在高精度稱重應(yīng)用中，如實(shí)驗(yàn)室天平、商用電子秤及工業(yè)料斗秤，系統(tǒng)對分辨率、噪聲抑制和長期穩(wěn)定性要求極為嚴(yán)苛。ADI公司的AD7192——一款24位Σ-Δ型模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），憑借超低噪聲（4.7 Hz時(shí)RMS噪聲僅11 nV）、內(nèi)置可編程增益放大器（PGA）及差分輸入架構(gòu)，成為此類應(yīng)用的理想選擇。來自ADI代理授權(quán)、原廠貨源-中芯巨能將從系統(tǒng)架構(gòu)、比率式測量原理、電源設(shè)計(jì)及實(shí)測性能等方面，詳解如何基于AD7192構(gòu)建高性能電子秤系統(tǒng)。

系統(tǒng)架構(gòu)與信號鏈

AD7192可直接連接稱重傳感器，構(gòu)成完整的信號采集前端。典型2 kg稱重傳感器靈敏度為2 mV/V，在5 V激勵(lì)下滿量程輸出為10 mV。考慮到傳感器存在最高達(dá)±20%的增益誤差及高達(dá)50%滿量程的失調(diào)（TARE），AD7192配置為雙極性輸入、PGA增益128時(shí)，其模擬輸入范圍達(dá)±40 mV，可有效容納失調(diào)與誤差，避免前端飽和。

系統(tǒng)采用6線式稱重傳感器以實(shí)現(xiàn)真正的比率式測量：傳感器的SENSE+和SENSE?引腳直接連接至AD7192的REFIN+和REFIN?基準(zhǔn)輸入端。由于ADC的基準(zhǔn)電壓取自電橋?qū)嶋H激勵(lì)電壓，電源波動引起的誤差被共模抑制，顯著提升長期穩(wěn)定性。若使用4線式傳感器，則激勵(lì)電壓經(jīng)線路電阻后產(chǎn)生壓降，破壞比率關(guān)系，降低精度。

電源與EMC設(shè)計(jì)

AD7192采用獨(dú)立的模擬電源（AVDD）和數(shù)字電源（DVDD）。為簡化與3.3 V微控制器的接口，DVDD直接由3.3 V LDO（如ADP3303）供電，無需電平轉(zhuǎn)換。AVDD則由另一路低噪聲5 V LDO提供，并在輸出端增加RC/π型濾波網(wǎng)絡(luò)及降噪電容，確保稱重傳感器與ADC獲得潔凈電源。實(shí)踐表明，電源或地平面上的任何噪聲都會直接耦合至微伏級信號，因此低噪聲LDO+多級濾波是實(shí)現(xiàn)高分辨率的關(guān)鍵。

實(shí)測性能分析

在4.7 Hz輸出數(shù)據(jù)速率下，AD7192理論RMS噪聲為11 nV，對應(yīng)峰峰值噪聲約72.6 nV（6.6倍轉(zhuǎn)換系數(shù)），可實(shí)現(xiàn)約17.4位無噪聲分辨率。實(shí)際測試中，將1 kg標(biāo)準(zhǔn)砝碼置于6線傳感器上，連續(xù)采集500次轉(zhuǎn)換結(jié)果（圖3），系統(tǒng)實(shí)測峰峰值噪聲為98 nV，對應(yīng)16.6位有效分辨率，等效重量分辨率達(dá)0.02 g（圖4）。該性能已接近傳感器本底噪聲極限，表明AD7192前端設(shè)計(jì)充分釋放了傳感器潛力。

進(jìn)一步通過**數(shù)字后置濾波（如移動平均）**可降低噪聲、提升有效分辨率，但會犧牲數(shù)據(jù)速率，適用于對響應(yīng)速度要求不高的靜態(tài)稱重場景。

器件選型建議

高端應(yīng)用：AD7192（本文方案）或更低噪聲的AD7190（8.5 nV @ 4.7 Hz）；

中端應(yīng)用：AD7799（27 nV @ 4.17 Hz）；

低成本方案：AD7798/AD7780/AD7781，適用于對分辨率要求≤16位的場景。

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