產(chǎn)品簡(jiǎn)述

MS1022是一款高精度時(shí)間測(cè)量電路，內(nèi)部集成了模擬比

較器、模擬開關(guān)、施密特觸發(fā)器等器件，從而大大簡(jiǎn)化了外

圍電路。同時(shí)內(nèi)部增加了第一波檢測(cè)功能，使抗干擾能力大

大提高。通過讀取第一個(gè)回波脈沖的相對(duì)寬度，用戶可以獲

得接收信號(hào)的強(qiáng)度提示。通過這個(gè)提示，可以判斷超聲波換

能器異常、管壁覆蓋物增多、水中有氣泡等異常情況。通過

命令，可以完成一次超聲波時(shí)差（順流和逆流）的測(cè)量和數(shù)

據(jù)的讀取，從而大大減少軟件的操作和電量的消耗。

主要特點(diǎn)

測(cè)量范圍1：

?雙通道單精度模式90ps

?單通道雙精度模式45ps

?測(cè)量范圍3.5ns(0ns)至2.4μs

?20ns最小脈沖間隔，最多可接收4個(gè)脈沖

測(cè)量范圍2：

?單通道單精度模式90ps

?雙精度模式45ps，四精度模式22ps

?測(cè)量范圍500ns至4ms（4M高速時(shí)鐘下）

?可測(cè)量3個(gè)脈沖，并可自動(dòng)處理3個(gè)數(shù)據(jù)

模擬輸入電路：

?第一波檢測(cè)

?可測(cè)量第一波的脈沖寬度

?內(nèi)部集成用于輸入選擇的模擬開關(guān)

溫度測(cè)量：

?2個(gè)或4個(gè)溫度傳感器，PT500/PT1000或更高

?內(nèi)部集成施密特觸發(fā)器

?超低功耗（每30秒測(cè)量一次時(shí)為0.08μA）

應(yīng)用

? 超聲波熱量表、水表

? 激光測(cè)距

產(chǎn)品規(guī)格分類

管腳圖

管腳說明

如有需求請(qǐng)聯(lián)系——三亞微科技 王子文（16620966594）

內(nèi)部框圖

極限參數(shù)

芯片使用中，任何超過極限參數(shù)的應(yīng)用方式會(huì)對(duì)器件造成永久的損壞，芯片長(zhǎng)時(shí)間處于極限工作

狀態(tài)可能會(huì)影響器件的可靠性。極限參數(shù)只是由一系列極端測(cè)試得出，并不代表芯片可以正常工作在

此極限條件下。

推薦工作條件

超聲波熱量表的典型應(yīng)用

1. 概述

MS1022 非常適合低功耗超聲波熱量表的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。由于芯片內(nèi)部的功能，包括第一波自動(dòng)檢

測(cè)功能、高精度溫度測(cè)量、脈沖發(fā)生器、模擬開關(guān)、比較器、STOP 屏蔽窗口功能以及時(shí)鐘校準(zhǔn)等，僅

需要外部加一個(gè)簡(jiǎn)單的單片機(jī)（無需 AD），就可以進(jìn)行高精度的測(cè)量。

最終的電路可以非常緊湊，尺寸可以做到非常小。下圖表顯示了一個(gè)典型的超聲波熱量表應(yīng)用

MS1022 而設(shè)計(jì)的整個(gè)電路。

紅色方框內(nèi)的部分為所需要的外部元件，整體元件的個(gè)數(shù)降到最低:

·在超聲波回波路徑當(dāng)中，僅在壓電陶瓷換能器連接到一對(duì)電阻和電容。

·在溫度測(cè)量路徑當(dāng)中，僅需要額外的 1 個(gè)溫度穩(wěn)定電阻以及放電電容。

·振蕩器選擇了 1 個(gè) 32.768KHz 石英晶體以及 1 個(gè) 4M 的陶瓷晶振。FIRE_IN 管腳可以用于 32.768KHz

晶振的輸出驅(qū)動(dòng)。因此，單片機(jī)不需要一個(gè)低功耗的振蕩器。

·對(duì)于電源部分，則需要應(yīng)用旁路電容來給 VCC 和 VIO 去耦。分別通過一個(gè)小的電阻來進(jìn)行分離。

總共僅需要 11 個(gè)低價(jià)的元件來進(jìn)行所有測(cè)量工作。

2. 寄存器的典型配置

如有需求請(qǐng)聯(lián)系——三亞微科技 王子文（16620966594）

3. 測(cè)量流程

上電復(fù)位：

發(fā)送 SO = ’h50

校準(zhǔn)時(shí)鐘:

發(fā)送 SO = ’h03 Start_Cal_Resonator

Check-loop INTN = 0 ?

發(fā)送 SO = ’hB0，讀取 SI = RES_0

校準(zhǔn)系數(shù) = 61.035/RES_0

測(cè)量循環(huán)：

溫度測(cè)量每隔 30 秒鐘一次:

發(fā)送 SO = ’h02 Start_Temp

Check-loop INTN = 0 ?

發(fā)送 SO = ’hB4，讀取 SI = STAT

STAT&’h1E00 > 0: -> Error routine

發(fā)送 SO = ’hB0，讀取 SI = RES_0

發(fā)送 SO = ’hB1，讀取 SI = RES_1

發(fā)送 SO = ’hB2，讀取 SI = RES_2

發(fā)送 SO = ’hB3，讀取 SI = RES_3

Rhot/Rref = RES_0/RES_1

Rcold/Rref = RES_3/RES_2

到單片機(jī)數(shù)據(jù)庫表格中查找相應(yīng)溫度。

每半秒鐘測(cè)量一次飛行時(shí)間間隔:

發(fā)送 SO = ’h70 Initialize TDC

發(fā)送 SO = ’h05 Start_TOF_Restart

Check-loop INTN = 0? (上游 TOF)

發(fā)送 SO = ’hB4，讀取 SI = STAT

STAT&’h0600 > 0: -> Error routine,

timeout = 空管段。

發(fā)送 SO = ’hB3，讀取 SI = RES_3

發(fā)送 SO = ’h70 初始化 TDC

Check-loop INTN = 0? (下游 TOF)

發(fā)送 SO = ’hB4，讀取 SI = STAT

STAT&’h0600 > 0: -> Error routine

發(fā)送 SO = ’hB3，讀取 SI = RES_3

現(xiàn)在單片機(jī)可以開始進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，然后計(jì)算熱量和流量的值。

通過脈沖寬度檢查信號(hào)強(qiáng)度:

發(fā)送 SO = ’hB8，讀取 SI = PW1ST

如果 PW1ST < 0.3， 信號(hào)太弱， 則發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

錯(cuò)誤報(bào)告

1. TDC-CAL 數(shù)據(jù)讀出錯(cuò)誤

當(dāng) MS1022 沒有開啟到 4 精度模式的時(shí)候，讀出的 TDC-CAL 數(shù)值是錯(cuò)誤的。這個(gè)錯(cuò)誤主要的問題

是輸出到結(jié)果寄存器的值有問題，而內(nèi)部所保存的值是正確的。因此，對(duì)于最終的測(cè)量結(jié)果沒有影

響。僅在讀取 CAL 校準(zhǔn)值的時(shí)候存在問題。

在測(cè)量范圍 2 中的影響：

對(duì)于所有應(yīng)用測(cè)量范圍 2 的用戶來說，這個(gè) CAL 僅是一個(gè)中間值，并不讀出此中間值。并且強(qiáng)烈

推薦使用 4 精度模式。

在測(cè)量范圍 1 中的影響：

對(duì)于所有用戶，當(dāng)應(yīng)用自動(dòng)校準(zhǔn) TDC 時(shí)，對(duì)最終測(cè)量結(jié)果也沒有任何影響。

僅當(dāng)用戶在測(cè)量范圍 1 的情況下，應(yīng)用非校準(zhǔn)的測(cè)量結(jié)果，而且通過外部讀出這個(gè) CAL 數(shù)值。而

進(jìn)行手動(dòng)的 TDC 校準(zhǔn)的情況下，這個(gè) CAL 數(shù)值是不可用的。（超聲波熱量表，水表等應(yīng)用是涉及不到

的）。

解決方法：

針對(duì)這個(gè)錯(cuò)誤有不同的的解決方法，其中比較好的方法為：

用戶可以在進(jìn)行手動(dòng)校準(zhǔn)后，不要直接讀這個(gè)校準(zhǔn)結(jié)果，只需讓此校準(zhǔn)結(jié)果存儲(chǔ)在 TDC 內(nèi)部。當(dāng)

以后進(jìn)行測(cè)量時(shí)，ALU 會(huì)自動(dòng)地使用之前的校準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行計(jì)算。這樣的話，對(duì)最終的結(jié)果并無影響。

2. 溫度測(cè)量中時(shí)間溢出的錯(cuò)誤

為了避免此錯(cuò)誤，當(dāng)溫度測(cè)量的循環(huán)時(shí)間為 512μs 時(shí)（寄存器 0 的 16 位 TCYCLE），需要將寄存

器 3 的 27 和 28 位 SEL_TIMO_MB2 設(shè)置為 2ms，否則從 INTN 管腳出來的中斷可能會(huì)有錯(cuò)誤。

同類產(chǎn)品比較

——愛研究芯片的小王

審核編輯 黃宇