德國ACAM公司針對超聲波熱量表市場新推出的TDC-GP21
TDC-GP21 是德國 ACAM 公司在TDC-GP2的基礎(chǔ)上發(fā)展的新一代產(chǎn)品。除了具有TDC-GP2 所具有的高精度時間測量，高速脈沖發(fā)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(fā)器，斬波穩(wěn)定的內(nèi)部比較器和模擬開關(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(yīng)用。這款芯片利用現(xiàn)代化的純數(shù)字化 CMOS技術(shù)，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(shù)核心——時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器（TDC）
TDC—即時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器(Time-to-Digital Converter)，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 TDC時間測量單元
圖2顯示了這種測量絕對時間TDC 的主要構(gòu)架。芯片上的智能電路結(jié)構(gòu)、擔(dān)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(shù)。芯片能獲得的最高測量精度基本上由信號通過芯片內(nèi)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(fā)，接收到 STOP 信號停止。由環(huán)形振蕩器的位置和粗值計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值可以計(jì)算出 START 信號和 STOP 信號之間時間間隔，測量范圍可達(dá) 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(zhǔn)來補(bǔ)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(shù)字部分的功能 (最多可發(fā)128個驅(qū)動脈沖)
可選擇精度最高可達(dá) 22ps
低功耗 32 kHz 晶振 (600nA)
更加高質(zhì)量的溫度測量單元
內(nèi)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.)
整個測量流程由GP21控制，無須復(fù)雜單片機(jī)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(nèi)部集成斬波穩(wěn)定的內(nèi)部低噪聲比較器(1mV 漂移)
內(nèi)部集成低串?dāng)_的模擬開關(guān)
TDC-GP21在超聲波熱量表中的應(yīng)用方案
TDC-GP21具有高精度的時間測量功能，分辨率達(dá)到22ps，為時差法流量計(jì)的應(yīng)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(qū)動超聲波換能器，無需另外增加驅(qū)動芯片；TDC-GP21測量的低功耗特性使得流量計(jì)的整體功耗大幅降低，為電池供電設(shè)備提供了優(yōu)良的解決方案。