1.4 超声波流量测量 - MSP430FR6047超声波感应模拟前端

下面就是我们的物理结构

我们讲一下我们这个USS

超声波的IP在我们的430芯片中

这个IP的一个结构

我们可以看到

在这里的两个就是我们的超声波的换能器

那么整体的最右边呢

都是我们的430芯片

大家可以看到我们有一个高度集中化的一个430的

水表测量方案

我们在外面连接我们的换能器以及

然后这个RC

就可以实现我们这个

流量计的一个设计

那么我们绝大部分的

由于我们是一个高度集中化的嘛

高度集中化的一个方案 所以

我们在内部集成了很多

流量集中所需要的一些模块

比如说我们的PPG

在这里

这就是我们的超声波发生的一个

generator

就是超声波发生器的一个结构

那么它可以产生从33K赫兹到

2.5M赫兹的一个超声波频率

并且我们可以通过软件配置

去设置我们想要的一个超声波频率

并且它可以比如说产生

大概127个超声波脉冲

然后你也可以设计一个反向的超声波脉冲去

抵消液体中超声波传给的

流量 那么

这些都是可以通过软件去配置

其次就是我们的PHY

这个PHY就是一个驱动

就是驱动我们超声波换能器的一个

功率的一个IP

我们一般驱动的transducers的内阻大概

是在4欧姆左右

在工作时 它的功耗大概是在

120毫安左右

那么我们可以通过这个PHY来驱动

两个

一对这样的transducer

超声波换能器

那么我们的超声波换能器的工作电压范围大概

是在2.2伏到3.6伏左右

那么我们为什么会用这么低的电压去驱动

超声波换能器呢 一个是由于

我们采用了(听不清)

导致我们最终的几率比较高 不需要用

比较高的电压 所以我们

我们不需要高电压来驱动我们的换能器从而保证

我们的功耗

也就是换能器整体的功耗 流量计的功耗

降低都是通过

内部的一些算法啊 结构啊来去

保持我们这个功耗的

那么其次就是我们的这个

PGA 可以看到在这里

我们的PGA主要就是

将超声波信号发射出去

然后从另一端接收

将接收到的信号集成一个

一个放大的处理

那么可以看到我们一般接收到的信号

那么在大于2.5伏的时候

一般接收到的信号一般是30

35个毫伏到1500个毫伏左右

那么我们再通过这个

这个PGA来去

放大这个信号 然后来得到一个

比较清晰的一个

来得到一个更准确的一个

时间传输的一个值

那么可以看到我们的这个

可编程的这个放大器的这个

一个放大倍数在6DB到19DB之间

那么它是以1DB为一个STEP

为调解的一个最小单位来进行调解的

那其次 我们的PGA也是

也是根据我们的时间 来去

自动地去调解

因为我们的最终目标设置是我们传输到

高速的ADC采样的一个

浮磁的标准的

比如说我这个要求的

传输到我们高速ADC的幅值大概是

2伏左右 那么

PGA会自动的根据

根据我输入进来的这个信号

来自动放大我配置的系数

在输入到我们的高速ADC的信号

维持在两伏左右的一个范围

这些都是一个自动配置的一个过程 不需要

认为地去操作

这个带来的有点就是 如果

我的transducer上被一些

生了一些水垢

导致我最终采样到的超声波

信号是受到了一些损失

超声波信号的幅值可能更弱了一些

那么可以通过PGA来弥补整个超声波

来弥补水垢对超声波传输的

一个影响

那么其次就是HS的PLL

也是我们的时钟发射信号

使用发生在这边

那么高速的这个

PLL最高能产生到

80兆每赫兹的一个时钟

这个时钟也可以直接提供给我们的

高速的signal ADC

来去维持一个高频的采样

那么我们尤其要说的就是这个

我们的SDHS

sigma high speed的一个高速ADC

那么它是一个12比特的

然后是8兆SDHS的

8兆signals per second

8兆SDHS的采样ADC

这个声噪比是63DB

也是在整个的平常范围内是

1.5M赫兹里面

我们的声噪比是63db

声噪比份

噪音很低

那么(听不清)的

比较(听不清)的一点就是

我们的OSR

比如说在(听不清)中

(听不清)

(听不清) 就是(听不清)

更加能够去综合一些

信号的(听不清)一些处理来

保持我们高精度的一个功能

那么同时我们这个

集成在芯片内部的这个

高速ADC能够工作在

stand alone模式 也就是如果你

能够对我们整个USS系统不是

感兴趣 只是对我们的

高速ADC stand alone应用

比较有兴趣 你也可以去支持

就是不带其他的这些外设

来单独使用这个高速ADC的

好的 我们的硬件的一些功能模式大概

就是这样 那么

这是我们信号传输的这个

要求

下一页主要讲的是我们的control panel

也就是我们的时钟控制信号去

怎么样控制以及完善

以及最终

计算得到我们的超声波的上下性时间的

那么首先就是我们这个

这个功率控制就是

这个电池控制的这么一个

一个系列

它是主要控制我们的这个

比如我们上一页所讲的

power generator

就是PPG

就是产生超声波倒换信号的

那个PPG 然后对它

去供电

同时给我们的发起供电去驱动我们的

超声波换能器来

产生超声波的

那么其次就是

就是这个时钟的控制

时钟的一个持续信号

也就是什么时候去开启什么样的一个功能模块

那么都是通过它来操作控制的

这期的

这期的演示但是

我们只讲了一些 右边最后的

框图来详细了解一些 在这里

由于这些是持续的一些控制

我们不再多说了

下面就是我们的物理结构

我们讲一下我们这个USS

超声波的IP在我们的430芯片中

这个IP的一个结构

我们可以看到

在这里的两个就是我们的超声波的换能器

那么整体的最右边呢

都是我们的430芯片

大家可以看到我们有一个高度集中化的一个430的

水表测量方案

我们在外面连接我们的换能器以及

然后这个RC

就可以实现我们这个

流量计的一个设计

那么我们绝大部分的

由于我们是一个高度集中化的嘛

高度集中化的一个方案 所以

我们在内部集成了很多

流量集中所需要的一些模块

比如说我们的PPG

在这里

这就是我们的超声波发生的一个

generator

就是超声波发生器的一个结构

那么它可以产生从33K赫兹到

2.5M赫兹的一个超声波频率

并且我们可以通过软件配置

去设置我们想要的一个超声波频率

并且它可以比如说产生

大概127个超声波脉冲

然后你也可以设计一个反向的超声波脉冲去

抵消液体中超声波传给的

流量 那么

这些都是可以通过软件去配置

其次就是我们的PHY

这个PHY就是一个驱动

就是驱动我们超声波换能器的一个

功率的一个IP

我们一般驱动的transducers的内阻大概

是在4欧姆左右

在工作时 它的功耗大概是在

120毫安左右

那么我们可以通过这个PHY来驱动

两个

一对这样的transducer

超声波换能器

那么我们的超声波换能器的工作电压范围大概

是在2.2伏到3.6伏左右

那么我们为什么会用这么低的电压去驱动

超声波换能器呢 一个是由于

我们采用了(听不清)

导致我们最终的几率比较高 不需要用

比较高的电压 所以我们

我们不需要高电压来驱动我们的换能器从而保证

我们的功耗

也就是换能器整体的功耗 流量计的功耗

降低都是通过

内部的一些算法啊 结构啊来去

保持我们这个功耗的

那么其次就是我们的这个

PGA 可以看到在这里

我们的PGA主要就是

将超声波信号发射出去

然后从另一端接收

将接收到的信号集成一个

一个放大的处理

那么可以看到我们一般接收到的信号

那么在大于2.5伏的时候

一般接收到的信号一般是30

35个毫伏到1500个毫伏左右

那么我们再通过这个

这个PGA来去

放大这个信号 然后来得到一个

比较清晰的一个

来得到一个更准确的一个

时间传输的一个值

那么可以看到我们的这个

可编程的这个放大器的这个

一个放大倍数在6DB到19DB之间

那么它是以1DB为一个STEP

为调解的一个最小单位来进行调解的

那其次 我们的PGA也是

也是根据我们的时间 来去

自动地去调解

因为我们的最终目标设置是我们传输到

高速的ADC采样的一个

浮磁的标准的

比如说我这个要求的

传输到我们高速ADC的幅值大概是

2伏左右 那么

PGA会自动的根据

根据我输入进来的这个信号

来自动放大我配置的系数

在输入到我们的高速ADC的信号

维持在两伏左右的一个范围

这些都是一个自动配置的一个过程 不需要

认为地去操作

这个带来的有点就是 如果

我的transducer上被一些

生了一些水垢

导致我最终采样到的超声波

信号是受到了一些损失

超声波信号的幅值可能更弱了一些

那么可以通过PGA来弥补整个超声波

来弥补水垢对超声波传输的

一个影响

那么其次就是HS的PLL

也是我们的时钟发射信号

使用发生在这边

那么高速的这个

PLL最高能产生到

80兆每赫兹的一个时钟

这个时钟也可以直接提供给我们的

高速的signal ADC

来去维持一个高频的采样

那么我们尤其要说的就是这个

我们的SDHS

sigma high speed的一个高速ADC

那么它是一个12比特的

然后是8兆SDHS的

8兆signals per second

8兆SDHS的采样ADC

这个声噪比是63DB

也是在整个的平常范围内是

1.5M赫兹里面

我们的声噪比是63db

声噪比份

噪音很低

那么(听不清)的

比较(听不清)的一点就是

我们的OSR

比如说在(听不清)中

(听不清)

(听不清) 就是(听不清)

更加能够去综合一些

信号的(听不清)一些处理来

保持我们高精度的一个功能

那么同时我们这个

集成在芯片内部的这个

高速ADC能够工作在

stand alone模式 也就是如果你

能够对我们整个USS系统不是

感兴趣 只是对我们的

高速ADC stand alone应用

比较有兴趣 你也可以去支持

就是不带其他的这些外设

来单独使用这个高速ADC的

好的 我们的硬件的一些功能模式大概

就是这样 那么

这是我们信号传输的这个

要求

下一页主要讲的是我们的control panel

也就是我们的时钟控制信号去

怎么样控制以及完善

以及最终

计算得到我们的超声波的上下性时间的

那么首先就是我们这个

这个功率控制就是

这个电池控制的这么一个

一个系列

它是主要控制我们的这个

比如我们上一页所讲的

power generator

就是PPG

就是产生超声波倒换信号的

那个PPG 然后对它

去供电

同时给我们的发起供电去驱动我们的

超声波换能器来

产生超声波的

那么其次就是

就是这个时钟的控制

时钟的一个持续信号

也就是什么时候去开启什么样的一个功能模块

那么都是通过它来操作控制的

这期的

这期的演示但是

我们只讲了一些 右边最后的

框图来详细了解一些 在这里

由于这些是持续的一些控制

我们不再多说了