TDC-GP2的高精度時(shí)間測(cè)量原理

　　時(shí)差法超聲波流量測(cè)量的關(guān)鍵是對(duì)超聲波傳播時(shí)間的測(cè)量，德國(guó)ACAM公司的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片TDC-GP2提供典型值65ps的時(shí)間分辨率，測(cè)量范圍從0到4ms。

　　如圖2所示，TDC核心測(cè)量單元對(duì)START和STOP脈沖之間的時(shí)間間隔進(jìn)行測(cè)量。每個(gè)門電路的傳輸延時(shí)典型值是65ps，TDC核心測(cè)量單元通過計(jì)數(shù)在STOP脈沖到來(lái)之前START信號(hào)通過的門電路個(gè)數(shù)來(lái)獲得START與STOP信號(hào)之間的時(shí)間間隔。TDC-GP2芯片內(nèi)部通過特殊的設(shè)計(jì)和布線方法來(lái)保證每個(gè)門電路的時(shí)間延遲嚴(yán)格一致，但這個(gè)時(shí)間延遲是會(huì)隨供電電壓和溫度而變化的，因此TDC-GP2設(shè)計(jì)了一個(gè)參考時(shí)鐘用來(lái)對(duì)門電路的延時(shí)進(jìn)行校準(zhǔn)，同時(shí)這個(gè)參考時(shí)鐘也會(huì)在被測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)參與時(shí)間測(cè)量。

　　由于TDC核心測(cè)量單元是對(duì)電信號(hào)通過的門電路個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，因此受計(jì)數(shù)器容量的限制它的時(shí)間測(cè)量范圍是有限的，最多可測(cè)到1.8us，對(duì)于被測(cè)時(shí)間超過這個(gè)范圍的應(yīng)用，TDC-GP2則采取參考時(shí)鐘測(cè)量和TDC核心測(cè)量單元相結(jié)合的方式來(lái)完成。如圖3所示，TDC核心測(cè)量單元只測(cè)量TFC1和TFC2，而TCC則通過數(shù)參考時(shí)鐘的周期數(shù)來(lái)完成測(cè)量，待測(cè)時(shí)間TSS便可通過如下計(jì)算獲得：

　　每次測(cè)量完成后TDC-GP2可以自動(dòng)對(duì)門電路的延時(shí)做校準(zhǔn)測(cè)量，如圖3中的Cal1和Cal2，TDC核心測(cè)量單元對(duì)參考時(shí)鐘的周期進(jìn)行測(cè)量，而參考時(shí)鐘的周期是已知的，因此由測(cè)量結(jié)果可反推出來(lái)精確的門電路延時(shí)。以上的計(jì)算、校正都是TDC-GP2自動(dòng)完成的，最終經(jīng)過校正的測(cè)量結(jié)果將以參考時(shí)鐘的周期為單位給出，以方便用戶計(jì)算。