基于TDC-GP21的完美超声波热量表设计

　　引言

　　我国北方的供热改革自2009年迈出了第一步以来，现在已经真正走上了正轨，预计在未来的几年当中，北方各地也将会加快对于供热计量方面的改革力度，按热量计价收费将会成为今后北方供热供暖方面的一个重点工作。超声波热量表由于其测量方式无接触部件，低压降和低能量消耗而且测量高精度，正在逐渐取代机械式的热量表，成为北方供热供暖热计量方案的首选。德国acam公司的第一代产品TDC-GP2，已经得到市场的充分认可，因为其集成度高，测量性能好功耗低的优势。而今，acam公司进一步推出了针对超声波热量表的高集成度TDC-GP21，在性能质量，功耗及其他各个方面将全面超越TDC-GP2，将会取代第一代而成为超声波热量表的首选。

　　1 TDC-GP21的简介

　　在2010年的11月底，德国acam公司在原有的基础上，又专门针对超声波热量表的一些特性，进行了更深入的研究和改进，最终推出了新一代针对超声波热量表所设计的的芯片TDC-GP21。这颗芯片采用QFN32管脚的封装形式，除了具备了TDC-GP2的功能以外，还额外集成了超声波热量表所需要的信号处理模拟部分，比如模拟开关，以及低噪声斩波稳定(自动进行温度电压校正)模拟信号比较器，以及内部集成了温度测量所需施密特触发器，使超声波热量表的设计开发非常简单，大大降低材料和人工成本，并且将测量质量和功耗提升到了一个前所未有的等级，实现了更高集成度，更低功耗，更高精度的超声波热量表方案。TDC-GP21所能够实现的性能，是TDC-GP2所无法达到的。

　　1.1 TDC-GP21内部结构图

　　上图中绿色部分，为专门针对热量表所集成的单元。

　　模拟控制部分将信号的发射接收的处理变得前所未有的简单，模拟信号和整个流程控制直接由这个部分来处理和自动操作，而且斩波稳定比较器可以保证测量的质量;

　　温度部分集成了施密特触发器，直接接上温度传感器和参考电阻就可以进行高精度的测量，测量的性能远远超过热量表所需的要求;

　　7x32的eeprom单元可以让客户存储整表的一些ID信息以及配置寄存器的信息。

　　1.2 管脚信号输出功能

　　除了上图中的额外增加的模块外，acam公司还针对超声波热量表的特性在GP21内部进行了一些超声波必要信号在其管脚Fire_in和En_start的输出，这些输出信号，可以帮助客户深入分析了解超声波信号以及GP21的一些特性。下面是一些示波器的截图。

　　除了以上输出的信号外，还可以在EN_start管脚输出4k的晶振时钟，在Fire_In管脚上输出32k的低功耗晶振时钟，那么所输出的具体信号是由寄存器配置所决定，详细设置请参考TDC-GP21的用户手册。通过这些信号的输出，可以帮助客户详细的分析了解TDC-GP21的超声波测量特性，帮助客户在超声波热量表开发过程中克服很多困难。