超聲波流量計芯片的原理探討 二

根據(jù)時差法超聲波流量計的測量原理，設(shè)計了一款超聲波流量計專用芯片。該芯片包括超聲波探頭驅(qū)動電路、測時控制電路、測溫控制電路、STOP信號轉(zhuǎn)換電路等模塊。測時控制電路利用時間一幅度轉(zhuǎn)換法，采用組合邏輯電路、觸發(fā)器、鎖存器、開關(guān)電路等控制電容充放電，將超聲波傳播時間轉(zhuǎn)化為電容的充電電壓，滿足超聲波流量計對時間精確測量的關(guān)鍵要求；測溫控制電路利用溫度傳感器、精密電阻分別與測溫電容組成不同的放電回路，通過測量電容不同的放電時間，來得到溫度傳感器的電阻值，從而得到流體的溫度；驅(qū)動電路與STOP信號轉(zhuǎn)換電路是根據(jù)換能器的發(fā)射接收原理設(shè)計的分頻、選擇、比較電路。

                                                     

在系統(tǒng)級和電路級的分析和設(shè)計中，論文使用Hspice工具對主要模塊和整個系統(tǒng)進行了仿真，使設(shè)計最終滿足要求。版圖設(shè)計完成后，使用Dracula軟件對版圖進行設(shè)計規(guī)則與電氣規(guī)則的檢查，完成了各項設(shè)計驗證。

該專用芯片采用標準CMOS工藝進行了代工制造。芯片的測試結(jié)果表明，設(shè)計的測時功能和其它輔助功能都已經(jīng)實現(xiàn)，具有較好的測量精度。也對芯片性能的差距及其原因進行了分析。