文/郝樹(shù)虹

1 引言

近年來(lái)，隨著新技術(shù)的不斷應(yīng)用，電子稱(chēng)重技術(shù)得到不斷的發(fā)展。我們?cè)谠O(shè)計(jì)數(shù)字稱(chēng)重顯示儀時(shí)，不僅要使用性能穩(wěn)定的計(jì)量芯片來(lái)提高儀表的計(jì)量精度，還要從開(kāi)始設(shè)計(jì)時(shí)就要統(tǒng)籌考慮儀表的電磁兼容設(shè)計(jì)，這樣設(shè)計(jì)出來(lái)的產(chǎn)品才是一個(gè)性能完整的產(chǎn)品。

2 電磁兼容原理

電磁兼容（EMC）是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中符合要求運(yùn)行并不對(duì)其環(huán)境中的任何設(shè)備產(chǎn)生無(wú)法忍受的電磁騷擾的能力。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，儀表內(nèi)部廣泛的采用單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)作為中央處理系統(tǒng)，逐漸形成了復(fù)雜的電磁環(huán)境。電磁干擾分為內(nèi)部干擾和外部干擾。

3 數(shù)字稱(chēng)重顯示儀的工作原理

數(shù)字稱(chēng)重顯示儀采用精密自穩(wěn)零運(yùn)算放大器，將傳感器的重量信號(hào)放大后送到A/D轉(zhuǎn)換單元。A/D 轉(zhuǎn)換部分采用高精度Sigmadelta 技術(shù)，將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。中央處理單元讀取A/D 轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信號(hào)，根據(jù)儀表參數(shù)，計(jì)算并顯示重量；輸出單元完成標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)輸出功能。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

4 數(shù)字稱(chēng)重顯示儀硬件的電磁兼容設(shè)計(jì)

4.1 電路設(shè)計(jì)原則

數(shù)字稱(chēng)重顯示儀采用內(nèi)嵌式單片機(jī)，CPU時(shí)鐘電路要充分考慮電磁屏蔽和高頻濾波，緊靠CPU 布置；采用雙重工作參數(shù)保護(hù)和WACHDOG 電路，可確保工作參數(shù)不丟失，儀表工作更加可靠；電源設(shè)計(jì)中，數(shù)字電源和模擬電源要單獨(dú)設(shè)計(jì)，要設(shè)計(jì)相互獨(dú)立的幾路電源供儀表中的不同功能塊電路使用；數(shù)字地和模擬地分開(kāi)布置，進(jìn)行濾波處理。

圖1：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

4.2 元器件選取

根據(jù)設(shè)計(jì)的原理圖，選擇能夠滿(mǎn)足儀表電磁兼容性要求并能實(shí)現(xiàn)儀表計(jì)量功能的元器件。集成電路選擇表貼元器件，可以避免高頻時(shí)產(chǎn)生寄生電感、電容；采用精密自穩(wěn)零運(yùn)算放大器；電阻、電容在使用中應(yīng)盡量縮短引線(xiàn)長(zhǎng)度。

4.3 印刷電路板(PCB板)設(shè)計(jì)原則

4.3.1 印刷電路板的選取

印刷電路板有單面、雙面和多層板之分。單面和雙面板一般用于低、中密度布線(xiàn)的電路和集成度較低的電路。多層板適用于高密度布線(xiàn)、高集成度芯片的高速數(shù)字電路。從電磁兼容的角度來(lái)說(shuō)，多層板可以減小線(xiàn)路板的電磁輻射并提高線(xiàn)路板的抗干擾能力。因?yàn)樵诙鄬影逯?，可以設(shè)置專(zhuān)門(mén)的電源層和地層，使信號(hào)線(xiàn)與地線(xiàn)之間的距離僅為線(xiàn)印刷電路板的層間距離。這樣板上所有信號(hào)的回路面積就可以降至最小，從而有效減小差模輻射。

4.3.2 元器件的布局

在元器件的布局中，電路采用模塊化設(shè)計(jì)，模擬電路中以信號(hào)的輸入方向布置元器件，盡量縮短元器件之間的連線(xiàn)，降低輻射和干擾；布置元器件時(shí)應(yīng)考慮散熱，發(fā)熱元器件應(yīng)盡量布置在易通風(fēng)散熱的位置。

4.3.3 電路板的布線(xiàn)規(guī)則

在電路板上，用作導(dǎo)線(xiàn)的銅箔一般采用45°轉(zhuǎn)彎，可以減少反射干擾的產(chǎn)生；不要在電路板上留置不用的空白銅箔層，以防它們充當(dāng)發(fā)射/接收的天線(xiàn)；導(dǎo)線(xiàn)之間的距離要盡量大一些，可以減少分布電容的影響；可以采用平行的信號(hào)線(xiàn)間穿插地線(xiàn)的隔離走線(xiàn)方式；在傳輸高頻信號(hào)時(shí)，走線(xiàn)不要存在分支，防止發(fā)生諧波干擾。

4.3.4 地線(xiàn)的設(shè)計(jì)

加粗地線(xiàn)能降低導(dǎo)線(xiàn)電阻，地線(xiàn)寬度最好在2 ～3mm 以上；地線(xiàn)構(gòu)成閉環(huán)比梳子式電路能明顯提高抗噪聲能力，但是環(huán)路面積越小越好。

5 數(shù)字稱(chēng)重顯示儀軟件的電磁兼容設(shè)計(jì)

在軟件設(shè)計(jì)時(shí)，可以采用軟件的抗干擾設(shè)計(jì)，如：

（1）采用冗余指令設(shè)計(jì)；

（2）設(shè)置程序指針陷阱；

（3）當(dāng)程序彈飛到一個(gè)臨時(shí)構(gòu)成的死循環(huán)時(shí)，采用“看門(mén)狗(Watchdog)”技術(shù)將程序拉出死循環(huán)；

（4）設(shè)置自檢程序。

6 結(jié)論

在數(shù)字稱(chēng)重顯示儀產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)階段，從軟、硬兩方面對(duì)數(shù)字稱(chēng)重顯示儀的電磁兼容進(jìn)行設(shè)計(jì)，大大提高了數(shù)字稱(chēng)重顯示儀的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，增強(qiáng)了產(chǎn)品的抗干擾能力，取得了較好的效果。