TDC-GP2測量芯片在超聲波流量計中的應用

　　TDC-GP2的高精度時間測量原理

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

　　如圖2所示，TDC核心測量單元對START和STOP脈沖之間的時間間隔進行測量。每個門電路的傳輸延時典型值是65ps，TDC核心測量單元通過計數在STOP脈沖到來之前START信號通過的門電路個數來獲得START與STOP信號之間的時間間隔。TDC-GP2芯片內部通過特殊的設計和布線方法來保證每個門電路的時間延遲嚴格一致，但這個時間延遲是會隨供電電壓和溫度而變化的，因此TDC-GP2設計了一個參考時鐘用來對門電路的延時進行校準，同時這個參考時鐘也會在被測時間較長時參與時間測量。

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

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