接数字滤波器。滤 波器可通过寄存器配置为SINC3或SINC4滤波方 式，SINC4滤波方式具有更好的50Hz/60Hz抑制性 能，在输出速率较高时可提供更好的无噪声分辨 率，在SINC4滤波方式下最高可提供1.2kHz的采 集速率。另外芯片内置一个通道序列器MUX，通 过寄存器配置为两路差分输入，可用于两路称重 传感器测量。

如图2所示，显示了 AD7190在电子秤中的应 用，负荷传感器位于电桥网络中，通过5V激励源 供电，输出电压为0mV?10mV。传感器输出的电 压和激励源电压成比例关系，当激励源有波动时, 输出电压也将不稳定，所以我们将激励电压作为 ADC的基准电压以降低波动的比例影响。输出的 信号经过MUX通道选择、128倍PGA放大、 SINC4滤波后转化为数字信号输出。

3.2激励源电路设计

根据称重传感器的特性，需要设计一个稳定 低噪声恒流源或恒压源电路，使传感器输出电压 或电流只与被测量事件有关，尽可能的降低负载 变化影响,本文选用基准电压芯片外加CMOS管 扩流的恒压源的方案。REF5050是一款3^Vpp/V 噪声、3ppm/°C漂移精密电压基准，输出电压经过 运放跟随器以提高阻抗，使输出电压更稳定，跟 随器控制场效应管扩流，经过钽电容滤波，得到 低纹波、大电流电压源，电压源可用于AD7190数 字电压源DVDD供电。由于电路的模拟电源和数 字电源是通过单点连线隔离的，所以上述得到的 电压源和地经过三端滤波电容EMI和磁珠隔离后 得到用于传感器和AD7190模拟电源供电的激励源，如图3所示。

3.3传感器滤波电路

称重传感器按照接线方式分为四线制、五线 制、六线制、七线制，包括激励源正、激励源负、 信号输出正、信号输出负、激励源反馈正、激励 源反馈负、屏蔽线，区别在于后三项的有无。本 电路稍微调整激励反馈部分可满足上述各线制接 法，PWR_SW接口用于电桥关断开关，用于程序 控制传感器供电，如图4所示。

传感器输出信号正、负对地电源约为 AVDD/2,差分电压为0mV?10mV。信号经过TVS 管和EMI电容用于抑制电磁干扰，经过共模扼流 圈用于抑制共模信号干扰，随后经过两级电容滤 波进入ADC芯片，芯片接口处的BAV199钳制二 极管用于限制输入电压在芯片安全范围内。对激 励源反馈线进行相同处理，都是用于抑制传感器 在复杂工业环境下的电磁干扰。

3.4补偿电路与用法

以上激励源电路给传感器提供了低纹波、稳 定的电压源，滤波电路滤除了环境对传感器的干 扰，电路在长时间工作时的漂移和蠕变需要补偿 电路和补偿算法处理。

如图5所示，REF5050基准电压芯片输出的 5V电压经过分压得到20mV直流信号源，信号源 经过一级放大跟随器以提高阻抗，再经过滤电容 波和磁珠后得到稳定20mV参考源接入到另外一路 ADC输入口。在配置AD7190时开启多通道循环 连续转换功能，循环检测传感器AD值和补偿电路 AD值，当补偿电路值变化时，我们认为激励源电 压或是内部放电电路产生漂移，记录保存该值， 进而在处理采集的传感器数据时进行比例增减运 算。当传感器值产生微小变化而补偿电路没有变 化时，我们认为传感器发生了蠕变，在处理采集 的传感器数据也要进行相应处理。另外环境温度 的变化，元器件在长时间工作时产生的变化都会 影响采集的准确度，处理方式在其他文章中多有 提及，这里不再介绍。

4.总结

根据作者多年的工作经验，结合现实工业环 境需求，设计了一款可以满足多数应用的称重传 感器采集电路。选用的AD7190芯片应用简单、内 置的MUX、PGA和SINC4功能都符合称重传感器 的需要且性能较好。针对和采集电路配套的单片 机处理部分，要处理大量的FIR或卷积运算，并 要与其他设备进行实时交互通信，建议选用ARM、 CPLD、DSP等运算芯片。设备在工作时建议安装 金属屏蔽罩并接地以降低电磁干扰。