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  • TDC1000 用于液位检测、流量检测、浓度检测以及接近检测应用的超声波检测模拟前端 (AFE)

    • ZHCSD54C October   2014  – February 2023 TDC1000

      PRODUCTION DATA  

  • CONTENTS
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  • TDC1000 用于液位检测、流量检测、浓度检测以及接近检测应用的超声波检测模拟前端 (AFE)
  1. 1 特性
  2. 2 应用
  3. 3 说明
  4. 4 修订历史记录
  5. 5 引脚配置和功能
  6. 6 规格
    1. 6.1 绝对最大额定值
    2. 6.2 ESD 等级
    3. 6.3 建议工作条件
    4. 6.4 热性能信息 (1)
    5. 6.5 电气特性
    6. 6.6 时序要求
    7. 6.7 开关特性
    8. 6.8 典型特性
  7. 7 参数测量信息
  8. 8 详细说明
    1. 8.1 概述
    2. 8.2 功能方框图
    3. 8.3 特性说明
      1. 8.3.1 发送器信号路径
      2. 8.3.2 接收器信号路径
      3. 8.3.3 低噪声放大器 (LNA)
      4. 8.3.4 可编程增益放大器 (PGA)
      5. 8.3.5 接收器滤波器
      6. 8.3.6 用于生成 STOP 脉冲的比较器
        1. 8.3.6.1 阈值检测器和 DAC
        2. 8.3.6.2 过零检测比较器
        3. 8.3.6.3 事件管理器
      7. 8.3.7 共模缓冲器 (VCOM)
      8. 8.3.8 温度传感器
        1. 8.3.8.1 使用多个 RTD 进行温度测量
        2. 8.3.8.2 使用单个 RTD 进行温度测量
    4. 8.4 器件功能模式
      1. 8.4.1 飞行时间测量模式
        1. 8.4.1.1 模式 0
        2. 8.4.1.2 模式 1
        3. 8.4.1.3 模式 2
      2. 8.4.2 状态机
      3. 8.4.3 发送操作
        1. 8.4.3.1 发送脉冲数
        2. 8.4.3.2 TX 180° 脉冲移位
        3. 8.4.3.3 发送器阻尼
      4. 8.4.4 接收操作
        1. 8.4.4.1 单回波接收模式
        2. 8.4.4.2 多回波接收模式
      5. 8.4.5 时序
        1. 8.4.5.1 时序控制和频率调节 (CLKIN)
        2. 8.4.5.2 TX/RX 测量时序
      6. 8.4.6 飞行时间 (TOF) 控制
        1. 8.4.6.1 短 TOF 测量
        2. 8.4.6.2 标准 TOF 测量
        3. 8.4.6.3 具有电源消隐功能的标准 TOF 测量
        4. 8.4.6.4 共模基准稳定时间
        5. 8.4.6.5 TOF 测量间隔
      7. 8.4.7 均值计算和通道选择
      8. 8.4.8 错误报告
    5. 8.5 编程
      1. 8.5.1 串行外设接口 (SPI)
        1. 8.5.1.1 负片选 (CSB)
        2. 8.5.1.2 串行时钟 (SCLK)
        3. 8.5.1.3 串行数据输入 (SDI)
        4. 8.5.1.4 串行数据输出 (SDO)
    6. 8.6 寄存器映射
  9. 9 应用和实施
    1. 9.1 应用信息
    2. 9.2 典型应用
      1. 9.2.1 液位和流体识别测量
        1. 9.2.1.1 设计要求
        2. 9.2.1.2 详细设计过程
          1. 9.2.1.2.1 液位测量
          2. 9.2.1.2.2 流体识别
        3. 9.2.1.3 应用曲线
      2. 9.2.2 水流量计量
        1. 9.2.2.1 设计要求
        2. 9.2.2.2 详细设计过程
          1. 9.2.2.2.1 法规和精度
          2. 9.2.2.2.2 超声波流量计中的渡越时间
          3. 9.2.2.2.3 ΔTOF 精度要求计算
          4. 9.2.2.2.4 操作
        3. 9.2.2.3 应用曲线
    3. 9.3 电源相关建议
    4. 9.4 布局
      1. 9.4.1 布局指南
      2. 9.4.2 布局布线示例
  10. 10器件和文档支持
    1. 10.1 器件支持
      1. 10.1.1 开发支持
    2. 10.2 接收文档更新通知
    3. 10.3 支持资源
    4. 10.4 商标
    5. 10.5 静电放电警告
    6. 10.6 术语表
  11. 11机械、封装和可订购信息
  12. 重要声明
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DATA SHEET

TDC1000 用于液位检测、流量检测、浓度检测以及接近检测应用的超声波检测模拟前端 (AFE)

本资源的原文使用英文撰写。 为方便起见，TI 提供了译文；由于翻译过程中可能使用了自动化工具，TI 不保证译文的准确性。 为确认准确性，请务必访问 ti.com 参考最新的英文版本（控制文档）。

1 特性

  • 测量范围：高达 8ms
  • 工作电流：1.8µA (2SPS)
  • 发送器通道 TX1/TX2：
    • 支持单换能器或双换能器应用
    • 可编程激励：31.25kHz 至 4MHz，多达 31 个脉冲
  • 接收器通道 RX1/RX2：
    • STOP 周期间抖动：50psRMS
    • 低噪声、可编程增益放大器
    • 可访问外部滤波器的信号链设计
    • 用于回波鉴定的可编程阈值比较器
    • 用于差分飞行时间 (TOF) 测量的自动通道交换
    • 用于长 TOF 测量的可编程低功耗模式
  • 温度测量
    • 可连接两个 PT1000/500 RTD
    • RTD 间的匹配精度为 0.02°CRMS
  • 工作温度范围：–40°C 至 125°C

2 应用

  • 不同材料箱中的各项测量：
    • 液位
    • 流体识别/浓度
  • 流量计量：水、燃气、热量
  • 距离/接近检测

3 说明

TDC1000 是一款完全集成的模拟前端 (AFE)，适用于汽车、工业和消费市场中常见的液位、流体识别/浓度和接近/距离应用的超声波检测测量。与 MSP430/C2000 MCU、电源、无线网络和源代码配套使用时，TI 可提供完整的超声波感测解决方案。

TI 的超声波 AFE 可编程且具有灵活性，可适应广泛的应用和终端设备。TDC1000 可以针对多个发送脉冲和频率、增益和信号阈值进行配置，以用于各种换能器频率（31.25kHz 至 4MHz）和 Q 因数。同样，接收路径可编程设定，因此在更远的距离/更大的箱体尺寸范围内也能够检测到通过多种介质传播的超声波。

通过选择不同的工作模式，
可以针对电池供电流量计、液位仪表和
距离/接近测量对 TDC1000 进行低功耗优化。低噪声放大器和比较器产生的抖动极低，可实现零流量和低流量测量的皮秒级分辨率和精度。

封装信息(1)
器件型号封装封装尺寸（标称值）
TDC1000TSSOP (28)9.70mm x 4.40mm
(1) 如需了解所有可用封装，请参阅数据表末尾的可订购产品附录。
GUID-1F7D9B72-00C7-4EB0-9EAC-97414B63ED92-low.png超声波检测模拟前端 (AFE) 示例

4 修订历史记录

Date Letter Revision History Changes Intro HTMLB (August 2015)to RevisionC (February 2023)

  • 将 TDC1000-Q1 汽车器件移到了单独的数据表 (SNAS854) 中Go
  • 更新了整个文档中的表格、图和交叉参考的编号格式Go
  • 将提到 SPI 的旧术语的所有实例更改为控制器和外设Go
  • 将表标题从“器件信息”更改为“封装信息”Go
  • 将电源相关建议 和布局 部分移到了应用和实施 部分Go

Date Letter Revision History Changes Intro HTMLA (December 2014)to RevisionB (August 2015)

  • 通篇添加了 PW 封装命名规则Go
  • 更改了图 8-21“多回波接收模式（放大）”中的编程阈值Go
  • 在 START 时间说明中添加了触发Go
  • 更改了图 8-23“短 TOF 测量”中的注释Go
  • 更改了图 8-24“标准 TOF 测量”中的注释 AGo
  • 更改了图 8-25“启用了消隐功能的标准 TOF 测量”中的注释 AGo
  • 更改了Equation9（顺流 TOF）Go

Date Letter Revision History Changes Intro HTML* (October 2014)to RevisionA (December 2014)

  • 添加了引脚配置和功能 部分、规格 部分、参数测量信息 部分、详细说明 部分、应用和实施 部分、电源相关建议 部分和布局 部分Go
  • 更改了器件和文档支持 部分Go

5 引脚配置和功能



图 5-1 PW 封装 28 引脚 TSSOP顶视图
表 5-1 引脚功能
引脚 类型(1) 说明
名称 编号
CHSEL 11 I 外部通道选择
CLKIN 25 I 时钟输入
COMPIN 7 I 回波鉴定和过零检测器输入
CSB 19 I SPI 接口的片选（低电平有效）
EN 15 I 使能（高电平有效；低电平时 TDC1000 处于睡眠模式）
ERRB 12 O 错误标志（开漏）
GND 26 G 负电源
LNAOUT 4 O 低噪声放大器输出（用于交流去耦电容器）
PGAIN 5 I 可编程增益放大器输入
PGAOUT 6 O 可编程增益放大器输出
RESET 17 I 复位（高电平有效）
RREF 10 O 用于温度测量的基准电阻器
RTD1 8 O 电阻式温度检测器通道 1
RTD2 9 O 电阻式温度检测器通道 2
RX1 1 I 接收输入 1
RX2 2 I 接收输入 2
SCLK 18 I SPI 接口的串行时钟
SDI 20 I SPI 接口的串行数据输入
SDO 21 O SPI 接口的串行数据输出
START 13 O 启动脉冲输出
STOP 14 O 停止脉冲输出
触发 16 I 触发输入
TX1 28 O 发送输出 1
TX2 27 O 发送输出 2
VCOM 3 P 输出共模电压偏置
VDD(2) 23、24 P 正电源；所有 VDD 电源引脚都必须连接到电源。
VIO 22 P 正 I/O 电源
(1) G = 接地，I = 输入，O = 输出，P = 电源
(2) 在最靠近该引脚的位置放置一个 100nF 的接地旁路电容器

6 规格

6.1 绝对最大额定值

在自然通风条件下的工作温度范围内（除非另有说明）(1)(2)
最小值最大值单位
VDD模拟电源电压，VDD 引脚–0.36.0V
VIOI/O 电源电压（VIO 必须始终低于或等于 VDD 电源）–0.36.0V
VI任意模拟输入引脚上的电压(3)–0.3VDD + 0.3V
VI任意数字输入引脚上的电压(3)–0.3VIO + 0.3V
II任意引脚处的输入电流5mA
TJ工作结温-40125°C
Tstg贮存温度范围-65150°C
(1) 超出绝对最大额定值 的运行可能会对器件造成永久损坏。绝对最大额定值 并不表示器件在这些条件下或在建议运行条件 以外的任何其他条件下能够正常运行。如果超出建议运行条件、但在绝对最大额定值 范围内使用，器件可能不会完全正常运行，这可能影响器件的可靠性、功能和性能并缩短器件寿命。
(2) 除非另有说明，否则所有电压均以接地为基准。
(3) 当一个引脚上的输入电压超过电源电压时，该引脚上的电流不得超过 5mA，该引脚上的电压 (VI) 不得超过 6.0V。

6.2 ESD 等级

值单位
V(ESD)静电放电人体放电模型 (HBM)，符合 ANSI/ESDA/JEDEC JS-001 标准(1)±2000V
充电器件模型 (CDM)，符合 ANSI/ESDA/JEDEC JS-002 标准(2)所有引脚±500
转角引脚（1、14、15 和 28）±750
(1) JEDEC 文档 JEP155 指出：500V HBM 时能够在标准 ESD 控制流程下安全生产。
(2) JEDEC 文件 JEP157 指出：250V CDM 可实现在标准 ESD 控制流程下安全生产。

6.3 建议工作条件

在自然通风条件下的工作温度范围内测得（除非另有说明）
最小值最大值单位
VDD模拟电源电压，VDD 引脚2.75.5V
VIO数字电源电压（VIO 必须始终低于或等于 VDD 电源）1.8VDDV
VI任意模拟输入引脚上的电压GNDVDDV
VI任意数字输入引脚上的电压GNDVIOV
ƒCLKIN运行频率0.0616MHz
TJ工作结温-40125°C

6.4 热性能信息(1)

热指标TDC1000
PW (TSSOP)
28 引脚		单位
RθJA 结至环境热阻83.5°C/W
RθJC(top)结至外壳（顶部）热阻29.9
RθJB结至电路板热阻40.8
ψJT结至顶部特征参数2.4
ψJB结至电路板特征参数40.3
(1) 有关新旧热指标的更多信息，请参阅 IC 封装热指标 应用报告 SPRA953。

6.5 电气特性

除非另外注明，否则本部分规定的电气额定值适用于本文档的所有规格。这些规格可解释为在该产品的使用寿命范围内，不会导致器件参数或功能规格下降的各项条件。TA = 25°C，VDD = VIO = 3.7V，VCOM = VCM = VDD/2，CVCOM = 10nF（除非另有说明）。
参数 测试条件 最小值 典型值 最大值 单位
发送器信号路径 (TX)
VOUT(TX) 输出电压摆幅 ƒout = 1MHz，RL = 75Ω（连接到 VCM） 高电平 VDD – 0.32 V
LOW 0.32 V
IOUT(TX) 输出驱动电流 ƒout = 1MHz，RL = 75Ω（连接到 VCM） 22 mARMS
ƒOUT(TX) 输出 TX 频率 ƒCLKIN = 8MHz，2 分频（可编程，请参阅Topic Link Label8.3.1） 4 MHz
接收器信号路径 (RX)
ΔtSTOP STOP 周期间抖动 LNA 电容反馈，GPGA = 6dB，ƒIN = 1MHz，VIN = 100mVPP，CVCOM = 1µF，请参阅图 7-1 50 psRMS
LNA
GLNA LNA 增益 电容反馈，CIN = 300pF，ƒIN = 1MHz，RL = 100kΩ（连接到 VCM），CVCOM = 1µF 20 dB
enLNA 以 LNA 输入为基准的噪声密度 电容反馈，CIN = 300pF，ƒ = 1MHz，VDD = 3.1V，VIN = VCM，RL = ∞，CVCOM = 1µF 2 nV/√Hz
VIN(LNA) 输入电压范围 电阻反馈，RL = 1kΩ（连接到 VCM），CVCOM = 1µF 高电平 VCM + (VCM – 0.24)/(GLNA) V
LOW VCM – (VCM – 0.24)/(GLNA) V
VOUT(LNA) 输出电压范围 电阻反馈，RL = 1kΩ（连接到 VCM），CVCOM = 1µF 高电平 VDD – 0.24 V
LOW GND + 0.24 V
SRLNA 压摆率(6) 电阻反馈，RL = 1kΩ（连接到 VCM），100mV 阶跃，CVCOM = 1µF 9 V/μs
XTK 多路复用器通道间串扰 电容反馈，ƒ = 1MHz，RL = 100kΩ（连接到 VCM），CVCOM = 1µF -57 dB
BWLNA –3dB 带宽 电容反馈，CIN = 300pF，RL= 100kΩ（连接到 VCM），CVCOM = 1µF 5 MHz
VOS(LNA) LNA 输入失调电压 电阻模式，VIN = VCM，RL = ∞ ±320 µV
VCOM
VCOM VCOM 输出电压 CVCOM = 1µF VCM V
VCOM 输出误差 0.5%
PGA
VIN(PGA) PGA 输入范围  RL = 100kΩ（连接到 VCM），CL = 10pF（连接到 GND） 高电平 VCM + (VCM – 0.06)/(GPGA) V
LOW VCM – (VCM – 0.06)/(GPGA) V
GPGAMIN PGA 最小增益 直流，RL = ∞，CL = 10pF 0 dB
GPGAMAX PGA 最大增益 21 dB
ΔGPGA PGA 增益阶跃大小 3 dB
GE(PGA) PGA 增益误差 直流，GPGA = 0dB，RL = ∞，CL = 10pF 5%
TCGPGA PGA 增益温度系数 直流，GPGA = 0dB，RL = ∞，CL = 10pF 170 ppm/°C
enPGA 以 PGA 输入为基准的噪声密度 GPGA = 21dB，ƒ = 1MHz，VDD = 3.1V，VIN = VCM，RL = ∞，CVCOM = 1µF 3.1 nV/√Hz
VOUT(PGA) 输出范围 RL = 100kΩ（连接到 VCM），CL = 10pF（连接到 GND） 高电平 VDD – 0.06 V
LOW 60 mV
BWPGA –3dB 带宽 GPGA = 21dB，RL = 100kΩ（连接到 VCM），CL = 10pF，CVCOM = 1µF 5 MHz
SRPGA 压摆率(6) GPGA = 21dB，RL = 100kΩ（连接到 VCM），CL = 10pF，CVCOM = 1µF 12.5 V/µs
过零比较器
VOS(COMP) 输入失调电压(5) 以 VCOM 为基准 ±115 µV
enCOMP 以过零比较器输入为基准的噪声(5)  1MHz 5 nV/√Hz
HYSTCOMP 迟滞(5) 以 VCOM 为基准 -10 mV
阈值检测器
VTHDET 阈值水平 ECHO_QUAL_THLD = 0h，以 VCOM 为基准 -35 mV
ECHO_QUAL_THLD = 7h，以 VCOM 为基准 –1.5 V
温度传感器接口(1)
TERROR 温度测量精度 RREF = 1kΩ，PT1000 范围：–40 至 125°C(2) 1 °C
RREF = 1kΩ，PT1000 范围：–15°C 至 85°C(2) 0.5 °C
相对精度： RREF = 1kΩ，RRTD1 = RRTD2 = 1.1kΩ 0.02  °CRMS
TGE 增益误差 5.8 m°C/°C 
电源
IDD VDD 电源电流 睡眠（EN = CLKIN = TRIGGER = 低电平） 0.61 µA
连续接收模式，LNA 和 PGA 被旁路 2.8 3 mA
连续接收模式，LNA 和 PGA 处于工作状态 6.2 7.5 mA
仅温度测量（PT1000 模式）(3) 370 400 µA
温度测量（PT500 模式）(4) 500 540 µA
IIO VIO 电源睡眠电流(5) 睡眠（EN = CLKIN = TRIGGER = 低电平） 2 nA
数字输入/输出特性
VIL 输入逻辑低电平阈值 0.2 × VIO V
VIH 输入逻辑高电平阈值 0.8 × VIO V
VOL 输出逻辑低电平阈值 SDO 引脚，100μA 电流 0.2 V
SDO 引脚，1.85mA 电流 0.4 V
START 和 STOP 引脚，100μA 电流 0.5 V
START 和 STOP 引脚，1.85mA 电流 0.6 V
ERRB 引脚，100μA 电流 0.2 V
ERRB 引脚，1.85mA 电流 0.4 V
VOH 输出逻辑高电平阈值 SDO 引脚，100μA 电流 VIO – 0.2 V
SDO 引脚，1.85mA 电流 VIO – 0.6 V
START 和 STOP 引脚，100μA 电流 VIO – 0.5 V
START 和 STOP 引脚，1.85mA 电流 VIO – 0.6 V
ERRB 引脚，0µA 电流 VIO – 0.2 V
IOMAX SDO、START 和 STOP 的最大输出电流 1.85 mA
(1) 对于理想外部元件。有关更多详细信息，请参阅温度传感器测量 部分。
(2) PT1000 RTD 近似电阻：800Ω ≡ –52°C，931Ω ≡ –18°C，1.10kΩ ≡ 26°C，1.33kΩ ≡ 86°C，1.48kΩ ≡ 125°C。
(3) 指定的电流包括在 PT1000 模式 (TEMP_RTD_SEL = 0) 下流经 RTD 传感器的 120μA。
(4) 指定的电流包括在 PT500 模式 (TEMP_RTD_SEL = 1) 下流经 RTD 传感器的 240μA。
(5) 根据设计确定。
(6) 压摆率的测量范围为 10% 至 90%，由上升和下降压摆率的平均值表示。

6.6 时序要求

TA = 25°C，VDD = VIO = 3.7V，ƒSCLK = 1MHz（除非另有说明）。
最小值 典型值 最大值 单位
ƒSCLK 串行时钟频率 26 MHz
t1 高电平周期，SCLK 16 ns
t2 低电平周期，SCLK 16 ns
t3 建立时间，nCS 至 SCLK 10 ns
t4 建立时间，SDI 至 SCLK 12 ns
t5 保持时间，SCLK 至 SDI 12 ns
t6 SCLK 转换至 SDO 有效时间 16 ns
t7 保持时间，SCLK 转换至 nCS 上升沿 10 ns
t8 nCS 无效 17 ns
t9 保持时间，SCLK 转换至 nCS 下降沿 10 ns
tr/tf 信号上升和下降时间(1) 1.8 ns
(1) 压摆率的测量范围为 10% 至 90%，由上升和下降压摆率的平均值表示。
GUID-D5709F3F-04FD-444F-9399-1D31E6DD08B3-low.gif图 6-1 SPI 时序图

6.7 开关特性

TA = 25°C，VDD = VIO = 3.7V，ƒCLKIN = 8MHz。
参数测试条件最小值典型值最大值单位
START、STOP、ENABLE、CHSEL、RESET、CLOCKIN、TRIGGER、ERR
PWSTARTSTART 信号的脉冲宽度TX_FREQ_DIV = 2h，NUM_TX = 11μs
TX_FREQ_DIV = 2h，NUM_TX = 22μs
TX_FREQ_DIV = 2h，NUM_TX ≥ 33μs
tr/tf STARTSTART 信号的上升/下降时间20% 至 80%，20pF 负载0.25ns
tr/tf STOPSTOP 信号的上升/下降时间20% 至 80%，20pF 负载0.25ns
ƒCLKIN最大 CLKIN 输入频率16MHz
tr/tf CLKINCLKIN 输入上升/下降时间(1)20%至80%10ns
tr/tf TRIGTRIGGER 输入上升/下降时间(1)20%至80%10ns
tEN_TRIG启用以触发等待时间(1)50ns
tRES_TRIG复位以触发等待时间(1)TX_FREQ_DIV = 2h（请参阅Topic Link Label8.4.5.2）3.05μs
(1) 根据设计确定。

6.8 典型特性

TA= 25°C 时测得的值，除非另外注明。

GUID-F14E396A-8C53-4A14-9616-0432659B194E-low.png
VDD = VIO = 3.7V电容反馈模式RL = 1kΩ
图 6-2 LNA ZOUT 与频率之间的关系
GUID-9D9AD30E-5B3D-473A-B13F-34AADF67A3E6-low.png
VDD = VIO = 3.1V电容反馈模式RL= ∞
图 6-4 以 LNA 输入为基准的噪声与频率之间的关系
GUID-C5BA0E22-177E-40D1-80EB-452A2C8CDE19-low.png
VDD = VIO = 3.7V电阻反馈模式RL = 1kΩ
VIN = 100 mVfIN = 100 kHz
图 6-6 LNA 响应
GUID-46D490DD-F1A1-4532-8BCE-18D2D01A5058-low.png
VDD = VIO = 3.7V电容反馈模式RL = 100kΩ
CIN = 300pF
图 6-8 LNA 增益与频率之间的关系
GUID-5BBE8F21-DD6A-480E-8A11-EB5518980ECE-low.png
VDD = VIO = 5VLNA 电容反馈模式PGA 增益为 6dB
VIN = 100 mVfIN = 1 MHz
（请参阅图 7-1）数量 ≥ 10000
图 6-10 RX 抖动直方图
GUID-E4BBF424-A7FD-4113-9842-4D71559BD3FE-low.png
VDD = VIO = 3.7VLNA 电容反馈模式PGA 增益为 6dB
VIN = 100 mVfIN = 1 MHz
TA = -40°C（请参阅图 7-1）数量 ≥ 10000
图 6-12 RX 抖动直方图
GUID-65EDB239-CD93-4B10-80C7-AC3CBD5621AF-low.png
VDD = VIO = 3.7V增益为 21dBRL = 1kΩ
图 6-3 PGA ZOUT 与频率之间的关系
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VDD = VIO = 3.7V增益为 21dBRL= ∞
图 6-5 以 PGA 输入为基准的噪声与频率之间的关系
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VDD = VIO = 3.7V增益为 21dBRL = 100kΩ
VIN = 100 mVfIN = 100 kHz
图 6-7 PGA 响应
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VDD = VIO = 3.7V增益为 21dBRL = 100kΩ
图 6-9 PGA 增益与频率之间的关系
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VDD = VIO = 3.7VLNA 电容反馈模式PGA 增益为 6dB
VIN = 100 mVfIN = 1 MHz
TA = 25°C（请参阅图 7-1）数量 ≥ 10000
图 6-11 RX 抖动直方图
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VDD = VIO = 3.7VLNA 电容反馈模式PGA 增益为 6dB
VIN = 100 mVfIN = 1 MHz
TA = 125°C（请参阅图 7-1）数量 ≥ 10000
图 6-13 RX 抖动直方图

7 参数测量信息

GUID-8B531DD9-F3EE-430F-BEAF-ACB386AD4E01-low.gif图 7-1 用于抖动测量的外部电路

8 详细说明

8.1 概述

TDC1000 的主要功能块是发送 (TX) 通道和接收 (RX) 通道。发送器支持灵活的设置以驱动各种超声波换能器，接收器提供可配置块并具有广泛的设置以在各种应用进行信号调节。接收信号链包含一个 LNA（低噪声放大器）、一个 PGA（可编程增益放大器）和两个用于回波鉴定和 STOP 脉冲生成的自动置零比较器。

TDC1000 提供三种工作模式：Topic Link Label8.4.1.1、Topic Link Label8.4.1.2 和Topic Link Label8.4.1.3。每种模式适用于一种或多种应用，例如流量/浓度测量、容器液位测量、接近检测、距离测量以及一系列需要精确测量飞行时间 (TOF) 的其他应用。

测量周期由器件 TRIGGER 引脚上的触发信号启动。触发信号生效后，START 引脚上会产生一个输出脉冲。该信号用作开始 TOF 测量的时间基准。发送器生成与 START 脉冲上升沿同步的可编程 TX 脉冲以驱动超声波换能器，从而生成超声波，该超声波会穿透声介质。接收器检测到穿过介质的超声波并生成 STOP 信号。超声波是直接接收还是通过反射接收将取决于系统配置。STOP 信号由外部时间数字转换器 (TDC) 使用，该转换器用作非常精确的秒表。系统必须包含一个 TDC，以根据 START 脉冲和 STOP 脉冲之间的间隔来测量 TOF。在某些具有中等精度要求（ns 级）的应用中，可以使用微控制器来测量 TOF 持续时间。在具有高精度要求（ps 级）的应用中，TI 建议使用 TDC7200 时间数字转换器来测量 TOF 持续时间。

在每种应用中，必须通过串行接口 (SPI) 将 TDC1000 配置为可用的三种工作模式之一。此外，必须根据各种应用特定的参数对该器件进行编程，以下各节对此进行了说明。

8.2 功能方框图

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8.3 特性说明

8.3.1 发送器信号路径

发送器 (TX) 路径包含一个时钟分频器块和一个 TX 发生器块。时钟分频器使 TDC1000 能够将连接到 CLKIN 引脚的时钟源分频为所用换能器的谐振频率 (ƒR)。时钟分频器允许分频因子为 2 的幂。可以使用 CONFIG_0 寄存器中的 TX_FREQ_DIV 字段对时钟分频器的分频因子进行编程。

TX 发生器块可以使用可编程数量的 TX 脉冲来驱动换能器。这些脉冲的频率定义为 ƒCLKIN/(2TX_FREQ_DIV+1)，应该与换能器的 ƒR 相匹配。可以通过对 CONFIG_0 寄存器中的 NUM_TX 字段进行编程来配置脉冲数。

例如，如果 ƒCLKIN = 8MHz 且 TX_FREQ_DIV = 2h（8 分频），则分频后的时钟频率为 1MHz。

除了可编程的脉冲数，TX 发生器还提供了在脉冲位置 n 引入 180⁰ 脉冲移位或对最后一个 TX 脉冲施加阻尼的选项。在某些情况下，对于非常短的 TOF 测量，阻尼可以降低换能器的振铃。数据表的Topic Link Label8.4.3 部分进一步介绍了这些功能。

 
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