超声波流量计芯片的原理探讨  十七

2．2．4游标法

超声波量计游标法因其工作原理类似于游标卡尺而得名，它本质上是一种数字扩展法。原理如图2．5所示。假设时间间隔T用START作起始信号，用STOP作停止信号，然后用START启动一个周期为T1的振荡器，用STOP启动一个周期为T2的振荡器，其中T1>T2，然后对两个时钟分别计数。

一种采用游标法来实现的芯片，能在312．5MHz下达到50ps的分辨率；另一种用游标法芯片，在700MHz的外接频率下达到2．3ps的分辨率。进一步改进有望将分辨率提高到lps，而如此高的分辨率，关键是保证两个可启动振荡器的高精度与高可靠性，这具有挑战性，尤其是在比较长的时间间隔测量中。所以虽然用游标法理论上可以同时取得高精度和大量程，但由于设计上的困难，其高精度往往只能在短时间内保持。通常将游标法结合插值法来测量。另外，高精度的重合检测电路也是实现精确测量不可或缺的部分。商用的HP5370B是采用游标法测量的典型例子，其测量精度可达20ps，是迄今为止最好的商用时间间隔计数器，但由于价格和市场问题，现已停产。