数字称重显示仪的电磁兼容设计

文/郝树虹

1 引言

近年来，随着新技术的不断应用，电子称重技术得到不断的发展。我们在设计数字称重显示仪时，不仅要使用性能稳定的计量芯片来提高仪表的计量精度，还要从开始设计时就要统筹考虑仪表的电磁兼容设计，这样设计出来的产品才是一个性能完整的产品。

2 电磁兼容原理

电磁兼容（EMC）是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁骚扰的能力。随着科学技术的发展，仪表内部广泛的采用单片机嵌入式系统作为中央处理系统，逐渐形成了复杂的电磁环境。电磁干扰分为内部干扰和外部干扰。

3 数字称重显示仪的工作原理

数字称重显示仪采用精密自稳零运算放大器，将传感器的重量信号放大后送到A/D转换单元。A/D 转换部分采用高精度Sigmadelta 技术，将模拟量转换成数字信号。中央处理单元读取A/D 转换器的数字信号，根据仪表参数，计算并显示重量；输出单元完成标准电流信号输出功能。系统结构框图如图1所示。

4 数字称重显示仪硬件的电磁兼容设计

4.1 电路设计原则

数字称重显示仪采用内嵌式单片机，CPU时钟电路要充分考虑电磁屏蔽和高频滤波，紧靠CPU 布置；采用双重工作参数保护和WACHDOG 电路，可确保工作参数不丢失，仪表工作更加可靠；电源设计中，数字电源和模拟电源要单独设计，要设计相互独立的几路电源供仪表中的不同功能块电路使用；数字地和模拟地分开布置，进行滤波处理。

图1：系统结构框图

4.2 元器件选取

根据设计的原理图，选择能够满足仪表电磁兼容性要求并能实现仪表计量功能的元器件。集成电路选择表贴元器件，可以避免高频时产生寄生电感、电容；采用精密自稳零运算放大器；电阻、电容在使用中应尽量缩短引线长度。

4.3 印刷电路板(PCB板)设计原则

4.3.1 印刷电路板的选取

印刷电路板有单面、双面和多层板之分。单面和双面板一般用于低、中密度布线的电路和集成度较低的电路。多层板适用于高密度布线、高集成度芯片的高速数字电路。从电磁兼容的角度来说，多层板可以减小线路板的电磁辐射并提高线路板的抗干扰能力。因为在多层板中，可以设置专门的电源层和地层，使信号线与地线之间的距离仅为线印刷电路板的层间距离。这样板上所有信号的回路面积就可以降至最小，从而有效减小差模辐射。

4.3.2 元器件的布局

在元器件的布局中，电路采用模块化设计，模拟电路中以信号的输入方向布置元器件，尽量缩短元器件之间的连线，降低辐射和干扰；布置元器件时应考虑散热，发热元器件应尽量布置在易通风散热的位置。

4.3.3 电路板的布线规则

在电路板上，用作导线的铜箔一般采用45°转弯，可以减少反射干扰的产生；不要在电路板上留置不用的空白铜箔层，以防它们充当发射/接收的天线；导线之间的距离要尽量大一些，可以减少分布电容的影响；可以采用平行的信号线间穿插地线的隔离走线方式；在传输高频信号时，走线不要存在分支，防止发生谐波干扰。

4.3.4 地线的设计

加粗地线能降低导线电阻，地线宽度最好在2 ～3mm 以上；地线构成闭环比梳子式电路能明显提高抗噪声能力，但是环路面积越小越好。

5 数字称重显示仪软件的电磁兼容设计

在软件设计时，可以采用软件的抗干扰设计，如：

（1）采用冗余指令设计；

（2）设置程序指针陷阱；

（3）当程序弹飞到一个临时构成的死循环时，采用“看门狗(Watchdog)”技术将程序拉出死循环；

（4）设置自检程序。

6 结论

在数字称重显示仪产品的开发阶段，从软、硬两方面对数字称重显示仪的电磁兼容进行设计，大大提高了数字称重显示仪的准确性和稳定性，增强了产品的抗干扰能力，取得了较好的效果。