ACAM數(shù)據(jù)手冊中文版本

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，開發(fā)TDC-GP30的目標如下：非常容易適應(yīng)超聲波和熱水儀的二芯片解決方案單個芯片適用于很多工業(yè)應(yīng)用或者純流量應(yīng)用部分所有的流量和溫度運算已經(jīng)由 GP30完成外接的up僅僅用于表面的接口和其他一些通用的任務(wù)綜合的標準的脈沖式接口使以熱量和水流量儀表為基礎(chǔ)的 TDC-GP30替代了一對一的機械流量儀表。一一顧客至上和軟件 沒有變化的總之TDC-GP30是超聲波流量測量的新的一步，它大大簡化了超聲 波和熱水儀的設(shè)計，而且對于節(jié)能省源的新一代的超聲波流量儀表是 非常重要的。弱電性能容許標準的213AA或者AA鋰亞硫酰氯電池保持6

2、-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IC上執(zhí)行所有測量任務(wù)的系統(tǒng)芯片。1.1主要特征高性能+超低的32CPU使用率以及128 * 32 NVRAM (non-volatile RAM) for user firmware parameter& data4k * 8 NVRAM (non-volatile RAM) for user firmware program code4k * 8 ROM for system task code and special flow library code TDC-GP30具有中型順應(yīng)性流量和溫度運算的能力靈

3、活的借口，SPI, UART, 脈沖（僅限流量）先進的高精度模擬器傳感器不需要額外的其他部件，可以直接連接到TDC-GP30自身具有的振幅測量器可以接收到穩(wěn)定氣流，以及線圈老化和缺失的信號可以達到流量測量領(lǐng)域的最高精確度31multi-hits低耗能，高更新速率，如：6 A 8HZ,包括流量和溫度運算，測量流量流速占用空間小，所需電子元件少1.2 框架圖1.3 采購數(shù)據(jù)Part#Package Carrier, Quantity Order numberMNR 2177MNR 2237TDC-GP30 QFN40T&R, 5000TDC-GP30 QFN32T&R, 5000G

4、P30-DEMO-KIT System Box, 1MNR 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 電氣特性絕對最大額定參數(shù)超過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。設(shè)備運算功能在這些或者其他任何超過以下電氣特性使用說明的情況下都是不包括在內(nèi)的。長時間在最大額定參數(shù)條件下使用，會影響設(shè)備的可靠性和準確度。1.1.1 備注： 強烈建議在HSO_CLK 使用陶瓷振蕩器，因為石英振蕩器比陶瓷振蕩器需要更長的時間去設(shè)置。這個或許消耗更多的電氣流，當(dāng)使用GP-30用于高速計時器校準時，石英振蕩器是沒有優(yōu)勢的。1.3 PIN 描述1

5、.3.1 設(shè)備標示舉例：設(shè)備系列 GP30硅型號版本Y芯片包裝（A = QFN40; D = QFN32） A年份 （ 15=2015） 15日歷周（03=CW03）031.3.2 芯片程序包1.4 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路。而且也沒必要連接襯墊到GND.標示數(shù)字：7日期代碼：YYWW 丫丫=年 WW=H環(huán)境許可：產(chǎn)品是經(jīng)過RoHS 許可生產(chǎn)的，并且不包含鉛濕度敏感度：焊接溫度曲線；紅外回流爐（在這個設(shè)備中，設(shè)備溫度就等同于樹脂的溫度）的溫度曲線應(yīng)該保持在如下的變化范圍描述之內(nèi)樹脂的最高溫度是有要求的，當(dāng)軟件包表面溫度達到

6、最高的260時，就意味著樹脂的溫度不能在最高的250保持超過10 秒。所以為了降低由氣壓造成的軟件包負載，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外，我們通常建議客戶仔細檢查和確認焊接結(jié)果處于良好的狀態(tài)。3 .流量測定TDC-GP30 已經(jīng)完全整合了全部的電路以保證可以測量超聲波的流量：壓電傳感器驅(qū)動，比較補償機制，模擬開關(guān)，CPU 計算流，時鐘控制單元，等，尤其是流速測量控制單元，以及可以在測定過程中控制管理全部單元的時間和互動的任務(wù)程序裝置。3.1 測定原理TDC-GP30 通過測量超聲波在順流和逆流產(chǎn)生測距的差別來測定流量，對于水流量來說，檢測數(shù)

7、據(jù)可以用來計算溫度。對于熱量儀表來說，集成一個高精度的溫度測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 線和 4 線的傳感器，而且有利于1.5mK rms 分辨率。3.1.1GP30 測量分頻器和任務(wù)程序裝置完全的控制了全部的測量順序。具有獨立自己的觸發(fā)器的GP30 在這個系統(tǒng)中占起

8、主要作用，可以處理數(shù)據(jù)，啟動外邊的微控器，如果有需要（流量計模式），GP30 也可以是一個沒有數(shù)據(jù)處理功能的純轉(zhuǎn)換器。對于調(diào)試來說，個別的任務(wù)也可以通過外部的微控器遠程啟動。TDC-GP30 的各種功能模塊被隨機存儲內(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)用程序被儲存在RAA 中的固件數(shù)據(jù)段FWD2 ，在這個數(shù)據(jù)段，在啟動程序時，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32.768 kHz 的振蕩器，去運行 24 小時時鐘。測量時間時，GP30 代表

9、性的使用了能夠短時間內(nèi)激活的4MHz 的陶瓷振蕩器。同樣的方式，比測儀和其他模擬元件都能夠在短時間充電完成。低頻 LSO 作為任務(wù)程序周期的基礎(chǔ)數(shù)字脈沖接口的基礎(chǔ)時間標示的基礎(chǔ)初始的 4.800 baud 傳輸速率的基礎(chǔ)這些任務(wù)分類如下表3.2 超聲波測量測量速度發(fā)生器通常為了流量測量的完整序列以超聲波檢測器開始，在通道 A 觸發(fā)任務(wù)音序器（TS）, 如果有需要，可以在結(jié)束進程前完成所有的運算。TOF 測量器是由2 個時間測量件在上下兩個方向組成的（換句話說，在逆流和順流兩個方向）。這兩個之間的時間間隔測量可以配置在50 Hz 或 60 赫茲的倍數(shù)幾個步驟。時間測量和振幅測量。GP30 可以切

10、換上下測量的開始方向。這有助于抑制溫度漂移引起的錯誤。圖 3-4 為超聲波測量時間。3.2.1 第一波檢測對于一個時間測量器來說，接收到的信號需要識別及其到達時間需要測量，這可以通過定義一個第一波,然后計數(shù)隨后的波和存儲相關(guān)的到達時間。接收到的信號,通常 burst-like 信號,使用一個內(nèi)部比較器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。當(dāng)接收到波時，比較器的參考電壓大多數(shù)時間等于收到波的零線來確定零交叉點。（這或多或少意味著，比較器用覆蓋參考電壓來比較，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。為了確定波的絕對編號，所謂的第一波是由添加一個明確的電壓水平來定義，也成了比較器的參考電壓。這

11、第一波檢測，不同于零交叉電壓水平，使時間測量從溫度和流量測量中獨立出來。抵消第一波沖擊，實際上代表了得到了檢測到的第一波的振幅。完成這些后，比較器的參考點回到零交叉水平（ZCL）, 隨后的測量都是從零交叉開始。以下的參數(shù)定義了第一波檢測和TOF 擊打數(shù)第一波（FHL）的觸發(fā)電壓水平計數(shù)真正檢測到的第一波隨后的TOF 擊打數(shù)測到的 TOF 擊打數(shù)量TOF 擊打的時間間隔TOF 開始擊打時間延遲：這些延遲導(dǎo)致一些探測到波的前置時間失效下一頁的圖3-5 顯示了 TDC-GP30 在第一波模式時測到的流量。開啟有比較器的測量裝置，補償不同的第一波電壓水平，100mV，有助于抑制噪波并允許測量到的收到的

12、專用波可以用來作為參考的第一波。一旦檢測到第一波,補償設(shè)置回到零交叉檢測水平（ZCD）。建議在至少兩個波周期后，開始真正的TOF 擊打后測量。通過配置計數(shù) TOF 開始打擊，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)信號頻率接近HSO 使用頻率的一半時，那些忽略的擊打數(shù)是非常有用的。在這種情況下,內(nèi)部運算器不夠快 ,無法做每一個打擊所有必要的計算,所以每秒鐘至少必須忽略。像在 TDC-GP22, 第一波檢測因測量脈沖寬度選項而延長。3.2.2 振幅測量TDC-GP30 中的一個新特性是一個真正的振幅測量。結(jié)果提供了收到破裂或部分的mV 峰值的振幅。測量到的接收電壓

13、相接近于過零值。完整的電壓擺幅（最大峰值）是這個值是2 倍。特征如下：每次 TOF 真正的峰值振幅測量高度可靠的泡沫和老化檢測很好的一致性檢驗與第一波檢測易于在生產(chǎn)和開發(fā)過程中進行質(zhì)量檢查可配置數(shù)量的電波停止振幅測量這允許測量每一個波的破裂開始時的振幅峰值（但在每個TOF 測量值只有一個）表 3-6 為測量的振幅最重要的參數(shù)如下：3.2.3 讀入數(shù)據(jù)The GP30 的測量結(jié)果儲存在一個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量數(shù)據(jù)和溫度測量數(shù)據(jù)的交替。因此,有必要在溫度測量開始前，閱讀飛行時間結(jié)束后的數(shù)據(jù)直接流量測量。超聲波流量測量存儲結(jié)果在RAM 區(qū)。3.3 溫度測量精

14、密溫度測量熱米是必須具備的，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）。 電阻的測量傳感器是基于放電時間測量,這個是眾所周知的，正如大家都知道acam 是 PICOSTRAIN 芯片的家庭是一樣的。負載電容,通常由 C0G 和100 nF 電容組成，通過傳感器和電阻放電。GP30 支持 2 -線傳感器和四線傳感器。此 2 線傳感器布線簡單，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。四線連接糾正接觸電阻,因此可以用插頭替代焊接連接。是這個版本的數(shù)據(jù)表中沒有的描述4 .特殊服務(wù)功能系統(tǒng)重置后可以啟動啟用GP30 的監(jiān)測器。1.1 .1

15、低電量模式通常GP30 在低功耗模式下運行，在這種模式下，低音速時鐘是由連接到PIN 的的外部能源提供能量運行的。當(dāng)有需要或者測量時，連在 PIN 上的高音速時鐘會被內(nèi)部的控制體統(tǒng)激活。為了支持超聲波達到4MHZ,GP30 也可以尋求采購8MHZ 的高音速時鐘。與石英振蕩器相比，陶瓷振蕩器可以縮短校對時間，節(jié)約電能。另一方面， 時鐘也要在循環(huán)模式下校準。校準程序可以由任務(wù)程序器或者外部的指令來觸發(fā)。1.2 .2 單一源時時鐘模式。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)計產(chǎn)品。好的電源供應(yīng)使芯片 達到最佳效果。它是

16、高電壓和低電感的產(chǎn)品。如圖 4-1 ，從同一電壓出來的低電阻應(yīng)該全部應(yīng)用于所有的VCC PIN.所有接地線都應(yīng)該連接在電路板上的地線層。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。芯片內(nèi)部連接著不同的VCC PINtime-to-digital（ 時間-數(shù)字）轉(zhuǎn)化器的測量質(zhì)量取決于所提供的電源。芯片主要是捕捉脈沖電流,因此足夠的繞過是強制性的4.5.2熱量和水量儀表系統(tǒng)當(dāng)前消費量是一個非常重要的參數(shù)?，F(xiàn)在的需求量不斷升高尤其是水表，因為對水表測量的要求越來越高。典型的水表計量率

17、應(yīng)該在6 到 8 赫茲的范圍。GP30 特別設(shè)計的結(jié)構(gòu)可以達到極低的操作電流，允許使用的小型電池大小像2/3 AA 和 AA 電池。給出的數(shù)據(jù)額定壓 VCC =3.0當(dāng)丫 = 3.6 V電流將增加大約2區(qū)A。此外,vir串行接口任何通信將會增加電流。4.6 電壓測量電壓測量是唯一直接主管執(zhí)行測量任務(wù)，而不是在前端處理如果 VM_RATE > 0 它會自動連接。VCC 的價值被估量而且可以作為一個電池電量最低低閾值。5.遠程端口接口GP30 能夠在流量計模式或時間轉(zhuǎn)換模式下運行。在流量計模式時，為了編輯GP30 的程序一個遠程端口接口是必須配置的。 在時間轉(zhuǎn)換模式下，為了設(shè)置和測量于GP3

18、0 的通信， 一個遠程端口接口是必須配置的。遠程端口接口可以通過pin UART_SEL 選擇作為SPI 或 UART 接口。五個遠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 還可以使用一個通用異步接收/發(fā)送接口。這主要用于通過長電纜傳輸?shù)男盘枖?shù)據(jù)。這UART 總是在半雙工工作。外部控制器的遠程請求通常通過GP30 許可公認。此外,GP30 本身能夠發(fā)送消息.UART -框架UART CRC 生成UART 錯誤處理:?CRC 錯誤?沖突處理?未知的命令?Inter-byte 差距太大?錯誤的啟動或停止UART 的消息傳遞模式UART 可以作為為

19、一個消息傳遞機制,將測量周期或由固件決定的測量結(jié)果進行傳輸。他可以選擇喚醒字節(jié)后進行消息傳輸。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115200的高波特率下運行。波特率可以通過遠程波特率控制命令改變。在改變到一個新的波特率之前 ,遠程控制首先必須從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)編程在流量計模式下測量結(jié)果消息5.3 遠距離通信遙控器總是通過發(fā)送遠程命令與GP30 通信后啟動。（參見下面的命令列表）。作為遠程請求的第一個字節(jié), 獨立于所選擇的接口，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分開的，獨立的單元，集成在可以通過內(nèi)存寄存器編程和更新的GPI