基于TDC-GP22芯片的超声波水表在静态水流时影响测量稳定性的几种因素.doc

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1、基于TDC-GP22芯片的超声波水表在静态水流时影响测量稳定性的几种因素摘要：静态水流的测量是比较困难的，特别是对大管径来讲，滴漏水引起的流量变化可谓微乎其微，因而需要具备极大的测量分辨率才能实现大管径的静态水流的测量。目前市面上使用较多的为超声波水流测量方案，目前做得较好的可以实现TOF值的变化在60PS以内的稳定性，这就使水流量的高精度测量获得了可能，为智能水网络奠定了基础。这里介绍了静态水流时，影响TOF值稳定性的几种因素，用户在用TDC-GP22或者其他飞行时间测量的芯片设计超声波水表时，可以得到借鉴。1.基于GP22的电路设计：图1

2、：基于GP22的电路设计1.静态水流稳定性的影响因素：A.水汽在对整体测试前，请确保防水性能达IP68，水汽会影响PCB的正常工作，特别是在静态水流的测量时容易造成干扰。B.换能器换能器的工作稳定性直接影响到TOF时间差的计算，确保换能器发射声波的时间隔保持稳定性及声波的强度保持稳定，提前在整体性能测试前做好换能器的测试。C.电源目前电源造成测量异常的情况较为多，电源输出的小信号对水流的影响是比较大的，所以应先对电源输出信号进行测试，若是电源效果不佳可以外加LDO解决。D.电路板热堆积电路板热堆积主要是影响芯片的节温，使半导体工作异常；因此在

3、设计好电路后需对整体做温度验证，不同温度下测试信号的输出情况，看看零点漂移及TOF稳定性有没有异常。E.电路的高频信号影响比较多的情况是在电路设计中使用模拟开关等高频器件，在大流量测量时问题不大，但是转换到静态水流时就容易出现干扰，所以尽量避免高频元件大量的使用。F.水温水温主要是影响声波在水中的传播速率从而影响水表的零点，介质为自来水的状态下，20°C的水与70°C的水零点差异达11%左右，这个是相当大的影响；特别是对于长距离传输的大水管来讲，它们往往是裸露在野外，容易受到昼夜温差、日照、海拔等因素造成零点漂移；因此对于此类在温差较大的环境

4、下工作的水表来讲，最好的方法就是进行温度补偿。G.LAYOUT合理设计对于布线的一些重要考虑如下:i.将晶振放置里芯片尽量近一些i.请不要将SPI的通信线与Load或者IO管脚走线跨接ii.请不要跨接晶振线和load线iii.请将双通C2和C3去藕电容放置离GP21电源管脚近的地方iv.请将温度测量走线设计的尽量短和对称v.如果可能，请应用铜层GND包围晶振1.总结：Acam公司在2012年推出了TDC-GP22时间数字转换器，GP22具有很多拓展功能，并且给需要超高精度皮秒级的应用带来了很多优势，像超声波水表和超声波热表。本文是将一些实际遇

5、到的案例进行的文字总结，它提供的信息，有助于减少设计时间，并避免由于错误的元件值或不正确的配置而导致的电路问题。我们建议设计时遵循布局图和演示板的原理图，以便达到最好的性能。