高精度、低功耗芯片TDC-GP21在超聲波熱量表中的應

德國ACAM公司針對超聲波熱量表市場(chǎng)新推出的TDC-GP21
TDC-GP21 是德國 ACAM 公司在TDC-GP2的基礎上發(fā)展的新一代產(chǎn)品。除了具有TDC-GP2 所具有的高精度時(shí)間測量，高速脈沖發(fā)生器，接收信號使能，溫度測量和時(shí)鐘控制等功能外，它還集成了施密特觸發(fā)器，斬波穩定的內部比較器和模擬開(kāi)關(guān)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(shù)，將時(shí)間間隔的測量量化到 22ps的精度，給超聲波熱量表的時(shí)差測量提供了一個(gè)完美的解決方案。
1、TDC-GP21的技術(shù)核心——時(shí)間數字轉換器（TDC）
TDC—即時(shí)間數字轉換器(Time-to-Digital Converter)，它是利用信號通過(guò)邏輯門(mén)的絕對時(shí)間延遲來(lái)精確量化時(shí)間間隔。

圖2 TDC時(shí)間測量單元
圖2顯示了這種測量絕對時(shí)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(xiàn)方法使得芯片可以精確地記下信號通過(guò)門(mén)電路的個(gè)數。芯片能獲得的最高測量精度基本上由信號通過(guò)芯片內部門(mén)電路的最短傳播延遲時(shí)間決定。
測量單元由 START 信號觸發(fā)，接收到 STOP 信號停止。由環(huán)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(shí)間間隔，測量范圍可達 20 位。 在3.3V和25℃時(shí),GP21的最小分辨率是 22ps。溫度和電壓對門(mén)電路的傳播延遲時(shí)間有很大的影響。通常是通過(guò)校準來(lái)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(jìn)行替換)
對于 TDC-GP2 的bug進(jìn)行了糾正
增加了一些新的數字部分的功能 (最多可發(fā)128個(gè)驅動(dòng)脈沖)
可選擇精度最高可達 22ps
低功耗 32 kHz 晶振 (600nA)
更加高質(zhì)量的溫度測量單元
內部集成溫度測量施密特觸發(fā)器
超低靜態(tài)功耗: 0.005 µA (typ.)
整個(gè)測量流程由GP21控制，無(wú)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(kāi)關(guān)
TDC-GP21在超聲波熱量表中的應用方案
TDC-GP21具有高精度的時(shí)間測量功能，分辨率達到22ps，為時(shí)差法流量計的應用提供了基本的測量保障；TDC-GP21的脈沖發(fā)生器在小管徑的流量測量中可直接驅動(dòng)超聲波換能器，無(wú)需另外增加驅動(dòng)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(yōu)良的解決方案。