Электронные весы широко используются в розничных магазинах, логистических центрах, складах, предприятиях пищевой промышленности и промышленных производственных линиях. Эти устройства преобразуют механическую силу в электрические сигналы и обрабатывают их для расчета веса.

Типичные электронные весы могут содержать тензодатчики, схемы формирования сигнала, аналого-цифровые преобразователи (АЦП), микроконтроллеры, дисплеи и интерфейсы связи.

Хотя эти системы имеют разную конструкцию, у них есть общее важное требование: стабильные электронные схемы необходимы для стабильных результатов измерений.

В этих устройствах для развязки, фильтрации и формирования сигнала обычно используются многослойные керамические конденсаторы (MLCC).

В этой статье объясняются основные области применения MLCC в электронных весах и факторы выбора, которые должны учитывать инженеры и покупатели.

1. MLCC в обработке сигналов тензодатчиков

Датчик веса является ключевым компонентом многих электронных весов. Он преобразует механическую деформацию, вызванную приложенной нагрузкой, в небольшой электрический сигнал.

Этот сигнал часто имеет очень низкую амплитуду и требует усиления перед цифровым преобразованием.

Схема обработки сигнала может включать в себя инструментальный усилитель, схему фильтрации и АЦП.

MLCC могут использоваться для:

• Развязка источника питания вокруг микросхем усилителя.
• Фильтрация выбранных путей прохождения сигнала.
• Поддержка стабильных шин питания АЦП.
• Снижение высокочастотных помех в подходящих местах схемы.

В чувствительных измерительных схемах характеристики конденсаторов заслуживают пристального внимания. Допуск по емкости, температурная стабильность, диэлектрическая абсорбция и поведение утечки могут иметь значение в зависимости от схемы.

Конденсаторы C0G/NP0 могут подойти для определенных прецизионных приложений или приложений с низкими потерями. Конденсаторы X7R обычно используются для развязки питания общего назначения.

Правильный выбор должен соответствовать рекомендациям производителя усилителя и АЦП.

2. Поддержка схем АЦП в весовом оборудовании

АЦП преобразует усиленный сигнал тензодатчика в цифровые данные, которые может обрабатывать микроконтроллер.

Во многих системах взвешивания используются АЦП высокого разрешения, предназначенные для обработки сигналов датчиков низкого уровня.

Этим микросхемам могут потребоваться конденсаторы на контактах питания, опорных входах и других внешних соединениях.

MLCC можно использовать в этих положениях, если это указано в таблице данных АЦП.

Инженеры должны учитывать:

• Рекомендуемые номиналы конденсаторов.
• Допуск по емкости.
• Диэлектрический тип.
• Характеристики смещения постоянного тока.
• Температурная стабильность.
• Разводка печатной платы и заземление.

Конденсатор, который подходит для общей цифровой шины питания, может автоматически не подходить для прецизионной опорной схемы или схемы аналоговой фильтрации.

Перед утверждением замены компонентов необходимо просмотреть полный эталонный проект АЦП.

3. Фильтрация питания для электронных весов.

Электронные весы могут работать от батареек, внешних адаптеров или промышленных источников питания.

Их печатные платы могут включать в себя несколько шин напряжения для аналоговых измерений, цифровой обработки, дисплеев и модулей связи.

MLCC обычно используются в стабилизаторах напряжения и интегральных схемах для поддержки локальной развязки и фильтрации высокочастотных шумов.

Типичные области применения включают в себя:

• Входная фильтрация для регуляторов напряжения.
• Развязка выходов вокруг силовых микросхем.
• Локальная фильтрация для микроконтроллеров.
• Развязка питания для драйверов дисплея.
• Фильтрация интерфейсов связи.

X5R и X7R MLCC являются распространенными вариантами для многих силовых приложений общего назначения при условии, что их эффективная емкость и рабочие характеристики соответствуют требованиям.

4. Управление электрическими шумами в промышленных системах взвешивания

Промышленное весовое оборудование может работать рядом с двигателями, конвейерами, импульсными источниками питания и другим электрооборудованием.

Эти системы могут создавать электрические помехи через линии электропередачи, сигнальные кабели и пути заземления.

Поскольку сигналы тензодатчиков могут быть небольшими, нежелательные помехи могут стать важным фактором при проектировании.

MLCC могут поддерживать фильтрацию и развязку в электронных схемах, но это лишь часть решения.

Инженеры также должны учитывать:

• Экранированные кабели тензодатчиков, где это необходимо.
• Правильное заземление и прокладка кабеля.
• Защита входа.
• Дифференциальная маршрутизация сигналов.
• Разводка печатной платы и разделение шумных цепей.
• Фильтрация рассчитана на необходимую полосу измерения.

Для обеспечения хорошей электромагнитной совместимости необходимо учитывать всю систему, включая проводку, корпус, разъемы и архитектуру источника питания.

5. MLCC в схемах отображения и связи.

Современные электронные весы часто включают в себя ЖК- или светодиодные дисплеи, клавиатуры, память и интерфейсы связи.

Коммерческие и промышленные модели также могут поддерживать USB, RS-232, RS-485, Ethernet или беспроводное соединение.

Эти схемы содержат цифровые микросхемы, генерирующие коммутационные токи во время работы.

MLCC обычно размещаются рядом с микроконтроллерами, микросхемами памяти, драйверами дисплея и интерфейсными микросхемами для локальной развязки питания.

Требуемая емкость и размер корпуса зависят от спецификации микросхемы, рабочей частоты, шины питания и компоновки печатной платы.

Инженерам следует избегать применения одной спецификации конденсатора к каждой схеме просто потому, что компоненты используются на одной плате.

6. Выбор MLCC для электронных весов

Выбор подходящих MLCC требует рассмотрения электрических требований каждого места цепи.

Емкость

Выбирайте емкость в соответствии с требованиями фильтрации, развязки или формирования сигнала. Для MLCC класса II проверьте эффективную емкость при фактическом рабочем напряжении постоянного тока.

Номинальное напряжение

Выберите номинальное напряжение с соответствующим расчетным запасом. Не оценивайте номинальное напряжение без учета переходных режимов цепи.

Тип диэлектрика

• C0G/NP0: Подходит для избранных прецизионных цепей, требующих стабильной емкости и низких диэлектрических потерь.
• X7R: Обычно используется для развязки и фильтрации питания общего назначения.
• X5R: Может подойти для компактных силовых цепей, если его температурный диапазон и характеристики смещения постоянного тока соответствуют проектным требованиям.

Толерантность

Прецизионные схемы могут требовать более жестких допусков по емкости. Общие приложения для развязки мощности могут допускать более широкий допуск.

Температурные характеристики

Проверьте ожидаемую рабочую температуру и указанный температурный диапазон конденсатора. Изменения температуры могут повлиять на емкость и другие электрические характеристики.

Размер упаковки

Общие корпуса включают 0402, 0603 и 0805. Соответствующий размер зависит от емкости, номинального напряжения, места на печатной плате, условий сборки и механической надежности.