TDC-GP2測量芯片在超聲波流量計中的應用

　　TDC-GP2的高精度時(shí)間測量原理

　　時(shí)差法超聲波流量測量的關(guān)鍵是對超聲波傳播時(shí)間的測量，德國ACAM公司的時(shí)間數字轉換芯片TDC-GP2提供典型值65ps的時(shí)間分辨率，測量范圍從0到4ms。

　　如圖2所示，TDC核心測量單元對START和STOP脈沖之間的時(shí)間間隔進(jìn)行測量。每個(gè)門(mén)電路的傳輸延時(shí)典型值是65ps，TDC核心測量單元通過(guò)計數在STOP脈沖到來(lái)之前START信號通過(guò)的門(mén)電路個(gè)數來(lái)獲得START與STOP信號之間的時(shí)間間隔。TDC-GP2芯片內部通過(guò)特殊的設計和布線(xiàn)方法來(lái)保證每個(gè)門(mén)電路的時(shí)間延遲嚴格一致，但這個(gè)時(shí)間延遲是會(huì )隨供電電壓和溫度而變化的，因此TDC-GP2設計了一個(gè)參考時(shí)鐘用來(lái)對門(mén)電路的延時(shí)進(jìn)行校準，同時(shí)這個(gè)參考時(shí)鐘也會(huì )在被測時(shí)間較長(cháng)時(shí)參與時(shí)間測量。

　　由于TDC核心測量單元是對電信號通過(guò)的門(mén)電路個(gè)數進(jìn)行計數，因此受計數器容量的限制它的時(shí)間測量范圍是有限的，最多可測到1.8us，對于被測時(shí)間超過(guò)這個(gè)范圍的應用，TDC-GP2則采取參考時(shí)鐘測量和TDC核心測量單元相結合的方式來(lái)完成。如圖3所示，TDC核心測量單元只測量TFC1和TFC2，而TCC則通過(guò)數參考時(shí)鐘的周期數來(lái)完成測量，待測時(shí)間TSS便可通過(guò)如下計算獲得：

　　每次測量完成后TDC-GP2可以自動(dòng)對門(mén)電路的延時(shí)做校準測量，如圖3中的Cal1和Cal2，TDC核心測量單元對參考時(shí)鐘的周期進(jìn)行測量，而參考時(shí)鐘的周期是已知的，因此由測量結果可反推出來(lái)精確的門(mén)電路延時(shí)。以上的計算、校正都是TDC-GP2自動(dòng)完成的，最終經(jīng)過(guò)校正的測量結果將以參考時(shí)鐘的周期為單位給出，以方便用戶(hù)計算。