基于CortexM3的TDC-GP22在智能超聲波水表中的應用
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好奇心總是會驅使我們去探索事物的本質，想知道智能超聲波水表有何突破創新之處？TDC-GP22在其中起到何種關鍵作用，ARM CortexM3 MCU如何在超低功耗突破方面再助一臂之力？本文將介紹TDC-GP22在智能超聲波水表中起到何種關鍵作用，ARM CortexM3 MCU如何在超低功耗突破方面再助一臂之力？
水表技術的創新發展是實現智能測量的重要武器
“當智能電表在電力系統中如火如荼地發展之時，水表也在朝向智能化、全電子的方向快速發展。這一方面因為全球水資源的短缺迫使政府重視節水和水量控制，另一方面也源于現代工業技術的發展成熟使得智能水表的實現成為可能?！笔缽娤冗M公司華南區技術主管陳剛先生強調說，“能滿足階梯計價的智能式水表將會成為建設節水型社會一大利器！”
水表技術的創新發展是實現用水智能測量的重要武器。超聲波水表是采用超聲波時差原理，采用工業級電子元器件制造而成的全電子水表。利用一對超聲波換能器相向交替（或同時）收發超聲波，通過檢測超聲波在介質中的順流和逆流傳播時間差來間接測量流體的流速，再通過流速來計算流量的這種間接測量方法——超聲波測量，使智能水表變為現實。
圖1. 超聲波時差法測量原理示意圖
●精度高：測量的分辨率高；
●可靠性好：超聲波回波測量穩定可靠；
●量程比寬：始動流量非常?。?2 L/h），微小變化可以獲知；
●壽命長：盡管測量速度很快，但可以擁有非常長的使用壽命；
●無活動部件：不影響流體特性，測量性能更加優越；
●更換非常靈活：更換非常簡單，無需斷管網。
有研究數據顯示，在歐洲以及世界一些地區：大口徑工業水表和小口徑民用水表，都已經開始朝超聲波方向發展。歐洲一些著名的表計公司在歐洲的項目開發工作中已經開始或者已經量產，超聲波水表潛力巨大(市場潛力：>10Mio./年)。
在中國，超聲波測量方式已經在熱量表和流量計當中得到普遍的應用和驗證。由于超聲波方式的優勢，以及測量超聲波電路的不斷發展和完善，智能水表也將向這種方式發展。國家住建部標準定額司相關單位委托行業領軍企業牽頭組織起草的“超聲波水表”國家標準已經基本完成。
超聲波水表革命的關鍵部件——TDC-GP22
德國Acam公司的測量芯片在超聲波測量上已得到普遍認可和采用。回到文章開頭提到的時間數字轉換器TDC-GP22，它是Acam公司利用純數字化CMOS 技術生產的時間數字轉換器，能將時間間隔的測量量化到22ps 的精度，可以說天生就肩負了推動智能超聲波技術變革的使命。
圖2. TDC-GP22——智能超聲波水表應用的高集成度測量芯片
原理及性能
圖3. TDC-GP22內部結構原理圖
TDC-GP22的重要特性還包括：
●溫度測量精度（2mk rms）；
●TOF飛行時差的溫漂（0.3ps/k）；
●提供針對超聲波水表所需要的完整的模擬前端：內部集成斬波穩定的內部低噪聲比較器（比較器觸發offset范圍在±35 mV）和低串擾模擬開關，這就解決了客戶模擬部分設計的問題， 提高了系統測量質量。
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