磁致伸缩位移传感器计时电路

　　从前面章节介绍可知道，磁致伸缩位移传感器首先测量起始脉冲和停止脉冲之间的时间间隔，然后将时间量转换为位移量输出。若使位移量的精度达到1um，则可以推算出脉冲时间间隔的测量精度要达到330ps。对于传统的晶振法计时方式，需要晶振频率达到3.3GHz。目前市场上的振荡器很少有能达到如此高的频率，并且振荡器的稳定性也不是很理想。本文利用TDC-GP2设计新型计时电路，满足了系统要求。

　　TDC-GP2是德国ACAM公司新一代时间测量产品，其封装小、精度高，分辨率最高可达5Ops，满足本系统对时间测量模块的要求，适用于对空间有着严格限制的高精度应用场合。此外，TDC-GP2还有着更小的功耗，有效降低了系统电流，减少了发热量。其主要特点有.

　　1}有两个时间测量范围，测量范围1为0-1.8us，测量范围2为5OOns—4ms

　　2}内部具有高速脉冲发生器，停止信号使能

　　3}具有温度测量和时钟控制功能

　　4}基准时钟为32.768kHz，校准时钟频率范围为2-8MHz

　　5}测量范围2(5OOns-4ms)模式下脉冲对分辨率为两个校准周期，并可同时采样三次

　　其内部结构示意图如图1所示。

　　如图所示，磁致伸缩位移传感器芯片内部是一个全数字化电路。内部集成TDC门电路单元，控制单元，工作方式寄存器单元，运算单元等。芯片内部电压分为芯片IO电压和芯片核心电压。芯片核心电压范围为1.8V-3.6V，为芯片内部各模块提供正常工作所需的电源。芯片IO电压范围为1.8V-5.5V，其与芯片核心电压隔离，仅作为芯片IO端口上拉使用。这种双电源的供电方式减少了外部端口电压的变化对内部电路工作电压的影响，提高了芯片内部单元工作电压的稳定性。芯片内部高精度的工作方式要求外部电源必须是线性电源供电，以此减少电源波动给测量结果带来的干扰，从而增加测量结果的可信性。

　　TDC-GP2内部包含6个32位工作模式控制寄存器、4个32位数据寄存器以及2个芯片工作状态寄存器。芯片与单片机之间通过SPI总线通信，使用极其方便。工作模式控制寄存器记录了单片机设定的芯片工作方式。其包括芯片内部ALU数据处理的方式，停止脉冲数，校准模式等。芯片提供了两个停止脉冲接收端口和两个停止脉冲使能端口，并具有芯片复位引脚RSTN，中断引脚INTN等外部端口，这使得TDC-GP2外围电路简单，使用极其方便。

　　TDC门电路单元内部含有大量门电路，是磁致伸缩位移传感器芯片的关键组成部分。TDC-GP2通过信号在芯片内部门电路上的传输延时来实现精确计时。芯片内部的特殊电路和工艺使得芯片可以记下起始脉冲和停止脉冲时间间隔内信号通过门电路的个数，以此来反映时间间隔量的大小。