德國Acam公司推超聲波熱量表的高集成度驅動器TDC-GP21

德國acam公司進一步推出了針對超聲波熱量表的高集成度TDC-GP21，在性能質量，功耗及其他各個方面將全面超越TDC-GP2，成為超聲波熱量表的首選.

TDC-GP21介紹：

在2010年的11月底，德國acam公司在原有的基礎上，又專門針對超聲波熱量表的一些特性，進行了更深入的研究和改進，最終推出了新一代針對超聲 波熱量表所設計的的芯片TDC-GP21。這顆芯片采用QFN32管腳的封裝形式，除了具備了TDC-GP2的功能以外，還額外集成了超聲波熱量表所需要 的信號處理模擬部分，比如模擬開關，以及低噪聲斬波穩(wěn)定(自動進行溫度電壓校正)模擬信號比較器，以及內(nèi)部集成了溫度測量所需施密特觸發(fā)器，使超聲波熱量 表的設計開發(fā)非常簡單，大大降低材料和人工成本，并且將測量質量和功耗提升到了一個前所未有的等級，實現(xiàn)了更高集成度，更低功耗，更高精度的超聲波熱量表 方案。TDC-GP21所能夠實現(xiàn)的性能，是TDC-GP2所無法達到的。

德國 TDC-GP21 完美適合超聲波熱量表的解決方案
前言：
從2009 年開始，中國北方供熱改革已經(jīng)真正的邁開了腳步，在未來的幾年當中，北方各地將會
加快對于供熱計量方面的改革力度，按熱量計價收費將會成為今后北方供熱供暖方面的一個重點
工作。而超聲波熱量表由于其測量方式無接觸部件，低壓降和低能量消耗而且測量高精度，正在
逐漸取代機械式的熱量表，成為北方供熱供暖熱計量方案的首選。應用德國acam 公司的第一代
產(chǎn)品TDC-GP2 實現(xiàn)的超聲波熱量表已經(jīng)在市場被廣泛的應用，而且由于其集成度高，測量性能好
功耗低的優(yōu)勢，受到廣大的熱量表公司的認可。而今，acam 公司進一步推出了針對超聲波熱量表
的高集成度TDC-GP21，在性能質量，功耗及其他各個方面將全面超越TDC-GP2，成為超聲波熱量
表的首選。
TDC-GP21 介紹：
在2010 年的11 月底，德國acam 公司在原有的基礎上，又專門針對超聲波熱量表的一些特性，
進行了更深入的研究和改進，最終推出了新一代針對超聲波熱量表所設計的的芯片TDC-GP21。這
顆芯片采用QFN32 管腳的封裝形式，除了具備了TDC-GP2 的功能以外，還額外集成了超聲波熱量
表所需要的信號處理模擬部分，比如模擬開關，以及低噪聲斬波穩(wěn)定（自動進行溫度電壓校正）
模擬信號比較器，以及內(nèi)部集成了溫度測量所需施密特觸發(fā)器，使超聲波熱量表的設計開發(fā)非常
簡單，大大降低材料和人工成本，并且將測量質量和功耗提升到了一個前所未有的等級，實現(xiàn)了
更高集成度，更低功耗，更高精度的超聲波熱量表方案。TDC-GP21 所能夠實現(xiàn)的性能，是TDCGP2
所無法達到的。
TDC-GP21 內(nèi)部結構圖  

以上圖中綠色部分，為專門針對熱量表所集成的單元。
模擬控制部分將信號的發(fā)射接收的處理變得前所未有的簡單，模擬信號和整個流程控制直接由這
個部分來處理和自動操作，而且斬波穩(wěn)定比較器可以保證測量的質量;
溫度部分集成了施密特觸發(fā)器，直接接上溫度傳感器和參考電阻就可以進行高精度的測量，測量
的性能遠遠超過熱量表所需的要求;7x32 的eeprom 單元可以讓客戶存儲整表的一些ID 信息以及配置寄存器的信息。管腳信號輸出功能除了上圖中的額外增加的模塊外，acam 公司還針對超聲波熱量表的特性在GP21 內(nèi)部進行了一些超聲波必要信號在其管腳Fire_in 和En_start 的輸出，這些輸出信號，可以幫助客戶深入分析了解超聲波信號以及GP21 的一些特性。下面是一些示波器的截圖。

通過設置寄存器SEL_TST01 使FIRE_IN 管腳輸出STOP 通道脈沖屏蔽窗口的位置，幫助判斷所設窗口是否正確和完美DELVAL1 DELVAL2 DELVAL3設置寄存器SEL_TST01 通過FIRE_IN 管腳輸出內(nèi)部比較器比較回波后的脈沖，幫助判斷回波和比較器信號的特性
設置寄存器SEL_TST02 通過En_Start 管腳輸出超聲波正反向測量的提示，當為高平時為超聲波正向上游測量及閑置，為低平時為反向下游測量。低平反向下游測量除了以上輸出的信號外，還可EN_start 管腳輸出4k 的晶振時鐘，在Fire_In 管腳上輸出32k
的低功耗晶振時鐘，那么所輸出的具體信號是由寄存器配置所決定，詳細設置請參考TDC-GP21
的用戶手冊。通過這些信號的輸出，可以幫助客戶詳細的分析了解TDC-GP21 的超聲波測量特
性，幫助客戶在超聲波熱量表開發(fā)過程中克服很多困難。
一 個應用TDC-GP21 設計完整熱量表是非常簡單的，下面是一個超聲波熱量表原理圖的例子：

如上圖所示，給我們最直觀的印象就是，整個測量系統(tǒng)所需要的外部元器件非常少，整個結構很
緊湊，除了所必需的簡單單片機以及超聲波換能器和溫度傳感器外，外部僅需要2 對RC 阻容，2
個晶振，和一些旁路去藕電阻電容。時間測量上游，下游信號的發(fā)射接收以及信號的處理，溫度
測量等完全在TDC-GP21 芯片內(nèi)部完成，單片機僅需讀取TDC-GP21 的測量數(shù)據(jù)，將時間測量結果
以及溫度測量結果進行熱量的轉換計算即可。
在單片機方面，MSP430 不再是最好的選擇，像SilICon Labs 的單片機，Renesas 的單片機
系列等都可以完全適合熱量表的應用。由于GP21 的測量低功耗以及完全自動的超聲波
上下游測量，另外通過GP21 的管腳可以提供給出一個超低功耗的32k 晶振源，可以直接
將這個晶振源提供給單片機。
TDC-GP21 應用內(nèi)部比較器測量效果：
為了驗證TDC-GP21 的性能，我們應用acam GP21 演示系統(tǒng)及威海天罡管段進行了零點穩(wěn)定性測
試，應用GP21 內(nèi)部比較器，每次測量3 個脈沖，8 次平均后的結果，2.5 小時無停止，GP21
測量功耗大概為14 uA：

從上圖可以看到，上游下游時差零點測量非常穩(wěn)定，由于應用TDC-GP21 內(nèi)部斬波穩(wěn)定比
較器，時差結果幾乎不隨時間及溫度漂移。
TDC-GP21 應用內(nèi)部自動上下游時間測量的典型流程：
Power on Reset， Reg0-Reg6 settings
Whileloop：
1. send Reg1 ALU 計算（0x8121xxxx） ; 為了每一次計算都寫入結果寄存器0 會有中斷，
; 但是這個中斷不需要關心
2.Init TDC 0x70 ; 初始化，上面的中斷會自動恢復
3.send opcodestart_TOF_restart ; 發(fā)送自動上下游測量命令
4.wait INTN ; 判斷是否收到中斷
5.read 結果寄存器reg0 ; 從結果寄存器0 中讀上游時間測量結果
6.send reg1 ALU 計算（0x8121xxxx） ; 下游測量將結果也寫到結果寄存器0 中，也會有中
；斷，不用關心這個中斷
7.Init TDC 0x70 ; 初始化，上面的中斷會自動恢復
8. wait INTN ; 判斷是否收到中斷
9. read 結果寄存器reg0 ; 從結果寄存器0 中讀下游時間測量結果
End Loop
當然每個通道最多可以進行接受3 個脈沖，每次上下游都可以一次獲得三個結果，如果希望計算
所有3 個結果，請進一步與世強電訊工程師聯(lián)絡。
總結：
TDC-GP21 這顆專門為超聲波熱量表測量所設計的高集成度芯片，將會使超聲波熱量表的
設計進一步簡化，降低整體成本，而其高質量的測量性能以及超低的測量功耗，必將成
為繼TDC-GP2 之后成為超聲波熱量表設計的完美方案。

------------------------------------------------------------------------------------------
姓名：唐先生
QQ號：2355647912
手機：18301092563
郵箱：2355647912@qq.com
公司名稱：北京芯聯(lián)科泰電子有限公司
公司地址：北京市海淀區(qū)上地十街輝煌國際1號院5號樓1216