专家解读智能超声波水表的技术创新趋势

上网时间: 2013年10月10日? 我来评论 【字号: ? ?小】

关键字:超声波水表? 智能超声波水表? 数字转换器?

超声波水表革命的关键部件——TDC-GP22

德国Acam公司的测量芯片在超声波测量上已得到普遍认可和采用。回到文章开头提到的时间数字转换器TDC-GP22,它是Acam公司利用纯数字化CMOS 技术生产的时间数字转换器,能将时间间隔的测量量化到22ps 的精度,可以说天生就肩负了推动智能超声波技术变革的使命。

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图2: TDC-GP22——智能超声波水表应用的高集成度测量芯片。

其实,Acam公司的第一颗TDC芯片TDC-GP1早在1996年就已经投入市场,在超声波流量计中得到了广泛的应用。该公司在2005年推出了高性价比的TDC-GP2芯片,在超声波热量表市场中建立了良好的基础。到了2011年初其TDC-GP21芯片问世,专门针对超声波热量电路设计。有了前面这些阶段的技术验证和市场积累,2011年底,Acam专门为水表特定的功能更强大的芯片TDC-GP22正式进入市场。

原理及性能

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图3:TDC-GP22内部结构原理图。

如上图3所示为TDC-GP22的内部结构原理图,时间数字转换器TDC即为芯片TDC-GP22的技术核心,它利用信号通过逻辑门的绝对时间延迟来精确量化时间间隔。并且这个高精度的时间测量单元TDC,其分辨率达到22ps,这就为时差法流量计的应用提供了基本的测量保障,从而实现高精度、大量程比的设计。

TDC-GP22的重要特性还包括:

温度测量精度(2mk rms);

TOF飞行时差的温漂(提供针对超声波水表所需要的完整的模拟前端:内部集成斩波稳定的内部低噪声比较器(比较器触发offset范围在±35 mV)和低串扰模拟开关,这就解决了客户模拟部分设计的问题, 提高了系统测量质量。

TDC-GP22的脉冲发生器在小管径的流量测量中可直接驱动超声波换能器,无需另外增加驱动芯片,简化了设计并降低了成本;高精度的时间测量,简洁的外部电路、集成的内部信号处理算法,超低的整体功耗测量特性使得其非常适合于超声波水表的应用。

实现超声波水表技术飞跃的三个重要功能

因TDC-GP22是在TDC-GP21的基础上发展而来,所以TDC-GP22的功能、管脚、寄存器与TDC-GP21可以100%兼容(可1:1进行替换)。TDC-GP22除了具备TDC-GP21的所有特性外,还增加了三个重要的功能。之所以说TDC-GP22是超声波水表电路的革命,正是与这三个新增的重要功能紧密相关有关。

1.智能第一个回波检测功能,使得时间窗口设置不再受时差变化影响,从而实现精确的脉冲间隔测量,以及回流、空管识别和报警。

2.第一波脉冲宽度测量功能(目前市面上仅TDC-GP22可以实现): GP22的脉冲宽度测量可以帮助在水表应用中,检测段内是否有气泡影响,以及检测管段内的长期覆盖物,给出报警信号。

3.简化的多脉冲结果计算功能,TDC-GP22芯片将会自动处理计算3个脉冲结果,并给出平均值。通过这种方式,简化了整个测量的流程,测量的结果完全由TDC-GP22自动完成,MCU仅需直接读结果,节省单片机资源,并满足水表测量速度要求。

第三页:EFM32TG840Fxx助力超声波水表突破功耗瓶颈

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