ACAM数据手册中文版本.docx

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ACAM数据手册中文版本

1.概述

TDC-GP30是ACAM公司研发的超声波转换器的新一代的产品，开发TDC-GP30的目标如下：

●非常容易适应超声波和热水仪的二芯片解决方案

●单个芯片适用于很多工业应用或者纯流量应用部分

●所有的流量和温度运算已经由GP30完成

●外接的up仅仅用于表面的接口和其他一些通用的任务

●综合的标准的脉冲式接口使以热量和水流量仪表为基础的TDC-GP30替代了一对一的机械流量仪表。

——顾客至上和软件没有变化的

总之TDC-GP30是超声波流量测量的新的一步，它大大简化了超声波和热水仪的设计，而且对于节能省源的新一代的超声波流量仪表是非常重要的。

弱电性能容许标准的2/3AA或者AA锂亚硫酰氯电池保持6-8HZ的频率下使用，即使在水表中也可以使用。

TDC-GP30是容许你在一台IC上执行所有测量任务的系统芯片。

1.1主要特征

◆高性能+超低的32CPU使用率以及

128*32NVRAM（non-volatileRAM）foruserfirmwareparameter&data

4k*8NVRAM（non-volatileRAM）foruserfirmwareprogramcode

4k*8ROMforsystemtaskcodeandspecialflowlibrarycode

◆TDC-GP30具有中型顺应性流量和温度运算的能力

◆灵活的借口，SPI,UART,脉冲（仅限流量）

◆先进的高精度模拟器

◆传感器不需要额外的其他部件，可以直接连接到TDC-GP30

◆自身具有的振幅测量器可以接收到稳定气流，以及线圈老化和缺失的信号

◆可以达到流量测量领域的最高精确度31multi-hits

◆低耗能，高更新速率，如：

6µA8HZ,包括流量和温度运算，测量流量流速

◆占用空间小，所需电子元件少

1.2框架图

1.3采购数据

Part#PackageCarrier,QuantityOrdernumber

TDC-GP30QFN40T&R,5000MNR2177

TDC-GP30QFN32T&R,5000MNR2237

GP30-DEMO-KITSystemBox,1MNR2174

这种产品是RoHS-许可的，并且不包含任何Pb.

2.特性和规格

2.1电气特性

绝对最大额定参数超过如下列表中的最大额定参数有可能导致装置的永久性损坏。

这些仅代表压力等级。

设备运算功能在这些或者其他任何超过以下电气特性使用说明的情况下都是不包括在内的。

长时间在最大额定参数条件下使用，会影响设备的可靠性和准确度。

2.2.1备注：

强烈建议在HSO_CLK使用陶瓷振荡器，因为石英振荡器比陶瓷振荡器需要更长的时间去设置。

这个或许消耗更多的电气流，当使用GP-30用于高速计时器校准时，石英振荡器是没有优势的。

2.3PIN描述

2.3.1设备标示

举例：

设备系列------GP30

硅型号版本-----Y

芯片包装（A=QFN40;D=QFN32）-----------A

年份（15=2015）------15

日历周（03=CW03）------03

2.3.2芯片程序包

2.4软件包装图

警告：

芯片中心衬垫内部连接到了GND，衬垫下面除了GND，不容许连接任何其他的线路。

而且也没必要连接衬垫到GND.

标示数字：

7

日期代码：

YYWWYY=年WW=周

环境许可：

产品是经过RoHS许可生产的，并且不包含铅

湿度敏感度：

焊接温度曲线；

红外回流炉（在这个设备中，设备温度就等同于树脂的温度）的温度曲线应该保持在如下的变化范围描述之内

树脂的最高温度是有要求的，当软件包表面温度达到最高的260℃时，就意味着树脂的温度不能在最高的250℃保持超过10秒。

所以为了降低由气压造成的软件包负载，温度应该保持的越低越好。

这也是为什么只能容许小范围的焊接的原因。

除了以上的温度曲线外，我们通常建议客户仔细检查和确认焊接结果处于良好的状态。

3.流量测定

TDC-GP30已经完全整合了全部的电路以保证可以测量超声波的流量：

压电传感器驱动，比较补偿机制，模拟开关，CPU计算流，时钟控制单元，等，尤其是流速测量控制单元，以及可以在测定过程中控制管理全部单元的时间和互动的任务程序装置。

3.1测定原理

TDC-GP30通过测量超声波在顺流和逆流产生测距的差别来测定流量，对于水流量来说，检测数据可以用来计算温度。

对于热量仪表来说，集成一个高精度的温度测量单元是非常必要的。

知道了流速v和横截面积就可以算出流量和流量容积。

连接到传感器是非常容易的。

超声波传感器被连接到FIRE_UPand

FIRE_DOWNpins，电容和电阻被集成在传感器驱动程序路径上。

温度传感器，电阻，充电电容都连接在温度端口和GND上。

温度单元适用于500Ohm或者更高如PT500或者PT1000的传感器。

芯片支持2线和4线的传感器，而且有利于1.5mKrms分辨率。

3.1.1

GP30测量分频器和任务程序装置完全的控制了全部的测量顺序。

具有独立自己的触发器的GP30在这个系统中占起主要作用，可以处理数据，启动外边的微控器，如果有需要（流量计模式），GP30也可以是一个没有数据处理功能的纯转换器。

对于调试来说，个别的任务也可以通过外部的微控器远程启动。

TDC-GP30的各种功能模块被随机存储内存中的控制寄存器和系统处理登记器控制。

那些自控应用程序被储存在RAA中的固件数据段FWD2，在这个数据段，在启动程序时，数据被复制到直接映射到寄存器，各种配置寄存器和系统处理登记信息被详细的描述在数据段7中.为了更好的阅读，文件中的变量名字被格式成粗体。

在低功耗模式下，GP30通常需要一个32.768kHz的振荡器，去运行24小时时钟。

测量时间时，GP30代表性的使用了能够短时间内激活的4MHz的陶瓷振荡器。

同样的方式，比测仪和其他模拟元件都能够在短时间充电完成。

低频LSO作为

●任务程序周期的基础

●数字脉冲接口的基础

●时间标示的基础

●初始的4.800baud传输速率的基础

这些任务分类如下表

3.2超声波测量

测量速度发生器通常为了流量测量的完整序列以超声波检测器开始，在通道A触发任务音序器（TS）,如果有需要，可以在结束进程前完成所有的运算。

TOF测量器是由2个时间测量件在上下两个方向组成的（换句话说，在逆流和顺流两个方向）。

这两个之间的时间间隔测量可以配置在50Hz或60赫兹的倍数几个步骤。

时间测量和振幅测量。

GP30可以切换上下测量的开始方向。

这有助于抑制温度漂移引起的错误。

图3-4为超声波测量时间。

3.2.1第一波检测

对于一个时间测量器来说，接收到的信号需要识别及其到达时间　　需要测量，这可以通过定义一个第一波,然后计数随后的波和存储相关的到达时间。

接收到的信号,通常burst-like信号,使用一个内部比较器转换为数字信号。

当接收到波时，比较器的参考电压大多数时间等于收到波的零线来确定零交叉点。

（这或多或少意味着，比较器用覆盖参考电压来比较，这是ZCL的零交叉水平的数据），这样，收到的波就转化为了数字信号。

为了确定波的绝对编号，所谓的第一波是由添加一个明确的电压水平来定义，也成了比较器的参考电压。

这第一波检测，不同于零交叉电压水平，使时间测量从温度和流量测量中独立出来。

抵消第一波冲击，实际上代表了得到了检测到的第一波的振幅。

完成这些后，比较器的参考点回到零交叉水平（ZCL）,随后的测量都是从零交叉开始。

以下的参数定义了第一波检测和TOF击打数

●第一波（FHL）的触发电压水平

●计数真正检测到的第一波随后的TOF击打数

●测到的TOF击打数量

●TOF击打的时间间隔

●TOF开始击打时间延迟：

这些延迟导致一些探测到波的前置时间失效

下一页的图3-5显示了TDC-GP30在第一波模式时测到的流量。

开启有比较器的测量装置，补偿不同的第一波电压水平，100mV，有助于抑制噪波并允许测量到的收到的专用波可以用来作为参考的第一波。

一旦检测到第一波,补偿设置回到零交叉检测水平（ZCD）。

建议在至少两个波周期后，开始真正的TOF击打后测量。

通过配置计数TOF开始打击，在TOF击打期间，TOF的击打总数和忽略的击打数字都是可以设置的。

　当信号频率接近HSO使用频率的一半时，那些忽略的击打数是非常有用的。

　在这种情况下,内部运算器不够快,无法做每一个打击所有必要的计算,所以每秒钟至少必须忽略。

像在TDC-GP22,第一波检测因测量脉冲宽度选项而延长。

3.2.2振幅测量

TDC-GP30中的一个新特性是一个真正的振幅测量。

结果提供了收到破裂或部分的mV峰值的振幅。

　测量到的接收电压相接近于过零值。

完整的电压摆幅（最大峰值）是这个值是2倍。

特征如下：

每次TOF真正的峰值振幅测量

高度可靠的泡沫和老化检测

很好的一致性检验与第一波检测

易于在生产和开发过程中进行质量检查

　可配置数量的电波停止振幅测量——这允许测量每一个波的破裂开始时的振幅峰值（但在每个TOF测量值只有一个）

表3-6为测量的振幅

最重要的参数如下：

3.2.3读入数据

TheGP30的测量结果储存在一个RAM章节前端数据缓冲区（FDB）.这一段部分用于流量测量数据和温度测量数据的交替。

因此,有必要在温度测量开始前，阅读飞行时间结束后的数据直接流量测量。

超声波流量测量存储结果在RAM区。

3.3温度测量

精密温度测量热米是必须具备的，　　因此,在外部配置500欧姆或1000欧姆的传感器放置在输入流（热）和输出流（冷）。

电阻的测量传感器是基于放电时间测量,这个是众所周知的，正如大家都知道acam是PICOSTRAIN芯片的家庭是一样的。

负载电容,通常由C0G和100nF电容组成，通过传感器和电阻放电。

　　GP30支持2-　　线传感器和四线传感器。

此2线传感器布线简单，在一端接地，但不能修正改变接触电阻的可能,因此要求焊接连接。

四线连接纠正接触电阻,因此可以用插头替代焊接连接。

是这个版本的数据表中没有的描述

4.特殊服务功能

系统重置后可以启动启用GP30的监测器。

4.4.1低电量模式

通常GP30在低功耗模式下运行，在这种模式下，低音速时钟是由连接到PIN的的外部能源提供能量运行的。

当有需要或者测量时，连在PIN上的高音速时钟会被内部的控制体统激活。

为了支持超声波达到4MHZ,GP30也可以寻求采购8MHZ的高音速时钟。

与石英振荡器相比，陶瓷振荡器可以缩短校对时间，节约电能。

另一方面，时钟也要在循环模式下校准。

校准程序可以由任务程序器或者外部的指令来触发。

4.2.2单一源时时钟模式。

这种模式一般不推荐应用,除非要求是低功耗的情形。

4.5电源

4.5.1电源电压

GP30是一次高端的混合模拟/数字的设计产品。

好的电源供应使芯片达到最佳效果。

它是高电压和低电感的产品。

如图4-1，从同一电压出来的低电阻应该全部应用于所有的VCCPIN.所有接地线都应该连接在电路板上的地线层。

电源电压由电池或者固定的稳压器提供。

为避免由附加的调节器产生的噪声引起信号干扰，所以不要使用转换调节器。

GP30不需要转换调节器。

芯片也可以由电源电压直接驱动。

芯片内部连接着不同的VCCPIN

time-to-digital（时间-数字）转化器的测量质量取决于所提供的电源。

芯片主要是捕捉脉冲电流,因此足够的绕过是强制性的

4.5.2

热量和水量仪表系统当前消费量是一个非常重要的参数。

现在的需求量不断升高尤其是水表，因为对水表测量的要求越来越高。

典型的水表计量率应该在6到8赫兹的范围。

　　GP30特别设计的结构可以达到极低的操作电流，允许使用的小型电池大小像2/3AA和AA电池。

给出的数据额定压VCC=3.0当V=3.6V电流将增加大约2µA。

此外,vir串行接口任何通信将会增加电流。

4.6电压测量

电压测量是唯一直接主管执行测量任务，而不是在前端处理

如果VM_RATE>0它会自动连接。

VCC的价值被估量而且可以作为一个电池电量最低低阈值。

5.远程端口接口

GP30能够在流量计模式或时间转换模式下运行。

在流量计模式时，为了编辑GP30的程序一个远程端口接口是必须配置的。

在时间转换模式下，为了设置和测量于GP30的通信，一个远程端口接口是必须配置的。

远程端口接口可以通过pinUART_SEL选择作为SPI或UART接口。

五个远程端口接口的性能取决于接口的选择。

如下表；

5.1SPI接口

5.2UART接口

GP30还可以使用一个通用异步接收/发送接口。

这主要用于通过长电缆传输的信号数据。

这UART总是在半双工工作。

外部控制器的远程请求通常通过GP30许可公认。

此外,GP30本身能够发送消息.

UART-框架

UARTCRC生成

UART错误处理:

ØCRC错误

Ø冲突处理

Ø未知的命令

ØInter-byte差距太大

Ø错误的启动或停止

UART的消息传递模式UART可以作为为一个消息传递机制,将　测量周期或由固件决定的测量结果进行传输。

他可以选择唤醒字节后进行消息传输。

UART波特率

GP30能够操作在低波特率（4800波特）或在4种不同的高达115200

的高波特率下运行。

波特率可以通过远程波特率控制命令改变。

在改变到一个新的波特率之前,远程控制首先必须从GP30收到一条许可当前的波特率的确认消息。

波特率通常用于低：

初始通讯

高波特率通常用于：

GP30固件代码和数据编程

在流量计模式下测量结果消息

5.3远距离通信

遥控器总是通过发送远程命令与GP30通信后启动。

（参见下面的命令列表）。

　作为远程请求的第一个字节,独立于所选择的接口，以防UART2字节的CRC遵循

6.1脉冲接口

流量显示的脉冲接口是一个分开的，独立的单元，集成在可以通过内存寄存器编程和更新的GPIO单元上。

7.内存组织&CPU

操作上除了作为一个单纯的转换器，GP30有32位CPU和合适的内存，可以综合执行如流量计算和温度计算的数据后处理。

一下数据卷1中，是在时间模式下标示的点。

内存和CPU的描述是非常简要概述的-详细的CPU和编程请参考数据卷2。

下图显示了内存组织以及前端、远程接口、CPU是如何相互作用的。

芯片是在通过远程接口上的RAM区域写入寄存器配置而成的。

在完成测量后，前端在前端数据缓冲区记录下各种数据结果，如时间、温度、振幅、脉冲宽度、电压。

从那里,用户可以通过远程接口读取原始数据。

这是正常的操作转换模式。

在流量计模式下，CPU的post处理会紧随前端的数据处理。

由后期处理随后的远程通信控制，如有有需要，是可以启动的。

任何可编程序固件必须存储在非易失性4kNVRAM中。

此外，许多功能都已经实现。

　CPU使用RAM来完成计算和写最后的结果。

配置和校准数据作为一个随机访问区域的一部分存储在固件数据内存中。

固件代码内存和固件数据内存nvram是静态功耗为零。

没有必要替换下来节约电流。

7.1程序区

程序区由两个内存部分组成：

一个4-kbyteNVRAMre-programmable程序代码和一个4-kbyte只读存储器和只读的程序代码

程序化NVRAM内存中的固件代码包含：

一个可以由客户可以编程的USER部分　

一个由客户通过ACAM预先编程包括通用可寻址子程序的ACAM部分。