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便攜式電子吊鉤秤儀表設(shè)計(jì)有哪些要求
便攜式電子吊鉤秤顧名思義是一款使用攜帶為便攜的電子秤。隨著大家對(duì)電子吊鉤秤的不斷需求，使用環(huán)境或者稱量產(chǎn)品的不同，大家對(duì)電子吊鉤秤的功能樣式自然有所不同。因此電子吊鉤秤繁衍今，功能樣式才多種多樣。電子吊鉤秤小編要和大家分享的內(nèi)容是本篇關(guān)于便攜式電子吊鉤秤儀表設(shè)計(jì)有哪些要求的文章，讓大家對(duì)電子吊鉤秤有個(gè)更熟悉的認(rèn)知哦。
便攜式電子吊鉤秤儀表設(shè)計(jì)要求：
一、低功耗設(shè)計(jì)
便攜式電子吊鉤秤一般采取電池供電方式。使用者當(dāng)然不希望經(jīng)常性的充電或更換電池，所以待機(jī)時(shí)間的長(zhǎng)短往往是使用者考慮的一個(gè)重要因素。這要求設(shè)計(jì)者采取方法來降低功耗。
1.1選擇低功耗的元器件
隨著集成電路工藝的發(fā)展，集成電路的電源電壓已呈下降趨勢(shì)。運(yùn)算放大器、A/D轉(zhuǎn)換器及數(shù)字器件均采用CMOS工藝。微功耗IC的工作電流已經(jīng)降到幾μA～幾十μA，一種帶基準(zhǔn)電壓源的電壓比較器MAX918，工作電流需0.8μA，這使得功耗顯著降低。作者根據(jù)自己的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，提出以下幾點(diǎn)建議：
由于低的電源電壓有助于降低功耗，近年來，3.3V的低電壓CMOS器件已經(jīng)在設(shè)計(jì)中被應(yīng)用，2.5V供電的芯片也出現(xiàn)在較新的便攜式儀器中。將來芯片的電源電壓甚還繼續(xù)下降到0.9V。
MCU(微控制器)和MPU(微處理器)往往是系統(tǒng)中消耗功率zui多的元件，盡量選擇RISC芯片，因?yàn)樾酒凸牡挠涗洿蠖嗍怯蒖ISC芯片創(chuàng)造的。
單電源供電可電源使用效率，在設(shè)計(jì)中盡量采取單電源供電的芯片，特別是運(yùn)放。
顯示元件可采用LCD(液晶)顯示器，盡量不用根據(jù)不同的工作狀態(tài)可以關(guān)閉一部分電路，特別是對(duì)大電流器件。早期有關(guān)閉功能控制的主要是電源IC，現(xiàn)逐步發(fā)展到運(yùn)算放大器、比較器、A/D轉(zhuǎn)換器等器件。在關(guān)閉狀態(tài)下，IC不工作，耗電在零點(diǎn)幾微安到幾微安之間。當(dāng)電路不可避免的使用大電流器件時(shí)，如紅外發(fā)射器、無線通訊發(fā)射器件等，應(yīng)設(shè)計(jì)使大電流的電路單元在需要其工作的短時(shí)間內(nèi)工作，其余時(shí)間使其處于斷電狀態(tài)。設(shè)計(jì)這種電路時(shí)需考慮電路的工作響應(yīng)時(shí)間。
降低系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率。數(shù)字芯片的功耗與時(shí)鐘頻率有關(guān)，在權(quán)衡運(yùn)行速度后，采用較低的時(shí)鐘頻率可以降低電流消耗。以PIC16C71低功耗單片機(jī)為例，當(dāng)供電電壓為5V，時(shí)鐘頻率為4 MHz時(shí)，功耗約為10 MW;在相同的供電電壓下，把時(shí)鐘頻率降到32 kHz時(shí)，功耗約為0.15MW。功耗明顯減少。
供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是低功耗設(shè)計(jì)的重要方面。當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)采用電池供電時(shí)，設(shè)計(jì)人員必須考慮zui大電流消耗、工作電壓范圍、尺寸和重量約束、工作溫度范圍以及工作頻率等因素。類型電池的工作電壓互不相同，鋰電池為3.0V，而鎳-鎘電池則可提供30A的電流。設(shè)計(jì)人員選擇電池時(shí)必須考慮每種類型電池的特征。電源芯片需考慮采用、體積小的芯片。
在設(shè)計(jì)階段應(yīng)該對(duì)功能和功耗進(jìn)行評(píng)估。一般說來，更多功能必然意味著更大的硬件規(guī)模、更大的功率消耗，有一些可有可無的功能應(yīng)盡量縮減。
1.3優(yōu)化軟件設(shè)計(jì)，利用睡眠方式
在大部分便攜式電子吊鉤秤內(nèi)部有MCU，MCU節(jié)省內(nèi)部功耗的*方法是進(jìn)入睡眠狀態(tài)。在睡眠狀態(tài)下，MCU的振蕩器被關(guān)閉，這可使它只消耗小的電流，典型值為幾微安數(shù)量級(jí)?？衫帽O(jiān)視定時(shí)器或外部中斷將MCU從睡眠狀態(tài)喚醒。如動(dòng)態(tài)心電圖儀，由于人的心跳相對(duì)于MCU的時(shí)鐘是很緩慢的，可以利用定時(shí)器中斷，定時(shí)的將MCU喚醒，處理完成后再次進(jìn)入休眠，這樣可以大大降低功耗。
二、干擾設(shè)計(jì)
人體置身于充滿電磁場(chǎng)的空間，恰如一個(gè)天線接收器，人體上感應(yīng)有頻率的電壓，很有可能干擾便攜式電子吊鉤秤。而且便攜式電子吊鉤秤可能工作在環(huán)境下，特別是一些針對(duì)工業(yè)用的儀表要面對(duì)電磁環(huán)境惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，這時(shí)外界的干擾更大了。
形成干擾的基本要素有3個(gè)：干擾源、傳播路徑和干擾耦合器件。干擾源是產(chǎn)生干擾的元件、設(shè)備或信號(hào)，比如雷電、電機(jī)、高頻時(shí)鐘等。傳播路徑是指從干擾源到干擾耦合器件的通路和媒質(zhì)。干擾耦合器件指被干擾的對(duì)象，每個(gè)IC和傳感器都有可能被干擾。對(duì)便攜式儀器而言，因?yàn)槠渌幬恢玫牟还潭ㄐ?，外部干擾源是不可選擇的，所以只能從降低內(nèi)部干擾、干擾傳播途徑上做文章。
一般電路設(shè)計(jì)中的幾個(gè)干擾原則依然是要遵循的。如合理分布元件，強(qiáng)弱信號(hào)及數(shù)字、模擬信號(hào)分塊布;盡量避免90°折線，布線器支持圓弧線的盡量用圓弧線;數(shù)字地與模擬地分離，并zui后接于電源地;用地線將數(shù)字區(qū)和模擬區(qū)隔離;布線時(shí)盡量減少回路環(huán)的面積，電源線和地線要盡量粗，采用多層板設(shè)計(jì)，一層電源一層地，以降低噪聲的耦合;對(duì)電源低頻濾波，電路板上每個(gè)IC電源輸入端并聯(lián)一個(gè)0.01μF～0.1μF的高頻濾波電容;對(duì)于芯片閑置的管腳，盡量不要懸空;單片機(jī)系統(tǒng)使用電源監(jiān)控和看門狗電路;高頻器件盡可能放在電路板邊緣;盡可能降低時(shí)鐘頻率等等。
但是也有些傳統(tǒng)的干擾措施不可能應(yīng)用于便攜式電子吊鉤秤。比如對(duì)付高頻輻射干擾zui的法是在外殼加屏蔽罩，這種措施一方面增加了體積和重量，另一方面對(duì)于有些需要與外界接觸的儀器是不適用的。替代的方法是在外殼噴涂導(dǎo)電材料。再如，如果受板上空間的限制，不能將輸入的模擬信號(hào)濾波，則必須用軟件濾波。
多數(shù)的連接元件與電纜相連，這樣為EMI(電磁干擾)充當(dāng)了不想要的天線。因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保持連接元件與高頻信號(hào)源(如時(shí)鐘信號(hào))盡量。同樣易受干擾的電路，如復(fù)位或中斷，也盡量離高頻信號(hào)源，并加大電容濾波。當(dāng)板上沒有足夠的空間時(shí)，寧可將連接元件固定在外殼上。
三、ESD
嚴(yán)格的說，ESD也是干擾設(shè)計(jì)的一部分，但是鑒于ESD長(zhǎng)期以來都沒有引起設(shè)計(jì)人員足夠的重視，以及便攜器件受到靜電放電(ESD)損壞的可能性大，現(xiàn)將它單闡述。兩種不導(dǎo)電材料的接觸與分離都引起電子的轉(zhuǎn)移，因而在各物體上產(chǎn)生額外的電荷。當(dāng)積累的靜態(tài)電荷向另一個(gè)電位較低(相對(duì)地)的物體放電時(shí)，放電量的大小和放電持續(xù)時(shí)間取決于充電材料的類型和周圍的環(huán)境等多種因素。的便攜電子器件，從zui基本的到zui復(fù)雜的，都容易受到ESD的損壞。
一個(gè)值得信賴的操作員即使在正常的設(shè)備操作中也可能攜帶有危害的電荷。過，ESD常常是根據(jù)需要事后補(bǔ)充到電路設(shè)計(jì)中。然而，由于半導(dǎo)體越來越復(fù)雜，亞微米工藝和細(xì)小的線寬對(duì)瞬態(tài)過壓的影響也越明顯，一些zui敏感的元件可能被低20V的ESD電壓損壞，過所采用的傳統(tǒng)方法，如火花放電器、齊納二管、RC網(wǎng)絡(luò)和箝位二管已經(jīng)不再適用，因?yàn)樗鼈儺a(chǎn)生假象，甚干擾電路的正常操作。而且，歐共體的EN61000等工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為電子產(chǎn)品均設(shè)定了嚴(yán)格的ESD要求。顯然，一個(gè)良好的系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)該在電路設(shè)計(jì)的zui初階段考慮ESD對(duì)便攜器件的威脅。
有幾種瞬態(tài)裝置可供選擇，zui常用的如瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)二管。但選擇時(shí)仍應(yīng)謹(jǐn)慎。如果器件選擇不當(dāng)，不能發(fā)揮作用，而且還干擾電路的正常工作。為了抑制便攜系統(tǒng)的瞬態(tài)過程，裝置必須具有以下特性：
·快的響應(yīng)時(shí)間;
·低的箝位電壓和操作電壓
·能夠處理高峰值ESD電流
·能承受ESD的重復(fù)作用而不受破壞
·尺寸小;
·反向漏電流小。
PCB布線是瞬態(tài)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要部分，尤其是便攜系統(tǒng)設(shè)計(jì)。通路中的寄生電感產(chǎn)生電壓尖峰，并可能超過被IC的損壞門限值。這在ESD或EFT(電瞬變脈沖群)這樣的瞬變中尤其嚴(yán)重。電感負(fù)載上的電壓與電流的時(shí)間變化率成正比。根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)，ESD所產(chǎn)生的瞬變可以在1 ns內(nèi)達(dá)到峰值。假設(shè)每英寸布線的電感是20 NH，且布線長(zhǎng)為0.25英寸，則電壓尖峰將是一個(gè)電壓為50 V、電流為10 A的脈沖。必須考慮的電感通路，包括地線回路、TVS(與被線之間的通路)以及連接器到TVS器件之間的通路。TVS器件應(yīng)盡可能靠近連接器，以減少對(duì)附近布線的瞬態(tài)耦合。輻射還影響電路板的其它區(qū)域，即便與連接器之間沒有直接的通路。zui后，應(yīng)避免在電路板邊緣或靠近被布線的地方布置重要的信號(hào)線。
在外殼設(shè)計(jì)上，外殼開口和內(nèi)部電路之間應(yīng)留有足夠長(zhǎng)的放電距離，盡量使電路敏感部分離開口。對(duì)于塑料外殼的產(chǎn)品，其中的PCB還應(yīng)避免與開口附近的殼體相接觸，因?yàn)镋SD可使電弧沿塑料表面接入PCB。
四、減小體積尺寸
所述都是著重于方面的考慮，對(duì)于便攜式儀器而言，體積和重量也是使用者很關(guān)注的方面。為了減少體積需要考慮以下幾個(gè)方面的問題。
盡量使用貼片元件。目前外生產(chǎn)的電子產(chǎn)品約90%采用貼片式元器件(SMD)，采用表面組裝(SMT)進(jìn)行裝配，而便攜式電子產(chǎn)品則是采用貼片式元器件。采用貼片式集成電路組成的電子產(chǎn)品可以兩面貼裝，不是尺寸小，并且有更好的高頻。
選擇功能集成的IC。進(jìn)一步縮小IC的封裝尺寸是有困難的，但是可以選擇將幾個(gè)相關(guān)的集成電路做在同一塊硅片上的IC。比如MICROCHIP公的PIC單片機(jī)把MPU、A/D轉(zhuǎn)換器和脈寬調(diào)制等功能做到一塊，利用它完可以形成一個(gè)立單片系統(tǒng)。數(shù)字可編程器件如CPLD、FPGA等把以前的大量門電路集中在一塊芯片上?，F(xiàn)在更是出現(xiàn)了一種新的可編程SOC器件，其中集成了可編程模擬電路。這使得芯片的活性大大，SOC時(shí)代越來越近了。選擇功能集成的芯片對(duì)于儀器的低功耗設(shè)計(jì)也是很有好處的。
在布布線時(shí)，在干擾性的條件下，盡量把元器件往一起擠，布線不通時(shí)盡量考慮增加線路板的層數(shù)，而不是擴(kuò)大面積。另外與一般儀器不同，為了的利用寸空間，便攜式電子吊鉤秤的線路板在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該與外殼設(shè)計(jì)人員進(jìn)行溝通，在電路特性允許的情況下，布布線和線路板形狀等都盡可能的兼顧外殼設(shè)計(jì)。
五、結(jié)束語
便攜式電子吊鉤秤雖然大多小巧玲瓏，但要考慮的問題也包括了方方面面的內(nèi)容。除了上述這些有著普遍意義的注意點(diǎn)之外，在進(jìn)行設(shè)計(jì)便攜式電子吊鉤秤時(shí)還需要結(jié)合不同的用途、特性和使用場(chǎng)合，發(fā)現(xiàn)特定研發(fā)對(duì)象的個(gè)性的注意點(diǎn)。另外各個(gè)注意點(diǎn)之間可能是矛盾的，在不可兼顧的時(shí)候，要善于找到問題的關(guān)鍵點(diǎn)，作出正確的取舍，從而設(shè)計(jì)出穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)合理的便攜式電子吊鉤秤，人們的生產(chǎn)生活。
通過內(nèi)容的了解，相信大家對(duì)便攜式電子吊鉤秤儀表設(shè)計(jì)有哪些要求已經(jīng)清楚了。本文由上海恒剛儀器儀表有限公電子吊鉤秤小編整理提供，感謝大家的支持。閱讀過本文的用戶還讀過：