基于TDC-GP21的完美超聲波熱量表設計

引言

　　我國北方的供熱改革自2009年邁出了第一步以來，現在已經真正走上了正軌，預計在未來的幾年當中，北方各地也將會加快對于供熱計量方面的改革力度，按熱量計價收費將會成為今后北方供熱供暖方面的一個重點工作。超聲波熱量表由于其測量方式無接觸部件，低壓降和低能量消耗而且測量高精度，正在逐漸取代機械式的熱量表，成為北方供熱供暖熱計量方案的首選。德國acam公司的第一代產品TDC-GP2，已經得到市場的充分認可，因為其集成度高，測量性能好功耗低的優勢。而今，acam公司進一步推出了針對超聲波熱量表的高集成度TDC-GP21，在性能質量，功耗及其他各個方面將全面超越TDC-GP2，將會取代第一代而成為超聲波熱量表的首選。

　　1 TDC-GP21的簡介

　　在2010年的11月底，德國acam公司在原有的基礎上，又專門針對超聲波熱量表的一些特性，進行了更深入的研究和改進，最終推出了新一代針對超聲波熱量表所設計的的芯片TDC-GP21。這顆芯片采用QFN32管腳的封裝形式，除了具備了TDC-GP2的功能以外，還額外集成了超聲波熱量表所需要的信號處理模擬部分，比如模擬開關
開關

　　開關是最常見的電子元件，功能就是電路的接通和斷開。接通則電流可以通過，反之電流無法通過。在各種電子設備、家用電器中都可以見到開關。

以及低噪聲斬波穩定（自動進行溫度電壓校正）模擬信號比較器
比較器
　　比較器是一種得到廣泛使用的電路元件。實際上也是增益非常高的運算放大器，可以放大輸入端很小的差分信號，并驅動輸出端切換到兩個輸出狀態中的一個。以至于無法穩定在中間放大區，再不跳到低電平，再不跳到高電平。 [全文]

，以及內部集成了溫度測量所需施密特觸發器，使超聲波熱量表的設計開發非常簡單，大大降低材料和人工成本，并且將測量質量和功耗提升到了一個前所未有的等級，實現了更高集成度，更低功耗，更高精度的超聲波熱量表方案。TDC-GP21所能夠實現的性能，是TDC-GP2所無法達到的。

　　1.1 TDC-GP21內部結構圖

　　上圖中綠色部分，為專門針對熱量表所集成的單元。

　　模擬控制部分將信號的發射接收的處理變得前所未有的簡單，模擬信號和整個流程控制直接由這個部分來處理和自動操作，而且斬波穩定比較器可以保證測量的質量；

　　溫度部分集成了施密特觸發器，直接接上溫度傳感器
傳感器

　　凡是利用一定的物性（物理、化學、生物）法則、定理、定律、效應等把物理量或化學量轉變成便于利用的電信號的器件。傳感器是測量系統中的一種前置部件，它將輸入變量轉換成可供測量的信號”。按照Gopel等的說法是：“傳感器是包括承載體和電路連接的敏感元件”，而“傳感器系統則是組合有某種信息處理(模擬或數字)能力的系統”。傳感器是傳感系統的一個組成部分，它是被測量信號輸入的第一道關口。