超声波水表概述及关键技术解析

模数转换器（ADC）、数模转换器（DAC）听的多了，时间数字转换器（TDC——Timer Digital Converter）是什么原理的器件？为什么是ARM CortexM3，而不是M0、M4？还有，超声波水表这种创新产品形式是否到了大规模商用阶段呢？本文将介绍TDC-GP22在智能超声波水表中起到何种关键作用，ARM CortexM3 MCU如何在超低功耗突破方面再助一臂之力？
　　超声波水表概述
　　当智能电表在电力系统中如火如荼地发展时，水表也在朝智能化、全电子化的方向快速发展。这一方面因为全球水资源的短缺迫使政府重视节水和水量控制，另一方面也源于现代工业技术的成熟发展使得智能水表的实现成为可能。能满足阶梯计价的智能式水表将会成为建设节水型社会一大利器！
　　水表技术的创新发展是实现用水智能测量的重要武器。超声波水表是采用超声波时差原理，采用工业级电子元器件制造而成的全电子水表。这种超声波测量是利用一对超声波换能器相向交替（或同时）收发超声波，通过检测超声波在介质中的顺流和逆流传播时间差来间接测量流体的流速，再通过流速来计算流量。
　　
　　与传统机械式水表相比较，超声波水表精度高、可靠性好、量程比宽、寿命长、无活动部件、任意角度安装、更换非常灵活等重要优势：
　　l精度高：测量的分辨率高；
　　l可靠性好：超声波回波测量稳定可靠；
　　l量程比宽：始动流量非常小（10Mio./年）。
　　在中国，超声波测量方式已经在热量表和流量计当中得到普遍的应用和验证。由于超声波方式的优势，以及测量超声波电路的不断发展和完善，智能水表也将向这种方式发展。国家住建部标准定额司相关单位委托行业领军企业牵头组织起草的“超声波水表”国家标准已经基本完成。
　　超声波水表关键技术
　　关键部件——TDC-GP22
　　德国Acam公司的测量芯片在超声波测量上已得到普遍认可和采用。回到文章开头提到的时间数字转换器TDC-GP22，它是Acam公司利用纯数字化CMOS技术生产的时间数字转换器，能将时间间隔的测量量化到22ps的精度，可以说天生就肩负了推动智能超声波技术变革的使命。
　　
　　其实，Acam公司的第一颗TDC芯片TDC-GP1早在1996年就已经投入市场，并在超声波流量计中得到了广泛的应用。该公司在2005年推出了高性价比的TDC-GP2芯片，在超声波热量表市场中建立了良好的基础。2011年初其专门针对超声波热量电路设计的TDC-GP21芯片问世。有了前面这些阶段的技术验证和市场积累，2011年底，Acam专门为水表特定的功能更强大的芯片TDC-GP22正式进入市场。