ACAM數(shù)據(jù)手冊(cè)中文版本

1、1. 概述 TDC-GP30是ACAM公司研發(fā)的超聲波轉(zhuǎn)換器的新一代的產(chǎn)品，開(kāi)發(fā)TDC-GP30的目標(biāo)如下：l 非常容易適應(yīng)超聲波和熱水儀的二芯片解決方案l 單個(gè)芯片適用于很多工業(yè)應(yīng)用或者純流量應(yīng)用部分l 所有的流量和溫度運(yùn)算已經(jīng)由GP30完成l 外接的up僅僅用于表面的接口和其他一些通用的任務(wù)l 綜合的標(biāo)準(zhǔn)的脈沖式接口使以熱量和水流量?jī)x表為基礎(chǔ)的TDC-GP30替代了一對(duì)一的機(jī)械流量?jī)x表。顧客至上和軟件沒(méi)有變化的總之 TDC-GP30是超聲波流量測(cè)量的新的一步，它大大簡(jiǎn)化了超聲波和熱水儀的設(shè)計(jì)，而且對(duì)于節(jié)能省源的新一代的超聲波流量?jī)x表是非常重要的。弱電性能容許標(biāo)準(zhǔn)的2/3AA或者AA鋰亞硫酰

2、氯電池保持6-8HZ的頻率下使用，即使在水表中也可以使用。TDC-GP30是容許你在一臺(tái)IC上執(zhí)行所有測(cè)量任務(wù)的系統(tǒng)芯片。1.1 主要特征u 高性能+超低的32CPU使用率以及 128 * 32 NVRAM (non-volatile RAM) for user firmware parameter & data§ 4k * 8 NVRAM (non-volatile RAM) for user firmware program code§ 4k * 8 ROM for system task code and special flow library codeu

3、TDC-GP30具有中型順應(yīng)性流量和溫度運(yùn)算的能力u 靈活的借口，SPI, UART, 脈沖（僅限流量）u 先進(jìn)的高精度模擬器u 傳感器不需要額外的其他部件，可以直接連接到 TDC-GP30u 自身具有的振幅測(cè)量器可以接收到穩(wěn)定氣流，以及線(xiàn)圈老化和缺失的信號(hào)u 可以達(dá)到流量測(cè)量領(lǐng)域的最高精確度31multi-hitsu 低耗能，高更新速率，如：6 µA 8HZ ,包括流量和溫度運(yùn)算，測(cè)量流量流速u(mài) 占用空間小，所需電子元件少1.2框架圖1.3采購(gòu)數(shù)據(jù)Part# Package Carrier, Quantity Order numberTDC-GP30 QFN40 T&R,

4、5000 MNR 2177TDC-GP30 QFN32 T&R, 5000 MNR 2237GP30-DEMO-KIT System Box, 1 MNR 2174這種產(chǎn)品是RoHS-許可的，并且不包含任何Pb.2. 特性和規(guī)格2.1電氣特性絕對(duì)最大額定參數(shù) 超過(guò)如下列表中的最大額定參數(shù)有可能導(dǎo)致裝置的永久性損壞。這些僅代表壓力等級(jí)。設(shè)備運(yùn)算功能在這些或者其他任何超過(guò)以下電氣特性使用說(shuō)明的情況下都是不包括在內(nèi)的。長(zhǎng)時(shí)間在最大額定參數(shù)條件下使用，會(huì)影響設(shè)備的可靠性和準(zhǔn)確度。2.2.1 備注：強(qiáng)烈建議在HSO_CLK使用陶瓷振蕩器，因?yàn)槭⒄袷幤鞅忍沾烧袷幤餍枰L(zhǎng)的時(shí)間去設(shè)置。這個(gè)或許消

5、耗更多的電氣流，當(dāng)使用GP-30用于高速計(jì)時(shí)器校準(zhǔn)時(shí)，石英振蕩器是沒(méi)有優(yōu)勢(shì)的。2.3PIN描述2.3.1設(shè)備標(biāo)示舉例：設(shè)備系列-GP30硅型號(hào)版本-Y芯片包裝（A = QFN40; D = QFN32）-A年份 （15=2015）-15日歷周（03=CW03)-032.3.2芯片程序包2.4軟件包裝圖警告：芯片中心襯墊內(nèi)部連接到了GND，襯墊下面除了GND，不容許連接任何其他的線(xiàn)路。而且也沒(méi)必要連接襯墊到GND.標(biāo)示數(shù)字：7日期代碼：YYWW YY=年 WW=周環(huán)境許可：產(chǎn)品是經(jīng)過(guò)RoHS許可生產(chǎn)的，并且不包含鉛濕度敏感度：焊接溫度曲線(xiàn)；紅外回流爐（在這個(gè)設(shè)備中，設(shè)備溫度就等同于樹(shù)脂的溫度）的

6、溫度曲線(xiàn)應(yīng)該保持在如下的變化范圍描述之內(nèi)樹(shù)脂的最高溫度是有要求的，當(dāng)軟件包表面溫度達(dá)到最高的260時(shí)，就意味著樹(shù)脂的溫度不能在最高的250保持超過(guò)10秒。所以為了降低由氣壓造成的軟件包負(fù)載，溫度應(yīng)該保持的越低越好。這也是為什么只能容許小范圍的焊接的原因。除了以上的溫度曲線(xiàn)外，我們通常建議客戶(hù)仔細(xì)檢查和確認(rèn)焊接結(jié)果處于良好的狀態(tài)。3. 流量測(cè)定TDC-GP30已經(jīng)完全整合了全部的電路以保證可以測(cè)量超聲波的流量：壓電傳感器驅(qū)動(dòng)，比較補(bǔ)償機(jī)制，模擬開(kāi)關(guān)，CPU計(jì)算流，時(shí)鐘控制單元，等，尤其是流速測(cè)量控制單元，以及可以在測(cè)定過(guò)程中控制管理全部單元的時(shí)間和互動(dòng)的任務(wù)程序裝置。3.1測(cè)定原理TDC-GP3

7、0通過(guò)測(cè)量超聲波在順流和逆流產(chǎn)生測(cè)距的差別來(lái)測(cè)定流量，對(duì)于水流量來(lái)說(shuō)，檢測(cè)數(shù)據(jù)可以用來(lái)計(jì)算溫度。對(duì)于熱量?jī)x表來(lái)說(shuō)，集成一個(gè)高精度的溫度測(cè)量單元是非常必要的。知道了流速v和橫截面積就可以算出流量和流量容積。連接到傳感器是非常容易的。超聲波傳感器被連接到FIRE_UP andFIRE_DOWN pins，電容和電阻被集成在傳感器驅(qū)動(dòng)程序路徑上。溫度傳感器，電阻，充電電容都連接在溫度端口和GND上。溫度單元適用于500Ohm或者更高如PT500或者PT1000的傳感器。芯片支持2線(xiàn)和4線(xiàn)的傳感器，而且有利于1.5mK rms 分辨率。 3.1.1 GP30測(cè)量分頻器和任務(wù)程序裝置完全的控制了全部的測(cè)

8、量順序。具有獨(dú)立自己的觸發(fā)器的GP30在這個(gè)系統(tǒng)中占起主要作用，可以處理數(shù)據(jù)，啟動(dòng)外邊的微控器，如果有需要（流量計(jì)模式），GP30也可以是一個(gè)沒(méi)有數(shù)據(jù)處理功能的純轉(zhuǎn)換器。對(duì)于調(diào)試來(lái)說(shuō)，個(gè)別的任務(wù)也可以通過(guò)外部的微控器遠(yuǎn)程啟動(dòng)。TDC-GP30 的各種功能模塊被隨機(jī)存儲(chǔ)內(nèi)存中的控制寄存器和系統(tǒng)處理登記器控制。那些自控應(yīng)用程序被儲(chǔ)存在RAA中的固件數(shù)據(jù)段FWD2，在這個(gè)數(shù)據(jù)段，在啟動(dòng)程序時(shí)，數(shù)據(jù)被復(fù)制到直接映射到寄存器，各種配置寄存器和系統(tǒng)處理登記信息被詳細(xì)的描述在數(shù)據(jù)段7中.為了更好的閱讀，文件中的變量名字被格式成粗體。在低功耗模式下， GP30 通常需要一個(gè)32.768 kHz 的振蕩器，去運(yùn)

9、行24小時(shí)時(shí)鐘。測(cè)量時(shí)間時(shí)，GP30 代表性的使用了能夠短時(shí)間內(nèi)激活的4MHz 的陶瓷振蕩器。同樣的方式，比測(cè)儀和其他模擬元件都能夠在短時(shí)間充電完成。低頻LSO 作為l 任務(wù)程序周期的基礎(chǔ)l 數(shù)字脈沖接口的基礎(chǔ)l 時(shí)間標(biāo)示的基礎(chǔ)l 初始的4.800 baud傳輸速率的基礎(chǔ)這些任務(wù)分類(lèi)如下表3.2超聲波測(cè)量測(cè)量速度發(fā)生器通常為了流量測(cè)量的完整序列以超聲波檢測(cè)器開(kāi)始，在通道A觸發(fā)任務(wù)音序器(TS),如果有需要，可以在結(jié)束進(jìn)程前完成所有的運(yùn)算。TOF測(cè)量器是由2個(gè)時(shí)間測(cè)量件在上下兩個(gè)方向組成的（換句話(huà)說(shuō)，在逆流和順流兩個(gè)方向）。這兩個(gè)之間的時(shí)間間隔測(cè)量可以配置在50 Hz或60赫茲的倍數(shù)幾個(gè)步驟。時(shí)

10、間測(cè)量和振幅測(cè)量。GP30可以切換上下測(cè)量的開(kāi)始方向。這有助于抑制溫度漂移引起的錯(cuò)誤。圖3-4為超聲波測(cè)量時(shí)間。3.2.1第一波檢測(cè)對(duì)于一個(gè)時(shí)間測(cè)量器來(lái)說(shuō)，接收到的信號(hào)需要識(shí)別及其到達(dá)時(shí)間需要測(cè)量，這可以通過(guò)定義一個(gè)第一波,然后計(jì)數(shù)隨后的波和存儲(chǔ)相關(guān)的到達(dá)時(shí)間。接收到的信號(hào),通常burst-like信號(hào),使用一個(gè)內(nèi)部比較器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。當(dāng)接收到波時(shí)，比較器的參考電壓大多數(shù)時(shí)間等于收到波的零線(xiàn)來(lái)確定零交叉點(diǎn)。（這或多或少意味著，比較器用覆蓋參考電壓來(lái)比較，這是ZCL的零交叉水平的數(shù)據(jù)），這樣，收到的波就轉(zhuǎn)化為了數(shù)字信號(hào)。為了確定波的絕對(duì)編號(hào)，所謂的第一波是由添加一個(gè)明確的電壓水平來(lái)定義，也成了

11、比較器的參考電壓。這第一波檢測(cè)，不同于零交叉電壓水平，使時(shí)間測(cè)量從溫度和流量測(cè)量中獨(dú)立出來(lái)。抵消第一波沖擊，實(shí)際上代表了得到了檢測(cè)到的第一波的振幅。完成這些后，比較器的參考點(diǎn)回到零交叉水平（ZCL),隨后的測(cè)量都是從零交叉開(kāi)始。以下的參數(shù)定義了第一波檢測(cè)和TOF擊打數(shù)l 第一波(FHL)的觸發(fā)電壓水平l 計(jì)數(shù)真正檢測(cè)到的第一波隨后的TOF擊打數(shù)l 測(cè)到的TOF擊打數(shù)量l TOF 擊打的時(shí)間間隔l TOF開(kāi)始擊打時(shí)間延遲：這些延遲導(dǎo)致一些探測(cè)到波的前置時(shí)間失效下一頁(yè)的圖3-5顯示了TDC-GP30在第一波模式時(shí)測(cè)到的流量。開(kāi)啟有比較器的測(cè)量裝置，補(bǔ)償不同的第一波電壓水平，100mV，有助于抑制噪

12、波并允許測(cè)量到的收到的專(zhuān)用波可以用來(lái)作為參考的第一波。一旦檢測(cè)到第一波,補(bǔ)償設(shè)置回到零交叉檢測(cè)水平（ZCD）。建議在至少兩個(gè)波周期后，開(kāi)始真正的TOF擊打后測(cè)量。通過(guò)配置計(jì)數(shù)TOF開(kāi)始打擊，在TOF擊打期間，TOF的擊打總數(shù)和忽略的擊打數(shù)字都是可以設(shè)置的。當(dāng)信號(hào)頻率接近HSO使用頻率的一半時(shí)，那些忽略的擊打數(shù)是非常有用的。在這種情況下,內(nèi)部運(yùn)算器不夠快,無(wú)法做每一個(gè)打擊所有必要的計(jì)算,所以每秒鐘至少必須忽略。像在TDC-GP22,第一波檢測(cè)因測(cè)量脈沖寬度選項(xiàng)而延長(zhǎng)。3.2.2振幅測(cè)量TDC-GP30中的一個(gè)新特性是一個(gè)真正的振幅測(cè)量。結(jié)果提供了收到破裂或部分的mV峰值的振幅。測(cè)量到的接收電壓相

13、接近于過(guò)零值。完整的電壓擺幅(最大峰值)是這個(gè)值是2倍。特征如下：每次TOF真正的峰值振幅測(cè)量高度可靠的泡沫和老化檢測(cè)很好的一致性檢驗(yàn)與第一波檢測(cè)易于在生產(chǎn)和開(kāi)發(fā)過(guò)程中進(jìn)行質(zhì)量檢查可配置數(shù)量的電波停止振幅測(cè)量這允許測(cè)量每一個(gè)波的破裂開(kāi)始時(shí)的振幅峰值(但在每個(gè)TOF測(cè)量值只有一個(gè))表3-6為測(cè)量的振幅最重要的參數(shù)如下：3.2.3讀入數(shù)據(jù)The GP30的測(cè)量結(jié)果儲(chǔ)存在一個(gè)RAM章節(jié)前端數(shù)據(jù)緩沖區(qū)（FDB).這一段部分用于流量測(cè)量數(shù)據(jù)和溫度測(cè)量數(shù)據(jù)的交替。因此,有必要在溫度測(cè)量開(kāi)始前， 閱讀飛行時(shí)間結(jié)束后的數(shù)據(jù)直接流量測(cè)量。超聲波流量測(cè)量存儲(chǔ)結(jié)果在RAM區(qū)。3.3溫度測(cè)量精密溫度測(cè)量熱米是必須具備

14、的，因此,在外部配置500歐姆或1000歐姆的傳感器放置在輸入流(熱)和輸出流（冷）。電阻的測(cè)量傳感器是基于放電時(shí)間測(cè)量,這個(gè)是眾所周知的，正如大家都知道acam 是PICOSTRAIN芯片的家庭是一樣的。負(fù)載電容,通常由C0G和100 nF電容組成，通過(guò)傳感器和電阻放電。GP30支持2 - 線(xiàn)傳感器和四線(xiàn)傳感器。此2線(xiàn)傳感器布線(xiàn)簡(jiǎn)單，在一端接地，但不能修正改變接觸電阻的可能,因此要求焊接連接。四線(xiàn)連接糾正接觸電阻,因此可以用插頭替代焊接連接。是這個(gè)版本的數(shù)據(jù)表中沒(méi)有的描述4. 特殊服務(wù)功能系統(tǒng)重置后可以啟動(dòng)啟用GP30的監(jiān)測(cè)器。4.4.1低電量模式通常GP30在低功耗模式下運(yùn)行，在這種模式下

15、，低音速時(shí)鐘是由連接到PIN的的外部能源提供能量運(yùn)行的。當(dāng)有需要或者測(cè)量時(shí)，連在PIN上的高音速時(shí)鐘會(huì)被內(nèi)部的控制體統(tǒng)激活。為了支持超聲波達(dá)到4MHZ,GP30也可以尋求采購(gòu)8MHZ的高音速時(shí)鐘。與石英振蕩器相比，陶瓷振蕩器可以縮短校對(duì)時(shí)間，節(jié)約電能。另一方面，時(shí)鐘也要在循環(huán)模式下校準(zhǔn)。校準(zhǔn)程序可以由任務(wù)程序器或者外部的指令來(lái)觸發(fā)。4.2.2單一源時(shí)時(shí)鐘模式。這種模式一般不推薦應(yīng)用,除非要求是低功耗的情形。4.5 電源4.5.1電源電壓GP30是一次高端的混合模擬/數(shù)字的設(shè)計(jì)產(chǎn)品。好的電源供應(yīng)使芯片達(dá)到最佳效果。它是高電壓和低電感的產(chǎn)品。如圖4-1，從同一電壓出來(lái)的低電阻應(yīng)該全部應(yīng)用于所有的V

16、CC PIN.所有接地線(xiàn)都應(yīng)該連接在電路板上的地線(xiàn)層。電源電壓由電池或者固定的穩(wěn)壓器提供。為避免由附加的調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的噪聲引起信號(hào)干擾，所以不要使用轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié)器。GP30不需要轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié)器。芯片也可以由電源電壓直接驅(qū)動(dòng)。芯片內(nèi)部連接著不同的VCC PINtime-to-digital(時(shí)間-數(shù)字）轉(zhuǎn)化器的測(cè)量質(zhì)量取決于所提供的電源。芯片主要是捕捉脈沖電流,因此足夠的繞過(guò)是強(qiáng)制性的4.5.2熱量和水量?jī)x表系統(tǒng)當(dāng)前消費(fèi)量是一個(gè)非常重要的參數(shù)?，F(xiàn)在的需求量不斷升高尤其是水表，因?yàn)閷?duì)水表測(cè)量的要求越來(lái)越高。典型的水表計(jì)量率應(yīng)該在6到8赫茲的范圍。GP30特別設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)可以達(dá)到極低的操作電流，允許使用的小型電

17、池大小像2/3 AA和AA電池。給出的數(shù)據(jù)額定壓 VCC = 3.0 當(dāng)V = 3.6 V電流將增加大約2µA。此外,vir串行接口任何通信將會(huì)增加電流。4.6電壓測(cè)量電壓測(cè)量是唯一直接主管執(zhí)行測(cè)量任務(wù)，而不是在前端處理如果VM_RATE > 0它會(huì)自動(dòng)連接。VCC的價(jià)值被估量而且可以作為一個(gè)電池電量最低低閾值。5. 遠(yuǎn)程端口接口GP30能夠在流量計(jì)模式或時(shí)間轉(zhuǎn)換模式下運(yùn)行。在流量計(jì)模式時(shí)，為了編輯GP30的程序一個(gè)遠(yuǎn)程端口接口是必須配置的。在時(shí)間轉(zhuǎn)換模式下，為了設(shè)置和測(cè)量于GP30的通信，一個(gè)遠(yuǎn)程端口接口是必須配置的。遠(yuǎn)程端口接口可以通過(guò)pin UART_SEL選擇作為SPI

18、或UART接口。五個(gè)遠(yuǎn)程端口接口的性能取決于接口的選擇。如下表；5.1 SPI 接口5.2 UART 接口GP30還可以使用一個(gè)通用異步接收/發(fā)送接口。這主要用于通過(guò)長(zhǎng)電纜傳輸?shù)男盘?hào)數(shù)據(jù)。這UART總是在半雙工工作。外部控制器的遠(yuǎn)程請(qǐng)求通常通過(guò)GP30許可公認(rèn)。此外,GP30本身能夠發(fā)送消息.UART -框架UART CRC生成UART錯(cuò)誤處理 : Ø CRC錯(cuò)誤 Ø 沖突處理Ø 未知的命令Ø Inter-byte差距太大Ø 錯(cuò)誤的啟動(dòng)或停止UART的消息傳遞模式 UART可以作為為一個(gè)消息傳遞機(jī)制,將測(cè)量周期或由固件決定的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行傳輸。他可以選擇喚醒字節(jié)后進(jìn)行消息傳輸。UART波特率GP30能夠操作在低波特率(4800波特)或在4種不同的高達(dá)115200的高波特率下運(yùn)行。波特率可以通過(guò)遠(yuǎn)程波特率控制命令改變。在改變到一個(gè)新的波特率之前,遠(yuǎn)程控制首先必須從GP30收到一條許可當(dāng)前的波特率的確認(rèn)消息。波特率通常用于低：初始通訊高波特率通常用于：GP30固件代碼和數(shù)據(jù)編程在流量計(jì)模式下測(cè)量結(jié)果消息5.3遠(yuǎn)距離通信遙控器總是通過(guò)發(fā)送遠(yuǎn)程命令與GP30通信后啟動(dòng)。（參見(jiàn)下面的命令列表）。作為遠(yuǎn)程請(qǐng)求的第一個(gè)字節(jié), 獨(dú)立于所選擇的接口，以防UART 2字節(jié)的CRC遵循6.1脈沖接口流量顯示的脈沖接口是一個(gè)分開(kāi)的，獨(dú)立的