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测量仪表相关技术文章高精度时间间隔测量芯片TDC-GP1的工作原理及设计应用

1、概述

TDC-GP1主要应用于超声波流量仪、高能物理和核物理、各种手持/机载或固定工的高精度激光测距仪、激光雷达、激光扫描仪、CDMA无线蜂窝系统无线定位、超声波密度仪、超声波厚度仪、涡轮增压器的转速测试仪、张力计、磁致伸缩传感器、飞行时间谱仪、天文的时间间隔观测、频率和相位信号分析等高精度测试领域。TDC-GP1还提供了与微处理器的多种接口方式,用户可以很方便地用它构成自己的系统或仪器。

2、结构原理与引脚功能

TDC-GP1采用44引脚TQFP封装,具有TDC测量单元、16位算术逻辑单元、RLC测量单元及与8位处理器的接口单元4个主要功能模块。内部结构如图1所示。

高精度时间间隔测量芯片TDC-GP1的工作原理及设计应用

(1)TDC测量单元

当两个脉冲的上升测或下降测的时间差为几十到几百ns时,传统的测量脉冲宽度的脉冲计数法已不再适用。这是因为要测的脉冲越窄,所需要的时钟频率就愈高,对芯片的性能要求也越高。例如要求1ns的测量误差时,时钟频率就需要提高到1GHz,此时一般计数器芯片很难正常工作,同时也会带来电路板的布线、材料选择、加工等诸多问题。为克服上述问题,TDC-GP1利用信号通过逻辑门电路的绝对传输时间提出了一种新的时间间隔测量方法,测量原理如图2所示。START信号和STOP信号之间的时间间隔由非门的个数来决定,而非门的传输时间可以由集成电路工艺精确地确定。同时,由于门电路的传输时间受温度和电源电压的影响比较大,因而该芯片内部设计了锁相和标定电路。