超声波流量计芯片的原理探讨 二

根据时差法超声波流量计的测量原理，设计了一款超声波流量计专用芯片。该芯片包括超声波探头驱动电路、测时控制电路、测温控制电路、STOP信号转换电路等模块。测时控制电路利用时间一幅度转换法，采用组合逻辑电路、触发器、锁存器、开关电路等控制电容充放电，将超声波传播时间转化为电容的充电电压，满足超声波流量计对时间精确测量的关键要求；测温控制电路利用温度传感器、精密电阻分别与测温电容组成不同的放电回路，通过测量电容不同的放电时间，来得到温度传感器的电阻值，从而得到流体的温度；驱动电路与STOP信号转换电路是根据换能器的发射接收原理设计的分频、选择、比较电路。

                                                     

在系统级和电路级的分析和设计中，论文使用Hspice工具对主要模块和整个系统进行了仿真，使设计最终满足要求。版图设计完成后，使用Dracula软件对版图进行设计规则与电气规则的检查，完成了各项设计验证。

该专用芯片采用标准CMOS工艺进行了代工制造。芯片的测试结果表明，设计的测时功能和其它辅助功能都已经实现，具有较好的测量精度。也对芯片性能的差距及其原因进行了分析。