專利名稱：微功耗皮秒級(jí)時(shí)差信號(hào)捕捉與測(cè)量芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種TDC-GP2芯片的改進(jìn)，具體地說是一種微功耗皮秒級(jí)時(shí)差信號(hào)捕捉與測(cè)量芯片，適用于超聲波熱計(jì)量領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在超聲波熱計(jì)量產(chǎn)品中，系統(tǒng)要獲取水流速度和當(dāng)前水溫兩個(gè)基本的物理量，才能計(jì)算出熱量。其中，測(cè)量水流速度時(shí)需要精確測(cè)量超聲波在管道中的傳播時(shí)間，只有時(shí)間測(cè)量精度達(dá)到IOOps級(jí)別才能計(jì)算出符合國(guó)家精度標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。目前，在超聲波熱計(jì)量產(chǎn)品中所使用的時(shí)間計(jì)量芯片，一般采用德國(guó)ACAM公司的TDC-GP2芯片作為時(shí)間計(jì)量芯片， 這種TDC-GP2芯片，包括數(shù)字時(shí)差轉(zhuǎn)換電路、溫度測(cè)量電路、運(yùn)算電路、控制電路、時(shí)鐘電路、SPI接口電路、脈沖發(fā)生電路構(gòu)成，控制電路與同時(shí)與運(yùn)算電路、數(shù)字時(shí)差轉(zhuǎn)換電路、溫度測(cè)量電路、脈沖發(fā)生電路相連接；運(yùn)算電路同時(shí)與SPI接口電路、數(shù)字時(shí)差轉(zhuǎn)換電路相連接；時(shí)鐘電路和SPI接口電路同時(shí)與控制電路相連接。顯然，這種TDC-GP2芯片存在以下缺點(diǎn)(1)、由于缺乏模擬比較器，所以沒有對(duì)超聲波回波處理的機(jī)制，系統(tǒng)中需要外加獨(dú)立的信號(hào)調(diào)理電路；(2)、由于缺乏空管檢測(cè)和斷線檢測(cè)，所以不能對(duì)當(dāng)前管道狀態(tài)檢測(cè)，例如空管檢測(cè)和斷線檢測(cè)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種能對(duì)超聲波回波進(jìn)行處理、并能及時(shí)進(jìn)行空管檢測(cè)和斷線檢測(cè)的微功耗皮秒級(jí)時(shí)差信號(hào)捕捉與測(cè)量芯片。為達(dá)到以上目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是該微功耗皮秒級(jí)時(shí)差信號(hào)捕捉與測(cè)量芯片，包括數(shù)字時(shí)差轉(zhuǎn)換電路、溫度測(cè)量電路、運(yùn)算電路、控制電路、時(shí)鐘電路、SPI 接口電路和脈沖發(fā)生電路構(gòu)成，控制電路同時(shí)與運(yùn)算電路、數(shù)字時(shí)差轉(zhuǎn)換電路、溫度測(cè)量電路、脈沖發(fā)生電路相連接；運(yùn)算電路同時(shí)與SPI接口電路相連接；數(shù)字時(shí)差轉(zhuǎn)換電路與運(yùn)算電路相連接；時(shí)鐘電路和SPI接口電路同時(shí)與控制電路相連接，其特征在于所述的數(shù)字時(shí)差轉(zhuǎn)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(shí)接脈沖發(fā)生電路、空管檢測(cè)電路和斷線檢測(cè)電路。本實(shí)用新型還通過如下措施實(shí)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(gòu)成，其中電源門控管MO接電路的電源關(guān)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端口，模擬比較器的OUT連接數(shù)字時(shí)差轉(zhuǎn)換電路的脈沖輸入端口。所述的模擬比較器用來接收控制電路發(fā)出的超聲波回波信號(hào)并對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行整形，輸出方波信號(hào)送至所述的數(shù)字時(shí)差轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行時(shí)間測(cè)量。所述的空管檢測(cè)電路，由電阻R2和反相器U2構(gòu)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(cè)電路的PD端連接在控制電路的電源控制端，空管檢測(cè)電路的OUT端連接到芯片外部。所述的空管檢測(cè)電路用來配合外部電路探測(cè)當(dāng)前管道是否有水流動(dòng)，對(duì)外輸出空管狀態(tài)指示，為節(jié)省功耗，其工作電源可被所述控制電路關(guān)斷。所述的斷線檢測(cè)電路，其mi端口和IN2端口分別連接外部換能器，PD端口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(cè)電路用來配合外部電路探測(cè)系統(tǒng)中換能器是否斷路，對(duì)外輸出斷路狀態(tài)指示，為節(jié)省功耗，其工作電源可被所述控制電路關(guān)斷。本實(shí)用新型的有益效果在于由于增加了模擬比較器，所以能對(duì)超聲波回波處理， 系統(tǒng)中不再需要外加獨(dú)立的信號(hào)調(diào)理電路；由于增加了空管檢測(cè)和斷線檢測(cè)，所以能對(duì)當(dāng)前管道狀態(tài)檢測(cè)，例如空管檢測(cè)和斷線檢測(cè)。

圖1、為目前使用的TDC-GP2芯片電路原理示意框圖。圖2、為本實(shí)用新型的電路原理示意框圖。圖3、為本實(shí)用新型的模擬比較器電路原理示意圖。圖4、為本實(shí)用新型的空管檢測(cè)電路電路原理示意圖。圖5、為本實(shí)用新型的斷線檢測(cè)電路電路原理示意圖。
具體實(shí)施方式
參照附圖2、3、4、5制作本實(shí)用新型。該微功耗皮秒級(jí)時(shí)差信號(hào)捕捉與測(cè)量芯片， 包括數(shù)字時(shí)差轉(zhuǎn)換電路2、溫度測(cè)量電路3、運(yùn)算電路4、控制電路5、時(shí)鐘電路6、SPI接口電路7和脈沖發(fā)生電路8構(gòu)成，控制電路5同時(shí)與運(yùn)算電路4、數(shù)字時(shí)差轉(zhuǎn)換電路2、溫度測(cè)量電路3、脈沖發(fā)生電路8相連接；運(yùn)算電路4與SPI接口電路7相連接；數(shù)字時(shí)差轉(zhuǎn)換電路 2與運(yùn)行電路4相連接；時(shí)鐘電路6和SPI接口電路7同時(shí)與控制電路5相連接，其特征在于所述的數(shù)字時(shí)差轉(zhuǎn)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(duì)模擬比較器1進(jìn)行控制，模擬比較器1比較數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)字時(shí)差轉(zhuǎn)換電路 2 ；控制電路5同時(shí)接脈沖發(fā)生電路8、空管檢測(cè)電路9和斷線檢測(cè)電路10，從而實(shí)現(xiàn)脈沖發(fā)生、空管檢測(cè)和斷線檢測(cè)。本實(shí)用新型還通過如下措施實(shí)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(gòu)成，其中電源門控管MO接電路的電源關(guān)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的電源控制端口，模擬比較器1的OUT連接數(shù)字時(shí)差轉(zhuǎn)換電路2的脈沖輸入端口。所述的模擬比較器1用來接收控制電路5發(fā)出的超聲波回波信號(hào)并對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行整形，輸出方波信號(hào)送至所述的數(shù)字時(shí)差轉(zhuǎn)換電路2進(jìn)行時(shí)間測(cè)量。所述的空管檢測(cè)電路9，由電阻R2和反相器U2構(gòu)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(cè)電路9的PD 端連接在控制電路5的電源控制端，空管檢測(cè)電路9的OUT端連接到芯片外部。所述的空管檢測(cè)電路9用來配合外部電路探測(cè)當(dāng)前管道是否有水流動(dòng)，對(duì)外輸出空管狀態(tài)指示，為節(jié)省功耗，其工作電源可被所述控制電路關(guān)斷。所述的斷線檢測(cè)電路10，其mi端口和IN2端口分別連接外部換能器，PD端口連接在控制電路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(cè)電路10用來配合外部電路探測(cè)系統(tǒng)中換能器是否斷路，對(duì)外輸出斷路狀態(tài)指示，為節(jié)省功耗，其工作電源可被所述控制電路關(guān)斷。
權(quán)利要求1.一種微功耗皮秒級(jí)時(shí)差信號(hào)捕捉與測(cè)量芯片，包括數(shù)字時(shí)差轉(zhuǎn)換電路O)、溫度測(cè)量電路(3)、運(yùn)算電路(4)、控制電路(5)、時(shí)鐘電路(6)、SPI接口電路(7)和脈沖發(fā)生電路 ⑶構(gòu)成，控制電路(5)同時(shí)與運(yùn)算電路G)、數(shù)字時(shí)差轉(zhuǎn)換電路O)、溫度測(cè)量電路(3)、脈沖發(fā)生電路⑶相連接；運(yùn)算電路⑷與SPI接口電路(7)相連接；數(shù)字時(shí)差轉(zhuǎn)換電路(2) 與運(yùn)算電路⑷相連接；時(shí)鐘電路(6)和SPI接口電路(7)同時(shí)與控制電路(5)相連接， 其特征在于所述的數(shù)字時(shí)差轉(zhuǎn)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(shí)接脈沖發(fā)生電路(8)、空管檢測(cè)電路(9)和斷線檢測(cè)電路 (10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微功耗皮秒級(jí)時(shí)差信號(hào)捕捉與測(cè)量芯片，其特征在于所述的模擬比較器⑴，由電源門控管M0、電阻R0、電阻Rl和比較器UO構(gòu)成，其中電源門控管MO 接電路的電源關(guān)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) 的電源控制端口，模擬比較器⑴的OUT連接數(shù)字時(shí)差轉(zhuǎn)換電路⑵的脈沖輸入端口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微功耗皮秒級(jí)時(shí)差信號(hào)捕捉與測(cè)量芯片，其特征在于所述的空管檢測(cè)電路(9)，由電阻R2和反相器U2構(gòu)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(cè)電路(9)的PD端連接在控制電路(5)的電源控制端，空管檢測(cè)電路(9)的OUT端連接到芯片外部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微功耗皮秒級(jí)時(shí)差信號(hào)捕捉與測(cè)量芯片，其特征在于所述的斷線檢測(cè)電路(10)，其mi端口和IN2端口分別連接外部換能器，PD端口連接在控制電路 (5)的電源控制引腳，OUTl和0UT2連接至外部電路。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種微功耗皮秒級(jí)時(shí)差信號(hào)捕捉與測(cè)量芯片，包括數(shù)字時(shí)差轉(zhuǎn)換電路(2)、溫度測(cè)量電路(3)、運(yùn)算電路(4)、控制電路(5)、時(shí)鐘電路(6)、SPI接口電路(7)和脈沖發(fā)生電路(8)構(gòu)成，其特征在于所述的數(shù)字時(shí)差轉(zhuǎn)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(shí)接脈沖發(fā)生電路(8)、空管檢測(cè)電路(9)和斷線檢測(cè)電路(10)。由于增加了模擬比較器，所以能對(duì)超聲波回波處理，系統(tǒng)中不再需要外加獨(dú)立的信號(hào)調(diào)理電路；由于增加了空管檢測(cè)和斷線檢測(cè)，所以能對(duì)當(dāng)前管道狀態(tài)檢測(cè)，例如空管檢測(cè)和斷線檢測(cè)。
文檔編號(hào)G01K17/06GK201964981SQ20112004196
公開日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2011年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月21日
發(fā)明者劉同強(qiáng), 單來成, 姜廣霞, 尚緒樹, 李運(yùn)田, 桑濤, 邱德華 申請(qǐng)人:山東力創(chuàng)科技有限公司