acam公司进一步推出了针对超声波热量表的高集成度TDC-GP21，在性能质量，功耗及其他各个方面将全面超越TDC-GP2，成为超声波热量表的。

TDC-GP21介绍：

在2010年的11月底，德国acam公司在原有的基础上，又专门针对超声波热量表的一些特性，进行了更深入的研究和改进，终推出了新一代针对超声 波热量表所设计的的芯片TDC-GP21。这颗芯片采用QFN32管脚的封装形式，除了具备了TDC-GP2的功能以外，还额外集成了超声波热量表所需要 的信号处理模拟部分，比如模拟开关，以及低噪声斩波稳定(自动进行温度电压校正)模拟信号比较器，以及内部集成了温度测量所需施密特触发器，使超声波热量 表的设计开发非常简单，大大降低材料和人工成本，并且将测量质量和功耗提升到了一个前所未有的等级，实现了更高集成度，更低功耗，更高精度的超声波热量表 方案。TDC-GP21所能够实现的性能，是TDC-GP2所无法达到的。

                                  TDC-GP21 完美适合超声波热量表的解决方案
前言：
从2009 年开始，中国北方供热改革已经真正的迈开了脚步，在未来的几年当中，北方各地将会
加快对于供热计量方面的改革力度，按热量计价收费将会成为今后北方供热供暖方面的一个重点
工作。而超声波热量表由于其测量方式无接触部件，低压降和低能量消耗而且测量高精度，正在
逐渐取代机械式的热量表，成为北方供热供暖热计量方案的。应用德国acam 公司的代
产品TDC-GP2 实现的超声波热量表已经在市场被广泛的应用，而且由于其集成度高，测量性能好
功耗低的优势，受到广大的热量表公司的认可。而今，acam 公司进一步推出了针对超声波热量表
的高集成度TDC-GP21，在性能质量，功耗及其他各个方面将全面超越TDC-GP2，成为超声波热量
表的。
TDC-GP21 介绍：
在2010 年的11 月底，德国acam 公司在原有的基础上，又专门针对超声波热量表的一些特性，
进行了更深入的研究和改进，终推出了新一代针对超声波热量表所设计的的芯片TDC-GP21。这
颗芯片采用QFN32 管脚的封装形式，除了具备了TDC-GP2 的功能以外，还额外集成了超声波热量
表所需要的信号处理模拟部分，比如模拟开关，以及低噪声斩波稳定（自动进行温度电压校正）
模拟信号比较器，以及内部集成了温度测量所需施密特触发器，使超声波热量表的设计开发非常
简单，大大降低材料和人工成本，并且将测量质量和功耗提升到了一个前所未有的等级，实现了
更高集成度，更低功耗，更高精度的超声波热量表方案。TDC-GP21 所能够实现的性能，是TDCGP2
所无法达到的。
TDC-GP21 内部结构图

上图中绿色部分，为专门针对热量表所集成的单元。
模拟控制部分将信号的发射接收的处理变得前所未有的简单，模拟信号和整个流程控制直接由这
个部分来处理和自动操作，而且斩波稳定比较器可以保证测量的质量;
温度部分集成了施密特触发器，直接接上温度传感器和参考电阻就可以进行高精度的测量，测量
的性能远远超过热量表所需的要求;
7x32 的eeprom 单元可以让客户存储整表的一些ID 信息以及配置寄存器的信息。
管脚信号输出功能
除了上图中的额外增加的模块外，acam 公司还针对超声波热量表的特性在GP21 内部进行了一些
超声波必要信号在其管脚Fire_in 和En_start 的输出，这些输出信号，可以帮助客户深入分析了解
超声波信号以及GP21 的一些特性。下面是一些示波器的截图。

通过设置寄存器SEL_TST01 使
FIRE_IN 管脚输出STOP 通道脉
冲屏蔽窗口的位置，帮助判断
所设窗口是否正确和完美
DELVAL1 DELVAL2 DELVAL3
设置寄存器SEL_TST01 通过FIRE_IN 管脚
输出内部比较器比较回波后的脉冲，帮助
判断回波和比较器信号的特性
设置寄存器SEL_TST02 通过En_Start 管
脚输出超声波正反向测量的提示，当
为高平时为超声波正向上游测量及闲
置，为低平时为反向下游测量。
低平反向下游测量
除了以上输出的信号外，还可以在EN_start 管脚输出4k 的晶振时钟，在Fire_In 管脚上输出32k
的低功耗晶振时钟，那么所输出的具体信号是由寄存器配置所决定，详细设置请参考TDC-GP21
的用户手册。通过这些信号的输出，可以帮助客户详细的分析了解TDC-GP21 的超声波测量特
性，帮助客户在超声波热量表开发过程中克服很多困难。
一个应用TDC-GP21 设计完整热量表是非常简单的，下面是一个超声波热量表原理图的例子：

如上图所示，给我们直观的印象就是，整个测量系统所需要的外部元器件非常少，整个结构很
紧凑，除了所必需的简单单片机以及超声波换能器和温度传感器外，外部仅需要2 对RC 阻容，2
个晶振，和一些旁路去藕电阻电容。时间测量上游，下游信号的发射接收以及信号的处理，温度
测量等完全在TDC-GP21 芯片内部完成，单片机仅需读取TDC-GP21 的测量数据，将时间测量结果
以及温度测量结果进行热量的转换计算即可。
在单片机方面，MSP430 不再是的选择，像Silicon Labs 的单片机，Renesas 的单片机
系列等都可以完全适合热量表的应用。由于GP21 的测量低功耗以及完全自动的超声波
上下游测量，另外通过GP21 的管脚可以提供给出一个超低功耗的32k 晶振源，可以直接
将这个晶振源提供给单片机。
TDC-GP21 应用内部比较器测量效果：
为了验证TDC-GP21 的性能，我们应用acam GP21 演示系统及威海天罡管段进行了零点稳定性测
试，应用GP21 内部比较器，每次测量3 个脉冲，8 次平均后的结果，2.5 小时无停止，GP21
测量功耗大概为14 uA：

从上图可以看到，上游下游时差零点测量非常稳定，由于应用TDC-GP21 内部斩波稳定比
较器，时差结果几乎不随时间及温度漂移。
TDC-GP21 应用内部自动上下游时间测量的典型流程：
Power on Reset， Reg0-Reg6 settings
Whileloop：
1. send Reg1 ALU 计算（0x8121xxxx） ; 为了每计算都写入结果寄存器0 会有中断，
; 但是这个中断不需要关心
2.Init TDC 0x70 ; 初始化，上面的中断会自动恢复
3.send opcodestart_TOF_restart ; 发送自动上下游测量命令
4.wait INTN ; 判断是否收到中断
5.read 结果寄存器reg0 ; 从结果寄存器0 中读上游时间测量结果
6.send reg1 ALU 计算（0x8121xxxx） ; 下游测量将结果也写到结果寄存器0 中，也会有中
；断，不用关心这个中断
7.Init TDC 0x70 ; 初始化，上面的中断会自动恢复
8. wait INTN ; 判断是否收到中断
9. read 结果寄存器reg0 ; 从结果寄存器0 中读下游时间测量结果
End Loop
当然每个通道多可以进行接受3 个脉冲，每次上下游都可以获得三个结果，如果希望计算
所有3 个结果，请进一步与世强电讯工程师联络。
总结：
TDC-GP21 这颗专门为超声波热量表测量所设计的高集成度芯片，将会使超声波热量表的
设计进一步简化，降低整体成本，而其高质量的测量性能以及超低的测量功耗，必将成
为继TDC-GP2 之后成为超声波热量表设计的完美方案。

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