微功耗皮秒級時差信號捕捉與測量晶片的製作方法

2023-09-20 23:25:55

專利名稱：微功耗皮秒級時差信號捕捉與測量晶片的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種TDC-GP2晶片的改進，具體地說是一種微功耗皮秒級時差信號捕捉與測量晶片，適用於超聲波熱計量領域。
背景技術：
在超聲波熱計量產品中，系統要獲取水流速度和當前水溫兩個基本的物理量，才能計算出熱量。其中，測量水流速度時需要精確測量超聲波在管道中的傳播時間，只有時間測量精度達到IOOps級別才能計算出符合國家精度標準的產品。目前，在超聲波熱計量產品中所使用的時間計量晶片，一般採用德國ACAM公司的TDC-GP2晶片作為時間計量晶片， 這種TDC-GP2晶片，包括數字時差轉換電路、溫度測量電路、運算電路、控制電路、時鐘電路、SPI接口電路、脈衝發生電路構成，控制電路與同時與運算電路、數字時差轉換電路、溫度測量電路、脈衝發生電路相連接；運算電路同時與SPI接口電路、數字時差轉換電路相連接；時鐘電路和SPI接口電路同時與控制電路相連接。顯然，這種TDC-GP2晶片存在以下缺點(1)、由於缺乏模擬比較器，所以沒有對超聲波回波處理的機制，系統中需要外加獨立的信號調理電路；(2)、由於缺乏空管檢測和斷線檢測，所以不能對當前管道狀態檢測，例如空管檢測和斷線檢測。
發明內容本實用新型的目的在於提供一種能對超聲波回波進行處理、並能及時進行空管檢測和斷線檢測的微功耗皮秒級時差信號捕捉與測量晶片。為達到以上目的，本實用新型所採用的技術方案是該微功耗皮秒級時差信號捕捉與測量晶片，包括數字時差轉換電路、溫度測量電路、運算電路、控制電路、時鐘電路、SPI 接口電路和脈衝發生電路構成，控制電路同時與運算電路、數字時差轉換電路、溫度測量電路、脈衝發生電路相連接；運算電路同時與SPI接口電路相連接；數字時差轉換電路與運算電路相連接；時鐘電路和SPI接口電路同時與控制電路相連接，其特徵在於所述的數字時差轉換電路接入模擬比較器，控制電路與模擬比較器相連接；控制電路同時接脈衝發生電路、空管檢測電路和斷線檢測電路。本實用新型還通過如下措施實施所述的模擬比較器，由電源門控管Mo、電阻R0、 電阻Rl和比較器UO構成，其中電源門控管MO接電路的電源關斷端PD，電阻RO和電阻Rl 組成分壓電路連接比較器UO的INN端，模擬比較器的INP連接外部輸入，模擬比較器的電源門控管MO的PD連接控制電路的電源控制埠，模擬比較器的OUT連接數字時差轉換電路的脈衝輸入埠。所述的模擬比較器用來接收控制電路發出的超聲波回波信號並對回波信號進行整形，輸出方波信號送至所述的數字時差轉換電路進行時間測量。所述的空管檢測電路，由電阻R2和反相器U2構成，其中電阻R2兩端分別連接到電源VDD和反相器U2的A端，反相器U2的EN端連接到PD輸入端，空管檢測電路的PD端連接在控制電路的電源控制端，空管檢測電路的OUT端連接到晶片外部。所述的空管檢測電路用來配合外部電路探測當前管道是否有水流動，對外輸出空管狀態指示，為節省功耗，其工作電源可被所述控制電路關斷。所述的斷線檢測電路，其mi埠和IN2埠分別連接外部換能器，PD埠連接在控制電路的電源控制引腳，OUTl和0UT2連接至外部電路。所述的斷線檢測電路用來配合外部電路探測系統中換能器是否斷路，對外輸出斷路狀態指示，為節省功耗，其工作電源可被所述控制電路關斷。本實用新型的有益效果在於由於增加了模擬比較器，所以能對超聲波回波處理， 系統中不再需要外加獨立的信號調理電路；由於增加了空管檢測和斷線檢測，所以能對當前管道狀態檢測，例如空管檢測和斷線檢測。

圖1、為目前使用的TDC-GP2晶片電路原理示意框圖。圖2、為本實用新型的電路原理示意框圖。圖3、為本實用新型的模擬比較器電路原理示意圖。圖4、為本實用新型的空管檢測電路電路原理示意圖。圖5、為本實用新型的斷線檢測電路電路原理示意圖。
具體實施方式
參照附圖2、3、4、5製作本實用新型。該微功耗皮秒級時差信號捕捉與測量晶片， 包括數字時差轉換電路2、溫度測量電路3、運算電路4、控制電路5、時鐘電路6、SPI接口電路7和脈衝發生電路8構成，控制電路5同時與運算電路4、數字時差轉換電路2、溫度測量電路3、脈衝發生電路8相連接；運算電路4與SPI接口電路7相連接；數字時差轉換電路 2與運行電路4相連接；時鐘電路6和SPI接口電路7同時與控制電路5相連接，其特徵在於所述的數字時差轉換電路2接入模擬比較器1，控制電路5與模擬比較器1相連接，通過控制電路5對模擬比較器1進行控制，模擬比較器1比較數據傳輸給數字時差轉換電路 2 ；控制電路5同時接脈衝發生電路8、空管檢測電路9和斷線檢測電路10，從而實現脈衝發生、空管檢測和斷線檢測。本實用新型還通過如下措施實施所述的模擬比較器1，由電源門控管M0、電阻 R0、電阻Rl和比較器UO構成，其中電源門控管MO接電路的電源關斷端PD，電阻RO和電阻 Rl組成分壓電路連接比較器UO的INN端，模擬比較器1的INP連接外部輸入，模擬比較器 1的電源門控管MO的PD連接控制電路5的電源控制埠，模擬比較器1的OUT連接數字時差轉換電路2的脈衝輸入埠。所述的模擬比較器1用來接收控制電路5發出的超聲波回波信號並對回波信號進行整形，輸出方波信號送至所述的數字時差轉換電路2進行時間測量。所述的空管檢測電路9，由電阻R2和反相器U2構成，其中電阻R2兩端分別連接到電源VDD和反相器U2的A端，反相器U2的EN端連接到PD輸入端，空管檢測電路9的PD 端連接在控制電路5的電源控制端，空管檢測電路9的OUT端連接到晶片外部。所述的空管檢測電路9用來配合外部電路探測當前管道是否有水流動，對外輸出空管狀態指示，為節省功耗，其工作電源可被所述控制電路關斷。所述的斷線檢測電路10，其mi埠和IN2埠分別連接外部換能器，PD埠連接在控制電路5的電源控制引腳，OUTl和0UT2連接至外部電路。所述的斷線檢測電路10用來配合外部電路探測系統中換能器是否斷路，對外輸出斷路狀態指示，為節省功耗，其工作電源可被所述控制電路關斷。
權利要求1.一種微功耗皮秒級時差信號捕捉與測量晶片，包括數字時差轉換電路O)、溫度測量電路(3)、運算電路(4)、控制電路(5)、時鐘電路(6)、SPI接口電路(7)和脈衝發生電路 ⑶構成，控制電路(5)同時與運算電路G)、數字時差轉換電路O)、溫度測量電路(3)、脈衝發生電路⑶相連接；運算電路⑷與SPI接口電路(7)相連接；數字時差轉換電路(2) 與運算電路⑷相連接；時鐘電路(6)和SPI接口電路(7)同時與控制電路(5)相連接， 其特徵在於所述的數字時差轉換電路( 接入模擬比較器(1)，控制電路( 與模擬比較器⑴相連接；控制電路(5)同時接脈衝發生電路(8)、空管檢測電路(9)和斷線檢測電路 (10)。
2.根據權利要求1所述的微功耗皮秒級時差信號捕捉與測量晶片，其特徵在於所述的模擬比較器⑴，由電源門控管M0、電阻R0、電阻Rl和比較器UO構成，其中電源門控管MO 接電路的電源關斷端PD，電阻RO和電阻Rl組成分壓電路連接比較器UO的INN端，模擬比較器⑴的INP連接外部輸入，模擬比較器⑴的電源門控管MO的PD連接控制電路(5) 的電源控制埠，模擬比較器⑴的OUT連接數字時差轉換電路⑵的脈衝輸入埠。
3.根據權利要求1所述的微功耗皮秒級時差信號捕捉與測量晶片，其特徵在於所述的空管檢測電路(9)，由電阻R2和反相器U2構成，其中電阻R2兩端分別連接到電源VDD和反相器U2的A端，反相器U2的EN端連接到PD輸入端，空管檢測電路(9)的PD端連接在控制電路(5)的電源控制端，空管檢測電路(9)的OUT端連接到晶片外部。
4.根據權利要求1所述的微功耗皮秒級時差信號捕捉與測量晶片，其特徵在於所述的斷線檢測電路(10)，其mi埠和IN2埠分別連接外部換能器，PD埠連接在控制電路 (5)的電源控制引腳，OUTl和0UT2連接至外部電路。
專利摘要本實用新型公開了一種微功耗皮秒級時差信號捕捉與測量晶片，包括數字時差轉換電路(2)、溫度測量電路(3)、運算電路(4)、控制電路(5)、時鐘電路(6)、SPI接口電路(7)和脈衝發生電路(8)構成，其特徵在於所述的數字時差轉換電路(2)接入模擬比較器(1)，控制電路(5)與模擬比較器(1)相連接；控制電路(5)同時接脈衝發生電路(8)、空管檢測電路(9)和斷線檢測電路(10)。由於增加了模擬比較器，所以能對超聲波回波處理，系統中不再需要外加獨立的信號調理電路；由於增加了空管檢測和斷線檢測，所以能對當前管道狀態檢測，例如空管檢測和斷線檢測。
文檔編號G01K17/06GK201964981SQ20112004196
公開日2011年9月7日 申請日期2011年2月21日 優先權日2011年2月21日
發明者劉同強, 單來成, 姜廣霞, 尚緒樹, 李運田, 桑濤, 邱德華 申請人:山東力創科技有限公司