超聲波流量計(jì)芯片的原理探討  十七

2．2．4游標(biāo)法

超聲波量計(jì)游標(biāo)法因其工作原理類似于游標(biāo)卡尺而得名，它本質(zhì)上是一種數(shù)字?jǐn)U展法。原理如圖2．5所示。假設(shè)時(shí)間間隔T用START作起始信號(hào)，用STOP作停止信號(hào)，然后用START啟動(dòng)一個(gè)周期為T1的振蕩器，用STOP啟動(dòng)一個(gè)周期為T2的振蕩器，其中T1>T2，然后對(duì)兩個(gè)時(shí)鐘分別計(jì)數(shù)。

一種采用游標(biāo)法來實(shí)現(xiàn)的芯片，能在312．5MHz下達(dá)到50ps的分辨率；另一種用游標(biāo)法芯片，在700MHz的外接頻率下達(dá)到2．3ps的分辨率。進(jìn)一步改進(jìn)有望將分辨率提高到lps，而如此高的分辨率，關(guān)鍵是保證兩個(gè)可啟動(dòng)振蕩器的高精度與高可靠性，這具有挑戰(zhàn)性，尤其是在比較長的時(shí)間間隔測量中。所以雖然用游標(biāo)法理論上可以同時(shí)取得高精度和大量程，但由于設(shè)計(jì)上的困難，其高精度往往只能在短時(shí)間內(nèi)保持。通常將游標(biāo)法結(jié)合插值法來測量。另外，高精度的重合檢測電路也是實(shí)現(xiàn)精確測量不可或缺的部分。商用的HP5370B是采用游標(biāo)法測量的典型例子，其測量精度可達(dá)20ps，是迄今為止最好的商用時(shí)間間隔計(jì)數(shù)器，但由于價(jià)格和市場問題，現(xiàn)已停產(chǎn)。