电子称重仪表辐射抗扰度测试的方法与对策

王杨峰

（宁波柯力传感科技股份有限公司 浙江 宁波 315033）

射频辐射抗扰度（RS）测试是GB/T 7724-2008《电子称重仪表》[1]中规定的电子称重仪表取得计量型式批准证书必须要过的测试项目。由于新国标把抗干扰等级由原来的3 V/m提高到10 V/m，大大提高了仪表通过RS测试的难度。笔者以某型电子称重仪表射频辐射抗扰度测试为例，归纳总结出仪表设计的设计方法及注意事项，供大家借鉴。

1 仪表结构

试验中使用的某型电子称重仪表，整体采用铝合金外壳，薄膜开关样式。硬件部分电源采用开关电源，CPU选用ST公司32位ARM处理器STM32F103，ADC选用ADI公司24位模数转换芯片AD7190，显示采用 128×64点阵2.7’’OLED显示屏。10路隔离输入和12路隔离输出，标配1个RS232和1个RS485接口。框图如图1所示。其中，CPU、显示和ADC电源共用一个变压器次级绕组，通讯电源用另一绕组，即通讯与其他电路隔离。

2 测试标准和方法

根据GB/T 7724-2008《电子称重仪表》和GB/T 23111-2008《非自动衡器》[2]中规定电子称重仪表RS测试标准如下：

频率范围：80～2 000 MHz

场强：10 V/m

图1 仪表硬件框图Fig.1 Hardware block diagram of meter

调制：80%AM，1 kHz，正弦波

最大允许变化：在有干扰和无干扰情况下测试，示值变化不大于e或衡器应检测到显著增差并对其作出反应。

试验在半波暗室中进行，试验设备、设置、程序按照GB/T 17626.3[3]规定执行。其中特别需要关注布线问题，以免影响试验结果，必须遵守“从受试设备引出的连线暴露在电磁场中的距离为1 m”的规定。测试中电子称重仪表引出的连线有电源线、传感器线、通讯线和IO口输入输出线，这4组线必须暴露在电磁场中的距离为1 m，如图2所示。

3 RS测试整改与分析

仪表设置：

图2 试验仪表位置示意图Fig.2 Location diagram of testing meter

1）10 mV信号仪表标定200 000内码，每个e对应20个内码；

2）信号源采用350 Ω电阻应变式传感器，传感器信号线采用屏蔽线，屏蔽接保护地PE；

3）1 M电阻R1和2 200 pF/2 kV高压瓷片电容C1并联跨接在仪表保护地PE与仪表工作地GND之间；

4）仪表的引出线全部接上引出；

5）仪表关闭零点跟踪等功能；

6）仪表外壳接保护地PE；

7）仪表在内码状态下显示；

3.1 初始结果

按照上节的测试标准和方法进行测试，这边需要指出的是传感器必须稳定一段时间，以消除环境等因素的干扰[4]，结果如表1、表2所示。

表1 RS测试水平辐射初始结果Tab.1 RS testing initial result of horizontal radiation

表2 RS测试垂直辐射初始结果Tab.2 RS testing initial result of vertical radiation

从表1、表2中可看出，电子称重仪表受辐射干扰主要在低频段（80～1 000 MHz），高频段（1～2 GHz）几乎对仪表没有影响。针对此款仪表主要集中在200 MHz以下频段，水平辐射仪表内码变化34，垂直辐射抗扰内码变化33，均超过1个e，20个内码变化，有3处敏感点。水平辐射和垂直辐射敏感点大致相同，试验以水平辐射整改为主，水平辐射合格后再验证垂直辐射。

3.2 整 改

整改1：一般来说，射频干扰是通过导体传导和空间辐射两个途径从干扰源传递到敏感设备的[5-6]。切断这两条传播途径就可以解决射频干扰问题。从仪表引出的各类接口线着手成为首选解决问题的途径。

分别拨掉仪表IO口输入输出线和通讯线后进行低频水平辐射，结果如表3、表4所示。

表3拔掉通信线的测试结果Tab.3 Testing result of removing the communication line

表4 拔掉IO口线的测试结果Tab.4 RS testing initial result of removing the IO line

从表3、表4中可看出，IO口输入输出线对试验结果几乎没有影响，拔掉通讯线后在频率点130 MHz和180 MHz处仪表示值明显得到改善。从而可得出射频干扰通过通讯线接收，传入仪表内部，引起内码变化。

措施：分析通讯部分电路，发现通讯线没有进行滤波处理。在通讯线上增加三端滤波器件，注意地线上也要加三端滤波器件，这一点要特别注意。接上通讯线后再进行低频水平辐射，结果如表5所示。

表5 增加接口滤波的测试结果Tab.5 Testing result of adding interface filtering

对比表1与表5，结果显示对通讯接口进行滤波处理后，仪表受到的干扰明显减小。但在130 MHz和180 MHz初相对初值还是有不小的变化，分别为12个内码和7个内码，整个频段有19个内码的变化，若考虑器件差异性等因素，极易超出20个内码。

整改2：整改1中，通过在通讯接口线上增加三端滤波器件后，抗干扰效果明显，但从表3和表5的结果中可看出，还是有一部分干扰通过通讯电路干扰到ADC电路。电路上，通讯信号线与CPU通过光耦隔离，通讯5 V电源从变压器次级绕组2再经LDO稳压得到。从传输路径来看干扰最有可能从通讯地通过变压器次级绕组2耦合到次级绕组1，从而干扰到ADC。

措施：在保护地PE和通讯地之间跨接1M电阻和2 200 pF/2 kV高压瓷片电容（电阻和电容并联），使干扰快速泄放到保护地。

整改后进行低频水平辐射，结果如表6所示。

表6 加RC的测试结果Tab.6 Testing result of adding RC component

从表6可看出，对通讯地进行特殊处理后，抗干扰效果明显。

整改3：从表1～表6可见，100 MHz的敏感点一直存在，初步考虑干扰从传感器信号线耦合进来，干扰ADC，频率在100 MHz附近。在整改2的基础上，在传感器信号线，反馈线、电源线和地线上都加三端滤波器件滤波，进行低频水平辐射，结果如表7所示。

表7 传感器接口加滤波后测试结果Tab.7 Testing result of adding filter components on sensor interface

从表7可看出，100 MHz处效果改善明显，在整个频率段内内码变化9，满足仪表示值不大于1个e的要求。

整改4：为进一步提高辐射抗扰性能，在上述的基础上，把ADC部分用金属屏蔽罩屏蔽起来，再做辐射抗扰试验，结果如表8所示。

表8 加ADC屏蔽罩测试结果Tab.8 Testing result of adding ADC shielding case

可见，对ADC进行屏蔽处理，效果明显。

按照上述方法对仪表进行整改处理，随机抽取3台做辐射抗扰度实验，全部通过实验，而内码变化最大不超过6个内码。

3.3 分析总结

通过以上整改及RS测试结果，发现可从四方面着手提高仪表的辐射抗干扰能力，以顺利通过RS测试：

1）外部接口：各种外部接口线都应做滤波处理，如有可能尽量采用隔离方案，尽量减小从接口线耦合进来的干扰。对于电子称重仪表ADC部分，接口处必须采用三端滤波器件，以提高滤波性能；通讯部分与CPU采用光耦或磁隔离，同时接口加滤波处理；IO口输入输出线与CPU采用光耦隔离，IO电路部分尽量采用外部电源，以最大程度消除RS造成的影响；进行滤波处理时注意电源线和地线也要进行滤波处理。

2）屏蔽：外壳和关键电路的屏蔽与接地。金属外壳的电子称重仪表，注意金属连接件之间的缝隙，尽量不留缝隙，使外壳构成一个整体，特别注意显示窗口的屏蔽，同时外壳接保护地，使壳体对整个仪表内部器件起到屏蔽作用；塑料外壳电子仪表在壳体内表面喷涂金属漆或电镀金属材料，同时接保护地；对ADC部分，采用金属屏蔽罩以减小空间辐射对ADC的影响。

3）内部电路：合理的电路设计有利于提高仪表的抗干扰能力。合理布局电源、CPU、ADC、IO及通讯电路，尽量采用隔离方案；PCB设计时对敏感信号包地线，以减小其环路面积，如成本允许，尽量采用4层板；按键接口处接上拉电阻，提高芯片的抗干扰能力，防止按键的误响应；芯片不用引脚不要悬空，接地或电源；对于开关电源，注意共模电感、差模电感、XY电容的参数选取，变压器最好采用带屏蔽绕组的，初次级跨接高压瓷片电容，注意开关电源的接地问题；各工作地和保护地PE之间的连接问题，确保每个地都有泄放途径。

4）软件：选择合适的ADC数据滤波算法，有利于提高仪表的辐射抗扰能力。

4 结 论

介绍了电子称重仪表RS测试的测试标准和测试方法，结合某型电子称重仪表RS测试结果及分析整改，归纳出电子称重仪表设计过程中设计注意事项及设计技巧，对提高仪表抗干扰能力，顺利通过RS测试，取得计量型式批准证书，具有一定的参考价值。

[1]GB/T 7724-2008《电子称重仪表》[S].北京：中国标准出版社，2009.

[2]GB/T 23111-2008《非自动衡器》[S].北京：中国标准出版社，2008.

[3]GB/T 17626.3-2006电磁兼容试验和测量技术射频电磁场辐射抗扰度试验[S].北京：中国标准出版社，2008.

[4]杨霞.避免温漂对测量结果的影响 [J].企业标准化，2006（9）：52-52.

YANG Xia.To avoid the influence on the measurement results of temperature drift[J].Enterprise Standardization，2006（9）：52-52.

[5]朱文立.射频辐射对电子产品的影响分析及对策[J].电子产品可靠性与环境试验，2008，26（1）：157-165.

ZHU Wen-li.The effect of RF radiation on electronic products and the countermeasures[J].Electronic Product Reliability and Environmental Testing，2008，26（1）：157-165.

[6]荆大永.电子衡器的干扰分析及抑制[J].衡器，2011，40（2）：23-25.

JING Da-yong.Interference analysis and suppression of elcctronic weighing instrument[J].Weighing Instrument， 2011，40（2）：23-25.