解析超聲波熱量表的時差測量
2022-04-27標簽：超聲波熱量表
超聲波熱量表表除了具有TDC-GP2所具有的高精度時間測量，高速脈沖發生器，接收信號使能，溫度測量和時鐘控制等功能外，它還集成了施密特觸發器，斬波穩定的內部比較器和模擬開關等特殊功能模塊，使得它尤其適合于超聲波流量測量和熱量測量方面的應用。這款芯片利用現代化的純數字化CMOS技術，將時間間隔的測量量化到22ps的精度，給超聲波熱量表的時差測量提供了一個完美的解決方案。
1、TDC-GP21的技術核心——時間數字轉換器（TDC）
TDC—即時間數字轉換器(Time-to-DigitalConverter)，它是利用信號通過邏輯門的絕對時間延遲來精確量化時間間隔。
圖2顯示了這種測量絕對時間TDC的主要構架。芯片上的智能電路結構、擔保電路和特殊的布線方法使得芯片可以精確地記下信號通過門電路的個數。芯片能獲得的最高測量精度基本上由信號通過芯片內部門電路的最短傳播延遲時間決定。測量單元由START信號觸發，接收到STOP信號停止。由環形振蕩器的位置和粗值計數器的計數值可以計算出START信號和STOP信號之間時間間隔，測量范圍可達20位。在3.3V和25℃時,GP21的最小分辨率是22ps。溫度和電壓對門電路的傳播延遲時間有很大的影響。通常是通過校準來補償由溫度和電壓變化而引起的誤差。
2、TDC-GP21的特性
100%功能&管腳&寄存器與TDC-GP2兼容(可1：1進行替換)?對于TDC-GP2的bug進行了糾正?增加了一些新的數字部分的功能(最多可發128個驅動脈沖)?可選擇精度最高可達22ps?低功耗32kHz晶振(600nA)?更加高質量的溫度測量單元?內部集成溫度測量施密特觸發器?超低靜態功耗：0.005μA(typ.)?整個測量流程由GP21控制，無須復雜單片機控制
可選擇部分：對于超聲波熱量表所需要的完整的模擬部分
內部集成斬波穩定的內部低噪聲比較器(<1mV漂移)?內部集成低串擾的模擬開關
TDC-GP21在超聲波熱量表中的應用方案
TDC-GP21超聲波熱量表具有高精度的時間測量功能，分辨率達到22ps，為時差法流量計的應用提供了基本的測量保障；TDC-GP21的脈沖發生器在小管徑的流量測量中可直接驅動超聲波換能器，無需另外增加驅動芯片；TDC-GP21測量的低功耗特性使得流量計的整體功耗大幅降低，為電池供電設備提供了優良的解決方案。
使用TDC-GP21的超聲波熱量表方案相對于使用分立元件或者FPGA的超聲波熱量表方案，大大簡化了硬件電路設計，只需搭配一顆低功耗MCU，外加幾個電阻電容就可完成控制和時間測量回路的設計。該方案使電路設計得到簡化的同時大大縮小了設備的PCB面積，使設備的生產、維護也更加方便容易。
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