TDC-GP2测量芯片在超声波流量计中的应用

TDC-GP2的高精度时间测量原理

　　时差法超声波流量测量的关键是对超声波传播时间的测量，德国ACAM公司的时间数字转换芯片TDC-GP2提供典型值65ps的时间分辨率，测量范围从0到4ms。

　　如图2所示，TDC核心测量单元对START和STOP脉冲之间的时间间隔进行测量。每个门电路的传输延时典型值是65ps，TDC核心测量单元通过计数在STOP脉冲到来之前START信号通过的门电路个数来获得START与STOP信号之间的时间间隔。TDC-GP2芯片内部通过特殊的设计和布线方法来保证每个门电路的时间延迟严格一致，但这个时间延迟是会随供电电压和温度而变化的，因此TDC-GP2设计了一个参考时钟用来对门电路的延时进行校准，同时这个参考时钟也会在被测时间较长时参与时间测量。

　　由于TDC核心测量单元是对电信号通过的门电路个数进行计数，因此受计数器容量的限制它的时间测量范围是有限的，最多可测到1.8us，对于被测时间超过这个范围的应用，TDC-GP2则采取参考时钟测量和TDC核心测量单元相结合的方式来完成。如图3所示，TDC核心测量单元只测量TFC1和TFC2，而TCC则通过数参考时钟的周期数来完成测量，待测时间TSS便可通过如下计算获得：

　　每次测量完成后TDC-GP2可以自动对门电路的延时做校准测量，如图3中的Cal1和Cal2，TDC核心测量单元对参考时钟的周期进行测量，而参考时钟的周期是已知的，因此由测量结果可反推出来精确的门电路延时。以上的计算、校正都是TDC-GP2自动完成的，最终经过校正的测量结果将以参考时钟的周期为单位给出，以方便用户计算。