微功耗皮秒级时差信号捕捉与测量芯片制造技术

本实用新型专利技术公开了一种微功耗皮秒级时差信号捕捉与测量芯片，包括数字时差转换电路(2)、温度测量电路(3)、运算电路(4)、控制电路(5)、时钟电路(6)、SPI接口电路(7)和脉冲发生电路(8)构成，其特征在于：所述的数字时差转换电路(2)接入模拟比较器(1)，控制电路(5)与模拟比较器(1)相连接；控制电路(5)同时接脉冲发生电路(8)、空管检测电路(9)和断线检测电路(10)。由于增加了模拟比较器，所以能对超声波回波处理，系统中不再需要外加独立的信号调理电路；由于增加了空管检测和断线检测，所以能对当前管道状态检测，例如空管检测和断线检测。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种TDC-GP2芯片的改进，具体地说是一种微功耗皮秒级时差信号捕捉与测量芯片，适用于超声波热计量领域。技术背景在超声波热计量产品中，系统要获取水流速度和当前水温两个基本的物理量，才能计算出热量。其中，测量水流速度时需要精确测量超声波在管道中的传播时间，只有时间测量精度达到100ps级别才能计算出符合国家精度标准的产品。目前，在超声波热计量产品中所使用的时间计量芯片，一般采用德国ACAM公司的TDC-GP2芯片作为时间计量芯片，这种TDC-GP2芯片，包括数字时差转换电路、温度测量电路、运算电路、控制电路、时钟电路、SPI接口电路、脉冲发生电路构成，控制电路与同时与运算电路、数字时差转换电路、温度测量电路、脉冲发生电路相连接；运算电路同时与SPI接口电路、数字时差转换电路相连接；时钟电路和SPI接口电路同时与控制电路相连接。显然，这种TDC-GP2芯片存在以下缺点：(1)、由于缺乏模拟比较器，所以没有对超声波回波处理的机制，系统中需要外加独立的信号调理电路；(2)、由于缺乏空管检测和断线检测，所以不能对当前管道状态检测，例如空管检测和断线检测。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种能对超声波回波进行处理、并能及时进行空管检测和断线检测的微功耗皮秒级时差信号捕捉与测量芯片。为达到以上目的，本技术所采用的技术方案是：该微功耗皮秒级时差信号捕捉与测量芯片，包括数字时差转换电路、温度测量电路、运算电路、控制电路、时钟电路、SPI接口电路和脉冲发生电路构成，控制电路同时与运算电路、数字时差转换电路、温度测量电路、脉冲发生电路相连接；运算电路同时与SPI接口电路相连接；数字时差转换电路与运算电路相连接；时钟电路和SPI接口电路同时与控制电路相连接，其特征在于：所述的数字时差转换电路接入模拟比较器，控制电路与模拟比较器相连接；控制电路同时接脉冲发生电路、空管检测电路和断线检测电路。本技术还通过如下措施实施：所述的模拟比较器，由电源门控管M0、电阻R0、电阻R1和比较器U0构成，其中电源门控管M0接电路的电源关断端PD，电阻R0和电阻R1组成分压电路连接比较器U0的INN端，模拟比较器的INP连接外部输入，模拟比较器的电源门控管M0的PD连接控制电路的电源控制端口，模拟比较器的OUT连接数字时差转换电路的脉冲输入端口。所述的模拟比较器用来接收控制电路发出的超声波回波信号并对回波信号进行整形，输出方波信号送至所述的数字时差转换电路进行时间测量。所述的空管检测电路，由电阻R2和反相器U2构成，其中电阻R2两端分别连接到电源VDD和反相器U2的A端，反相器U2的EN端连接到PD输入端，空管检测电路的PD端-->连接在控制电路的电源控制端，空管检测电路的OUT端连接到芯片外部。所述的空管检测电路用来配合外部电路探测当前管道是否有水流动，对外输出空管状态指示，为节省功耗，其工作电源可被所述控制电路关断。所述的断线检测电路，其IN1端口和IN2端口分别连接外部换能器，PD端口连接在控制电路的电源控制引脚，OUT1和OUT2连接至外部电路。所述的断线检测电路用来配合外部电路探测系统中换能器是否断路，对外输出断路状态指示，为节省功耗，其工作电源可被所述控制电路关断。本技术的有益效果在于：由于增加了模拟比较器，所以能对超声波回波处理，系统中不再需要外加独立的信号调理电路；由于增加了空管检测和断线检测，所以能对当前管道状态检测，例如空管检测和断线检测。附图说明图1、为目前使用的TDC-GP2芯片电路原理示意框图。图2、为本技术的电路原理示意框图。图3、为本技术的模拟比较器电路原理示意图。图4、为本技术的空管检测电路电路原理示意图。图5、为本技术的断线检测电路电路原理示意图。具体实施方式参照附图2、3、4、5制作本技术。该微功耗皮秒级时差信号捕捉与测量芯片，包括数字时差转换电路2、温度测量电路3、运算电路4、控制电路5、时钟电路6、SPI接口电路7和脉冲发生电路8构成，控制电路5同时与运算电路4、数字时差转换电路2、温度测量电路3、脉冲发生电路8相连接；运算电路4与SPI接口电路7相连接；数字时差转换电路2与运行电路4相连接；时钟电路6和SPI接口电路7同时与控制电路5相连接，其特征在于：所述的数字时差转换电路2接入模拟比较器1，控制电路5与模拟比较器1相连接，通过控制电路5对模拟比较器1进行控制，模拟比较器1比较数据传输给数字时差转换电路2；控制电路5同时接脉冲发生电路8、空管检测电路9和断线检测电路10，从而实现脉冲发生、空管检测和断线检测。本技术还通过如下措施实施：所述的模拟比较器1，由电源门控管M0、电阻R0、电阻R1和比较器U0构成，其中电源门控管M0接电路的电源关断端PD，电阻R0和电阻R1组成分压电路连接比较器U0的INN端，模拟比较器1的INP连接外部输入，模拟比较器1的电源门控管M0的PD连接控制电路5的电源控制端口，模拟比较器1的OUT连接数字时差转换电路2的脉冲输入端口。所述的模拟比较器1用来接收控制电路5发出的超声波回波信号并对回波信号进行整形，输出方波信号送至所述的数字时差转换电路2进行时间测量。所述的空管检测电路9，由电阻R2和反相器U2构成，其中电阻R2两端分别连接到电源VDD和反相器U2的A端，反相器U2的EN端连接到PD输入端，空管检测电路9的PD端连接在控制电路5的电源控制端，空管检测电路9的OUT端连接到芯片外部。所述的空管检测电路9用来配合外部电路探测当前管道是否有水流动，对外输出-->空管状态指示，为节省功耗，其工作电源可被所述控制电路关断。所述的断线检测电路10，其IN1端口和IN2端口分别连接外部换能器，PD端口连接在控制电路5的电源控制引脚，OUT1和OUT2连接至外部电路。所述的断线检测电路10用来配合外部电路探测系统中换能器是否断路，对外输出断路状态指示，为节省功耗，其工作电源可被所述控制电路关断。-->本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种微功耗皮秒级时差信号捕捉与测量芯片，包括数字时差转换电路（２）、温度测量电路（３）、运算电路（４）、控制电路（５）、时钟电路（６）、ＳＰＩ接口电路（７）和脉冲发生电路（８）构成，控制电路（５）同时与运算电路（４）、数字时差转换电路（２）、温度测量电路（３）、脉冲发生电路（８）相连接；运算电路（４）与ＳＰＩ接口电路（７）相连接；数字时差转换电路（２）与运算电路（４）相连接；时钟电路（６）和ＳＰＩ接口电路（７）同时与控制电路（５）相连接，其特征在于：所述的数字时差转换电路（２）接入模拟比较器（１），控制电路（５）与模拟比较器（１）相连接；控制电路（５）同时接脉冲发生电路（８）、空管检测电路（９）和断线检测电路（１０）。

【技术特征摘要】
1.一种微功耗皮秒级时差信号捕捉与测量芯片，包括数字时差转换电路(2)、温度测量电路(3)、运算电路(4)、控制电路(5)、时钟电路(6)、SPI接口电路(7)和脉冲发生电路(8)构成，控制电路(5)同时与运算电路(4)、数字时差转换电路(2)、温度测量电路(3)、脉冲发生电路(8)相连接；运算电路(4)与SPI接口电路(7)相连接；数字时差转换电路(2)与运算电路(4)相连接；时钟电路(6)和SPI接口电路(7)同时与控制电路(5)相连接，其特征在于：所述的数字时差转换电路(2)接入模拟比较器(1)，控制电路(5)与模拟比较器(1)相连接；控制电路(5)同时接脉冲发生电路(8)、空管检测电路(9)和断线检测电路(10)。2.根据权利要求1所述的微功耗皮秒级时差信号捕捉与测量芯片，其特征在于所述的模拟比较器(1)，由电源门控管M0、电阻R0、电阻R1和比较器U0构成，其中电源门控管M0...

【专利技术属性】
技术研发人员：桑涛，邱德华，单来成，尚绪树，李运田，姜广霞，刘同强，
申请(专利权)人：山东力创科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：37