TDC1000QPWQ1 [TI]
用于液位和浓度感应的汽车类超声波感应模拟前端 | PW | 28 | -40 to 125;
| 型号： | TDC1000QPWQ1 |
| 厂家： | 
TEXAS INSTRUMENTS |
| 描述： | 用于液位和浓度感应的汽车类超声波感应模拟前端 | PW | 28 | -40 to 125 |
| 文件： | 总57页 (文件大小：2704K) |
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TDC1000-Q1
ZHCSRN8 –FEBRUARY 2023
TDC1000-Q1 用于液位检测、流量检测、浓度检测以及接近检测应用的超声波
检测模拟前端(AFE)
1 特性
3 说明
• 符合面向汽车应用的AEC-Q100 标准：
– 温度等级1：–40°C 至+125°C，TA
• 测量范围：高达8ms
• 工作电流：1.8µA (2SPS)
• 发送器通道TX1/TX2：
TDC1000-Q1 是一款完全集成的模拟前端 (AFE)，适
用于汽车、工业和消费市场中常见的液位、流体识别/
浓度和接近/距离应用的超声波检测测量。与 MSP430/
C2000 MCU、电源、无线网络和源代码配套使用时，
TI 可提供完整的超声波感测解决方案。
– 支持单换能器或双换能器应用
– 可编程激励：31.25kHz 至4MHz，多达31 个脉
冲
TI 的超声波 AFE 可编程且具有灵活性，可适应广泛的
应用和终端设备。TDC1000-Q1 可以针对多个发送脉
冲和频率、增益和信号阈值进行配置，以用于各种换能
器频率（31.25kHz 至 4MHz）和 Q 因数。同样，接收
路径可编程设定，因此在更远的距离/更大的箱体尺寸
范围内也能够检测到通过多种介质传播的超声波。
• 接收器通道RX1/RX2：
– STOP 周期间抖动：50psRMS
– 低噪声、可编程增益放大器
– 可访问外部滤波器的信号链设计
– 用于回波鉴定的可编程阈值比较器
– 用于差分飞行时间(TOF) 测量的自动通道交换
– 用于长TOF 测量的可编程低功耗模式
• 温度测量
通过选择不同的工作模式，
可以针对电池供电流量计、液位仪表和
距离/接近测量对 TDC1000-Q1 进行低功耗优化。低噪
声放大器和比较器产生的抖动极低，可实现零流量和低
流量测量的皮秒级分辨率和精度。
– 可连接两个PT1000/500 RTD
– RTD 间的匹配精度为0.02°CRMS
• 工作温度范围：–40°C 至125°C
封装信息(1)
封装尺寸（标称值）
器件型号
封装
TDC1000-Q1
TSSOP (28)
9.70mm x 4.40mm
2 应用
(1) 如需了解所有可用封装，请参阅数据表末尾的可订购产品附
录。
• 不同材料箱中的各项测量：
– 液位
– 流体识别/浓度
• 流量计量：水、燃气、热量
• 距离/接近检测
超声波检测模拟前端(AFE) 示例
本文档旨在为方便起见，提供有关TI 产品中文版本的信息，以确认产品的概要。有关适用的官方英文版本的最新信息，请访问
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内容
1 特性................................................................................... 1
2 应用................................................................................... 1
3 说明................................................................................... 1
4 修订历史记录.....................................................................2
5 引脚配置和功能................................................................. 3
6 规格................................................................................... 4
6.1 绝对最大额定值...........................................................4
6.2 ESD 等级.................................................................... 4
6.3 建议工作条件.............................................................. 4
6.4 热性能信息(1) ..............................................................5
6.5 电气特性......................................................................5
6.6 时序要求......................................................................7
6.7 开关特性......................................................................8
6.8 典型特性......................................................................9
7 参数测量信息................................................................... 11
8 详细说明.......................................................................... 12
8.1 概述...........................................................................12
8.2 功能方框图................................................................12
8.3 特性说明....................................................................12
8.4 器件功能模式............................................................ 20
8.5 编程...........................................................................30
8.6 寄存器映射................................................................32
9 应用和实施.......................................................................41
9.1 应用信息....................................................................41
9.2 典型应用....................................................................41
9.3 电源相关建议............................................................ 51
9.4 布局...........................................................................52
10 器件和文档支持............................................................. 53
10.1 器件支持..................................................................53
10.2 接收文档更新通知................................................... 53
10.3 支持资源..................................................................53
10.4 商标.........................................................................53
10.5 静电放电警告.......................................................... 53
10.6 术语表..................................................................... 53
11 机械、封装和可订购信息............................................... 53
4 修订历史记录
注：以前版本的页码可能与当前版本的页码不同
日期
修订版本
说明
初始发行版。将TDC1000-Q1 汽车器件从商用TDC1000 数据表
(SNAS648) 移到了单独的数据表中。更新了整个文档中的表格、图和
交叉参考的编号格式。将提到SPI 的旧术语的所有实例更改为控制器
和外设。将表标题从“器件信息”更改为“封装信息”。将电源相关
建议和布局部分移到了应用和实施部分
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5 引脚配置和功能
RX1
RX2
1
28
27
26
25
24
23
22
21
20
19
18
17
16
15
TX1
2
TX2
VCOM
3
GND
CLKIN
VDD
VDD
VIO
LNAOUT
PGAIN
PGAOUT
COMPIN
RTD1
4
5
6
7
8
SDO
SDI
RTD2
9
RREF
10
11
12
13
14
CSB
SCLK
CHSEL
ERRB
RESET
TRIGGER
EN
START
STOP
Not to scale
图5-1. PW 封装28 引脚TSSOP 顶视图
表5-1. 引脚功能
引脚
类型(1)
说明
名称
CHSEL
编号
11
25
7
I
I
外部通道选择
CLKIN
COMPIN
CSB
时钟输入
I
回波鉴定和过零检测器输入
SPI 接口的片选（低电平有效）
19
15
12
26
4
I
EN
I
使能（高电平有效；低电平时TDC1000-Q1 处于睡眠模式）
错误标志（开漏）
ERRB
GND
O
G
O
I
负电源
LNAOUT
PGAIN
PGAOUT
RESET
RREF
RTD1
RTD2
RX1
低噪声放大器输出（用于交流去耦电容器）
可编程增益放大器输入
可编程增益放大器输出
复位（高电平有效）
5
6
O
I
17
10
8
O
O
O
I
用于温度测量的基准电阻器
电阻式温度检测器通道1
电阻式温度检测器通道2
接收输入1
9
1
RX2
2
I
接收输入2
SCLK
SDI
18
20
I
SPI 接口的串行时钟
I
SPI 接口的串行数据输入
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表5-1. 引脚功能(continued)
引脚
类型(1)
说明
名称
SDO
编号
21
O
O
O
I
SPI 接口的串行数据输出
启动脉冲输出
停止脉冲输出
触发输入
START
STOP
13
14
16
触发
TX1
28
O
O
P
P
P
发送输出1
TX2
27
发送输出2
VCOM
VDD(2)
VIO
3
输出共模电压偏置
23、24
22
正电源；所有VDD 电源引脚都必须连接到电源。
正I/O 电源
(1) G = 接地，I = 输入，O = 输出，P = 电源
(2) 在最靠近该引脚的位置放置一个100nF 的接地旁路电容器
6 规格
6.1 绝对最大额定值
在自然通风条件下的工作温度范围内（除非另有说明）(1) (2)
最小值
–0.3
–0.3
–0.3
–0.3
最大值
单位
VDD
VIO
VI
6.0
V
模拟电源电压，VDD 引脚
I/O 电源电压（VIO 必须始终低于或等于VDD 电源）
任意模拟输入引脚上的电压(3)
任意数字输入引脚上的电压(3)
任意引脚处的输入电流
6.0
VDD + 0.3
VIO + 0.3
5
V
V
VI
V
II
mA
°C
°C
TJ
-40
-65
125
工作结温
Tstg
150
贮存温度范围
(1) 超出绝对最大额定值的运行可能会对器件造成永久损坏。绝对最大额定值并不表示器件在这些条件下或在建议运行条件以外的任何其
他条件下能够正常运行。如果超出建议运行条件、但在绝对最大额定值范围内使用，器件可能不会完全正常运行，这可能影响器件的可
靠性、功能和性能并缩短器件寿命。
(2) 除非另有说明，否则所有电压均以接地为基准。
(3) 当一个引脚上的输入电压超过电源电压时，该引脚上的电流不得超过5mA，该引脚上的电压(VI) 不得超过6.0V。
6.2 ESD 等级
值
单位
人体放电模型(HBM)，符合AEC A100-002(1)
HBM ESD 分类等级2
±2000
±500
±750
V(ESD)
V
静电放电
所有引脚
充电器件模型(CDM)，符合AEC Q100-011
CDM ESD 分类等级CB4
转角引脚（1、14、15 和
28）
(1) AEC Q100-002 指示应当按照ANSI/ESDA/JEDEC JS-001 规范执行HBM 应力测试。
6.3 建议工作条件
在自然通风条件下的工作温度范围内测得（除非另有说明）
最小值
最大值
单位
VDD
VIO
VI
2.7
5.5
V
模拟电源电压，VDD 引脚
1.8
VDD
VDD
V
V
数字电源电压（VIO 必须始终低于或等于VDD 电源）
任意模拟输入引脚上的电压
GND
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在自然通风条件下的工作温度范围内测得（除非另有说明）
最小值
最大值
单位
V
VI
GND
VIO
任意数字输入引脚上的电压
运行频率
MHz
0.06
-40
16
ƒCLKIN
TJ
125
°C
工作结温
6.4 热性能信息(1)
TDC1000-Q1
PW (TSSOP)
热指标
单位
28 引脚
RθJA
RθJC(top)
RθJB
ψJT
83.5
29.9
40.8
2.4
结至环境热阻
结至外壳（顶部）热阻
结至电路板热阻
°C/W
结至顶部特征参数
结至电路板特征参数
40.3
ψJB
(1) 有关新旧热指标的更多信息，请参阅IC 封装热指标应用报告SPRA953。
6.5 电气特性
除非另外注明，否则本部分规定的电气额定值适用于本文档的所有规格。这些规格可解释为在该产品的使用寿命范围内，不会
导致器件参数或功能规格下降的各项条件。TA = 25°C，VDD = VIO = 3.7V，VCOM = VCM = VDD/2，CVCOM = 10nF（除非另有
说明）。
参数
测试条件
最小值
典型值
最大值
单位
发送器信号路径(TX)
V
V
VDD –0.32
0.32
高电平
ƒout = 1MHz，RL = 75Ω（连接到
VCM）
VOUT(TX)
输出电压摆幅
LOW
IOUT(TX)
22
mARMS
ƒout = 1MHz，RL = 75Ω（连接到VCM
）
输出驱动电流
ƒCLKIN = 8MHz，2 分频（可编程，请参阅发送
器信号路径）
4
MHz
ƒOUT(TX)
输出TX 频率
接收器信号路径(RX)
LNA 电容反馈，GPGA = 6dB，ƒIN = 1MHz，VIN
= 100mVPP，CVCOM = 1µF，请参阅图7-1
50
psRMS
ΔtSTOP
LNA
STOP 周期间抖动
电容反馈，CIN = 300pF，ƒIN = 1MHz，RL =
100kΩ（连接到VCM），CVCOM = 1µF
GLNA
20
2
dB
LNA 增益
电容反馈，CIN = 300pF，ƒ= 1MHz，VDD
3.1V，VIN = VCM，RL = ∞，CVCOM = 1µF
=
以LNA 输入为基准的噪
声密度
enLNA
nV/√Hz
V
V
V
V
VCM + (VCM –0.24)/(GLNA
)
高电平
电阻反馈，RL = 1kΩ（连接到
VIN(LNA)
输入电压范围
输出电压范围
VCM），CVCOM = 1µF
LOW
V
CM –(VCM –0.24)/(GLNA
VDD –0.24
)
高电平
电阻反馈，RL = 1kΩ（连接到
VCM），CVCOM = 1µF
VOUT(LNA)
LOW
GND + 0.24
电阻反馈，RL = 1kΩ（连接到VCM），100mV
阶跃，CVCOM = 1µF
压摆率(6)
V/μs
SRLNA
XTK
9
电容反馈，ƒ= 1MHz，RL = 100kΩ（连接到
VCM），CVCOM = 1µF
-57
dB
多路复用器通道间串扰
电容反馈，CIN = 300pF，RL= 100kΩ（连接到
VCM），CVCOM = 1µF
BWLNA
5
MHz
µV
–3dB 带宽
VOS(LNA)
VCOM
±320
LNA 输入失调电压
电阻模式，VIN = VCM，RL = ∞
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除非另外注明，否则本部分规定的电气额定值适用于本文档的所有规格。这些规格可解释为在该产品的使用寿命范围内，不会
导致器件参数或功能规格下降的各项条件。TA = 25°C，VDD = VIO = 3.7V，VCOM = VCM = VDD/2，CVCOM = 10nF（除非另有
说明）。
参数
测试条件
最小值
典型值
最大值
单位
VCOM
VCM
V
VCOM 输出电压
VCOM 输出误差
CVCOM = 1µF
0.5%
PGA
V
VCM + (VCM –0.06)/(GPGA
)
高电平
RL = 100kΩ（连接到VCM），CL
= 10pF（连接到GND）
VIN(PGA)
PGA 输入范围
LOW
V
V
CM –(VCM –0.06)/(GPGA)
GPGAMIN
GPGAMAX
ΔGPGA
GE(PGA)
TCGPGA
0
21
dB
dB
dB
PGA 最小增益
PGA 最大增益
直流，RL = ∞，CL = 10pF
3
PGA 增益阶跃大小
PGA 增益误差
5%
170
直流，GPGA = 0dB，RL = ∞，CL = 10pF
直流，GPGA = 0dB，RL = ∞，CL = 10pF
ppm/°C
PGA 增益温度系数
GPGA = 21dB，ƒ= 1MHz，VDD = 3.1V，VIN
VCM，RL = ∞，CVCOM = 1µF
=
以PGA 输入为基准的
噪声密度
enPGA
3.1
nV/√Hz
V
VDD –0.06
高电平
RL = 100kΩ（连接到VCM），CL
= 10pF（连接到GND）
VOUT(PGA)
输出范围
LOW
60
mV
GPGA = 21dB，RL = 100kΩ（连接到VCM），
CL = 10pF，CVCOM = 1µF
BWPGA
SRPGA
5
MHz
V/µs
–3dB 带宽
GPGA = 21dB，RL = 100kΩ（连接到VCM），
CL = 10pF，CVCOM = 1µF
压摆率(6)
12.5
过零比较器
输入失调电压(5)
以VCOM 为基准
1MHz
VOS(COMP)
±115
5
µV
nV/√Hz
mV
以过零比较器输入为基
准的噪声(5)
enCOMP
迟滞(5)
以VCOM 为基准
HYSTCOMP
-10
阈值检测器
-35
mV
V
ECHO_QUAL_THLD = 0h，以VCOM 为基准
ECHO_QUAL_THLD = 7h，以VCOM 为基准
VTHDET
阈值水平
–1.5
温度传感器接口(1)
RREF = 1kΩ，PT1000 范围：–40 至125°C(2)
1
°C
°C
TERROR
温度测量精度
RREF = 1kΩ，PT1000 范围：–15°C 至
0.5
85°C(2)
0.02
5.8
°CRMS
相对精度：
RREF = 1kΩ，RRTD1 = RRTD2 = 1.1kΩ
TGE
m°C/°C
增益误差
电源
0.61
2.8
6.2
370
500
2
µA
mA
mA
µA
µA
nA
睡眠（EN = CLKIN = TRIGGER = 低电平）
连续接收模式，LNA 和PGA 被旁路
连续接收模式，LNA 和PGA 处于工作状态
仅温度测量（PT1000 模式）(3)
3
7.5
IDD
VDD 电源电流
400
540
温度测量（PT500 模式）(4)
VIO 电源睡眠电流(5)
睡眠（EN = CLKIN = TRIGGER = 低电平）
IIO
数字输入/输出特性
VIL
VIH
0.2 × VIO
V
V
输入逻辑低电平阈值
输入逻辑高电平阈值
0.8 × VIO
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除非另外注明，否则本部分规定的电气额定值适用于本文档的所有规格。这些规格可解释为在该产品的使用寿命范围内，不会
导致器件参数或功能规格下降的各项条件。TA = 25°C，VDD = VIO = 3.7V，VCOM = VCM = VDD/2，CVCOM = 10nF（除非另有
说明）。
参数
测试条件
最小值
典型值
最大值
单位
0.2
V
SDO 引脚，100μA 电流
0.4
0.5
0.6
0.2
0.4
V
V
V
V
V
V
V
V
V
V
SDO 引脚，1.85mA 电流
START 和STOP 引脚，100μA 电流
START 和STOP 引脚，1.85mA 电流
ERRB 引脚，100μA 电流
VOL
输出逻辑低电平阈值
ERRB 引脚，1.85mA 电流
SDO 引脚，100μA 电流
VIO –0.2
VIO –0.6
VIO –0.5
VIO –0.6
VIO –0.2
SDO 引脚，1.85mA 电流
VOH
START 和STOP 引脚，100μA 电流
START 和STOP 引脚，1.85mA 电流
ERRB 引脚，0µA 电流
输出逻辑高电平阈值
SDO、START 和
STOP 的最大输出电流
IOMAX
1.85
mA
(1) 对于理想外部元件。有关更多详细信息，请参阅温度传感器测量部分。
(2) PT1000 RTD 近似电阻：800Ω≡–52°C，931Ω≡–18°C，1.10kΩ≡26°C，1.33kΩ≡86°C，1.48kΩ≡125°C。
(3) 指定的电流包括在PT1000 模式(TEMP_RTD_SEL = 0) 下流经RTD 传感器的120μA。
(4) 指定的电流包括在PT500 模式(TEMP_RTD_SEL = 1) 下流经RTD 传感器的240μA。
(5) 根据设计确定。
(6) 压摆率的测量范围为10% 至90%，由上升和下降压摆率的平均值表示。
6.6 时序要求
TA = 25°C，VDD = VIO = 3.7V，ƒSCLK = 1MHz（除非另有说明）。
最小值
典型值
最大值
单位
26
MHz
ns
ns
ns
ns
ns
ns
ns
ns
ns
ns
ƒSCLK
t1
串行时钟频率
16
16
10
12
12
16
10
17
10
高电平周期，SCLK
t2
低电平周期，SCLK
t3
建立时间，nCS 至SCLK
建立时间，SDI 至SCLK
保持时间，SCLK 至SDI
SCLK 转换至SDO 有效时间
保持时间，SCLK 转换至nCS 上升沿
nCS 无效
t4
t5
t6
t7
t8
t9
保持时间，SCLK 转换至nCS 下降沿
信号上升和下降时间(1)
tr/tf
1.8
(1) 压摆率的测量范围为10% 至90%，由上升和下降压摆率的平均值表示。
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SCLK
CSB
t
t
t
7
t
9
1
2
t
3
t
8
t
t
5
4
D0
D15
D14
t
6
90%
90%
Prior D15
Prior D1
Prior D0
10%
10%
t
r
t
f
图6-1. SPI 时序图
6.7 开关特性
TA = 25°C，VDD = VIO = 3.7V，ƒCLKIN = 8MHz。
参数
测试条件
最小值
典型值
最大值
单位
START、STOP、ENABLE、CHSEL、RESET、CLOCKIN、TRIGGER、ERR
TX_FREQ_DIV = 2h，NUM_TX = 1
1
2
μs
μs
μs
ns
PWSTART
TX_FREQ_DIV = 2h，NUM_TX = 2
TX_FREQ_DIV = 2h，NUM_TX ≥3
START 信号的脉冲宽度
3
tr/tf START
tr/tf STOP
ƒCLKIN
0.25
0.25
16
START 信号的上升/下降时间 20% 至80%，20pF 负载
ns
STOP 信号的上升/下降时间
最大CLKIN 输入频率
20% 至80%，20pF 负载
MHz
ns
CLKIN 输入上升/下降时间(1) 20%至80%
TRIGGER 输入上升/下降时间
tr/tf CLKIN
10
tr/tf TRIG
10
ns
20%至80%
(1)
启用以触发等待时间(1)
tEN_TRIG
50
ns
复位以触发等待时间(1)
TX_FREQ_DIV = 2h（请参阅TX/RX 测量时序）
μs
tRES_TRIG
3.05
(1) 根据设计确定。
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6.8 典型特性
TA= 25°C 时测得的值，除非另外注明。
500
400
300
200
100
0
500
400
300
200
100
0
œ100
œ100
100
1k
10k
100k
1M
10M
100
1k
10k
100k
1M
10M
Frequency (Hz)
Frequency (Hz)
C001
C002
VDD = VIO = 3.7V
VDD = VIO = 3.7V
.
电容反馈模式
RL = 1kΩ
增益为21dB
RL = 1kΩ
图6-2. LNA ZOUT 与频率之间的关系
图6-3. PGA ZOUT 与频率之间的关系
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
5k
50k
Frequency (Hz)
500k
2M
5k
50k
Frequency (Hz)
500k
2M
C013
C014
VDD = VIO = 3.1V
VDD = VIO = 3.7V
.
电容反馈模式
RL= ∞
增益为21dB
RL= ∞
图6-4. 以LNA 输入为基准的噪声与频率之间的关系
图6-5. 以PGA 输入为基准的噪声与频率之间的关系
Time (1ꢀs/DIV)
Time (1ꢀs/DIV)
C005
C006
VDD = VIO = 3.7V
VIN = 100 mV
VDD = VIO = 3.7V
VIN = 100 mV
电阻反馈模式
RL = 1kΩ
增益为21dB
RL = 100kΩ
fIN = 100 kHz
fIN = 100 kHz
图6-6. LNA 响应
图6-7. PGA 响应
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30
20
30
20
10
10
0
0
œ10
œ20
œ10
œ20
œ30
œ30
10k
100k
1M
10M
10k
100k
1M
10M
Frequency (Hz)
Frequency (Hz)
C007
C008
VDD = VIO = 3.7V
CIN = 300pF
VDD = VIO = 3.7V
.
电容反馈模式
RL = 100kΩ
增益为21dB
RL = 100kΩ
.
图6-8. LNA 增益与频率之间的关系
图6-9. PGA 增益与频率之间的关系
20
18
16
14
12
10
8
20
18
16
14
12
10
8
6
6
4
4
2
2
0
0
Time (ps)
Time (ps)
C009
PGA 增益为6dB
fIN = 1 MHz
C010
PGA 增益为6dB
fIN = 1 MHz
VDD = VIO = 5V
VIN = 100 mV
VDD = VIO = 3.7V
VIN = 100 mV
TA = 25°C
LNA 电容反馈模式
LNA 电容反馈模式
（请参阅图7-1）
数量≥10000
（请参阅图7-1）
数量≥10000
图6-10. RX 抖动直方图
图6-11. RX 抖动直方图
20
18
16
14
12
10
8
20
18
16
14
12
10
8
6
6
4
4
2
2
0
0
Time (ps)
Time (ps)
C011
PGA 增益为6dB
fIN = 1 MHz
C012
PGA 增益为6dB
fIN = 1 MHz
VDD = VIO = 3.7V
VIN = 100 mV
TA = -40°C
VDD = VIO = 3.7V
VIN = 100 mV
TA = 125°C
LNA 电容反馈模式
LNA 电容反馈模式
（请参阅图7-1）
数量≥10000
（请参阅图7-1）
数量≥10000
图6-12. RX 抖动直方图
图6-13. RX 抖动直方图
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7 参数测量信息
CIN = 300 pF
INPUT
LNAIN
PGAIN
CF1 = 1 nF
LNAOUT
RF1 = 1 kΩ
CF2 = 51 pF
PGAOUT
COMPIN
CF3 = 51 pF
RF2 = 5.1 kΩ
GND
VCOM
图7-1. 用于抖动测量的外部电路
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8 详细说明
8.1 概述
TDC1000-Q1 的主要功能块是发送 (TX) 通道和接收 (RX) 通道。发送器支持灵活的设置以驱动各种超声波换能
器，接收器提供可配置块并具有广泛的设置以在各种应用进行信号调节。接收信号链包含一个 LNA（低噪声放大
器）、一个PGA（可编程增益放大器）和两个用于回波鉴定和STOP 脉冲生成的自动置零比较器。
TDC1000-Q1 提供三种工作模式：模式 0、模式 1 和模式 2。每种模式适用于一种或多种应用，例如流量/浓度测
量、容器液位测量、接近检测、距离测量以及一系列需要精确测量飞行时间(TOF) 的其他应用。
测量周期由器件TRIGGER 引脚上的触发信号启动。触发信号生效后，START 引脚上会产生一个输出脉冲。该信
号用作开始 TOF 测量的时间基准。发送器生成与 START 脉冲上升沿同步的可编程 TX 脉冲以驱动超声波换能
器，从而生成超声波，该超声波会穿透声介质。接收器检测到穿过介质的超声波并生成 STOP 信号。超声波是直
接接收还是通过反射接收将取决于系统配置。STOP 信号由外部时间数字转换器 (TDC) 使用，该转换器用作非常
精确的秒表。系统必须包含一个TDC，以根据 START 脉冲和 STOP 脉冲之间的间隔来测量TOF。在某些具有中
等精度要求（ns 级）的应用中，可以使用微控制器来测量 TOF 持续时间。在具有高精度要求（ps 级）的应用
中，TI 建议使用TDC7200 时间数字转换器来测量TOF 持续时间。
在每种应用中，必须通过串行接口 (SPI) 将 TDC1000-Q1 配置为可用的三种工作模式之一。此外，必须根据各种
应用特定的参数对该器件进行编程，以下各节对此进行了说明。
8.2 功能方框图
TX1
Tx
Generator
Clock
Divider
SM Control
Unit
Serial
Interface
TX2
Channel
Select
START
STOP
enable
RX1
RX2
Event
Manager
DAC
œ
LNA
+
Threshold Detect
PGA
+
VCOM
œ
20 dB
0 to 21 dB
VCOM
Analog Bias Temp. Sense
TDC1000
Zero-Cross Detect
8.3 特性说明
8.3.1 发送器信号路径
发送器 (TX) 路径包含一个时钟分频器块和一个 TX 发生器块。时钟分频器使 TDC1000-Q1 能够将连接到 CLKIN
引脚的时钟源分频为所用换能器的谐振频率(ƒR)。时钟分频器允许分频因子为2 的幂。可以使用 CONFIG_0 寄存
器中的TX_FREQ_DIV 字段对时钟分频器的分频因子进行编程。
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TX 发生器块可以使用可编程数量的TX 脉冲来驱动换能器。这些脉冲的频率定义为ƒCLKIN/(2TX_FREQ_DIV+1)，应该
与换能器的ƒR 相匹配。可以通过对CONFIG_0 寄存器中的NUM_TX 字段进行编程来配置脉冲数。
例如，如果ƒCLKIN = 8MHz 且TX_FREQ_DIV = 2h（8 分频），则分频后的时钟频率为1MHz。
除了可编程的脉冲数，TX 发生器还提供了在脉冲位置 n 引入 180⁰ 脉冲移位或对最后一个 TX 脉冲施加阻尼的选
项。在某些情况下，对于非常短的TOF 测量，阻尼可以降低换能器的振铃。数据表的发送操作部分进一步介绍了
这些功能。
8.3.2 接收器信号路径
RX 信号路径包含一个通道选择多路复用器，后跟一个LNA。如果需要，LNA 的输出随后可以发送到PGA 以进行
额外放大。最后，信号被馈送到一组比较器，这些比较器根据编程的阈值电平在 STOP 引脚上生成脉冲。图 8-1
显示了接收器路径的方框图。
如果TDC1000-Q1 提供的20dB 至41dB 增益不足，则可以在COMPIN 引脚之前添加额外的增益。同样，对于强
接收信号，如果不需要来自LNA 或PGA 的增益，则可以绕过它们，换能器信号可以直接连接到COMPIN 引脚。
可以在接收器路径的各个级之间使用以换能器的响应为中心的带通滤波器以降低噪声；请注意，LNA、PGA 和比
较器的输入应偏置到 VCOM 引脚的电位。连接到 COMPIN 引脚的比较器用于鉴定回波和生成与回波信号的过零
相对应的STOP 脉冲。STOP 脉冲与START 脉冲一起用于计算介质中回波的TOF。
Channel
Select
enable
Event
Manager
DAC
œ
LNA
+
STOP
Threshold Detect
PGA
+
VCOM
œ
20dB
0 to 21 dB
VCOM
Analog Bias Temp. Sense
TDC1000
Zero-Cross Detect
图8-1. TDC1000-Q1 接收器路径
8.3.3 低噪声放大器(LNA)
TDC1000-Q1 前端中的 LNA 限制以输入为基准的噪声并确保生成的 STOP 脉冲的计时精度。LNA 是一种反相放
大器，用于在外部输入电容器或电阻器的帮助下实现 20dB 的闭环增益，并且 LNA 可以针对两种反馈配置进行编
程。带通配置称为电容反馈模式，必须与输入电容器结合使用。低通配置称为电阻反馈模式，必须与输入电阻器
结合使用。输入元件的建议值分别为300pF 和900Ω。
对于谐振频率大约为几MHz 的换能器，LNA 可配置为电容反馈模式。这是通过将TOF_1 寄存器中的LNA_FB 位
清零来完成的。如图8-2 所示，外部电容器 CIN 应放置在换能器和相应的输入引脚之间。这提供了 CIN/CF 的带内
增益，其中CF 是片上30pF 反馈电容器。假设CIN = 300pF，则LNA 电路的带内增益为：
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CIN
300 pF
30 pF
Gainin-band
=
=
= 10
CF
(1)
CF
RF
30 pF
9 lQ
MUX
CIN
300 pF
Transducer
RX1
RX2
t
LNAOUT
LNA
+
VCOM
300 pF
CIN
图8-2. LNA 电容反馈配置
LNA 的电容反馈配置具有带通频率响应。高通拐角频率由内部反馈元件 RF (9kΩ) 和 CF (30pF) 设置，大约为
590kHz。带内增益由电容器比设置，LNA 的 50MHz 增益带宽积设置频率响应的低通拐角。例如，如果带内增益
为10，则会使带通响应介于590kHz 和5MHz 之间。
对于谐振频率大约为数百 kHz 的换能器，LNA 可配置为电阻反馈模式。这是通过将 TOF_1 寄存器中的 LNA_FB
位设置为1 来完成的。在该配置下，内部反馈电容器CF 被断开（请参阅图8-3），LNA 电路的直流增益取决于内
部反馈电阻器RF (9kΩ) 与外部电阻器RIN 之比。当RIN = 900Ω时，电路的增益为10。
RF
9 lQ
MUX
RIN
Transducer
RX1
RX2
900 Q
t
LNA
LNAOUT
+
900 Q
VCOM
RIN
图8-3. LNA 电阻反馈配置
通过向TOF_1 寄存器中的LNA_CTRL 位写入1，可以绕过和禁用LNA。
8.3.4 可编程增益放大器(PGA)
如图 8-4 所示，PGA 是一个反相放大器，具有输入电阻 RIN = 500Ω 和一个可编程反馈电阻器 RFB，可以对其进
行编程，从而以 3dB 的阶跃设置 0dB 至 21dB 的增益。这可以通过对 TOF_1 寄存器中的 PGA_GAIN 字段进行
编程来实现。PGA 的带宽根据编程的增益进行调节。表8-1 列出了具有连接到VCM 的100kΩ负载和10pF 接地
电容器的PGA 的典型带宽。
表8-1. 典型PGA 带宽
PGA_GAIN（十六进制）
增益(dB)
带宽(MHz)
19.0
16.8
14.4
12.3
10.0
8.2
0h
1h
2h
3h
4h
5h
6h
7h
0
3
6
9
12
15
18
21
6.6
5.0
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通过向 TOF_1 寄存器中的 PGA_CTRL 位写入 1，可以绕过和禁用 PGA。PGA 的输出不应直接加载大于 10pF
的电容。
RFB
RIN
500 W
PGA_IN
PGA_OUT
PGA
VCOM
图8-4. TDC1000-Q1 可编程增益放大器
8.3.5 接收器滤波器
TI 建议在 RX 路径中放置两个滤波器，以更大程度地降低接收路径噪声并实现最大计时精度。如图 8-5 所示，一
个滤波器放置在LNAOUT 和PGAIN 引脚之间，另一个滤波器放置在PGAOUT 和COMPIN 引脚之间。
带内增益为10 时，LNA 的带宽为5MHz。对于大多数应用而言，LNAOUT 和PGAIN 引脚之间的低通滤波器就足
够了。
如图 8-5 所示，第二个滤波器级可以使用一个低通滤波器（RF1 和 CF3）和一个以 VCOM 为基准的高通滤波器
（CF2 和 RF2）的级联。滤波器的设计非常简单。可以首先选择 RF1 和 CF2。RF1 和 CF2 的一组合理值可以是：
RF1 = 1kΩ± 10%，CF2 = 50pF ± 10%。如果所需的中心频率为ƒC，滤波器带宽为 ƒB，则可以通过以下公式来计
算CF3 的值：
1
CF3
=
2pRF1
fC + fB
(2)
RF2 和 CF2 确定滤波器的高通拐角。RF2 应以 VCOM 为基准，以便在回波接收时间内保持比较器输入端的直流偏
置电平。如果 RF2 的值大于 RF1，则从高通滤波器到低通滤波器的负载效应会受到限制，从而使拐角频率更精
确。下图所示的所选值会产生大约600kHz 的高通拐角频率和大约3MHz 的低通拐角频率。
可以使用更复杂的滤波器；如果信号振幅过低，则外部增益是可以接受的。如果滤波器的通带比倍频程宽，那么
TI 建议使用具有线性群延迟的滤波器设计。
RF1 = 1 kΩ
CF2 = 50 pF
CF1 = 1 nF
LNAOUT
PGAIN
PGAOUT
COMPIN
CF3 = 53 pF
RF2 = 5 kΩ
GND
VCOM
图8-5. 用于1MHz 操作的滤波器
8.3.6 用于生成STOP 脉冲的比较器
TDC1000-Q1 的 STOP 脉冲生成块包含两个自动置零比较器（一个过零检测比较器和一个阈值检测比较器）、一
个阈值设置DAC 和一个事件管理器。
比较器自动置零周期发生在每个TOF 接收周期的开始。在这些周期中，比较器的输入偏移量存储在内部2.5pF 电
容器中，并且在回波处理阶段从输入信号中减去该偏移量。自动置零周期的持续时间由 CLOCK_RATE 寄存器中
的AUTOZERO_PERIOD 字段进行配置。
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Zero Cross Detect
VCOM
œ
COMPIN
+
STOP
Threshold
Detect
Event Manager
ECHO_QUAL_THLD
œ
+
DAC
VTHLD
œ
+
RECEIVE_MODE
NUM_RX
图8-6. STOP 脉冲发生电路
8.3.6.1 阈值检测器和DAC
图 8-6 中的阈值检测比较器将回波振幅与由 DAC 控制的可编程阈值电平 (VTHLD) 进行比较。DAC 电压由寄存器
CONFIG_3 中的 the ECHO_QUAL_THLD 字段设置，可提供八个可编程阈值电平 VTHLD。表 8-2 列出了典型电
平。
表8-2. 回波鉴定阈值电平
ECHO_QUAL_THLD
0h
1h
2h
3h
4h
5h
6h
7h
-35
-50
-220
-410
-775
-1500
典型VTHLD (mV)
–75
–125
8.3.6.2 过零检测比较器
过零检测比较器将COMPIN 处的放大回波信号与基准电压VCOM 进行比较。如图8-7 所示，当回波信号的振幅上
升至高于 VCOM 时，比较器会产生从低电平到高电平的转换。当回波振幅降至低于 VCOM – VHYST 时，比较器会
产生从高电平到低电平的转换。内置的 10mV（以 VCOM 为基准）负侧迟滞可确保实现与回波信号上升沿相关联
的准确过零时间实例以及比较器输出的抗噪性能。
Signal into
COMPIN
VCOM
VHYST = 10 mV
Zero Cross
Detect Output
图8-7. 过零检测器输出信号
过零检测比较器的输出会传递到事件管理器，这取决于阈值检测比较器的决定。
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8.3.6.3 事件管理器
事件管理器是 TDC1000-Q1 的 STOP 脉冲发生电路中的数字状态机。事件管理器控制在 STOP 引脚上生成的
STOP 脉冲的最大数量和STOP 脉冲生成的接收模式。STOP 脉冲的数量是在CONFIG_1 寄存器的 NUM_RX 字
段中配置的。可以通过 CONFIG_4 寄存器的 RECEIVE_MODE 位来选择接收模式。有关 TDC1000-Q1 的接收模
式的详细信息，请参阅单回波接收模式和多回波接收模式部分。
图 8-8 显示了 NUM_RX = 2h 且 RECEIVE_MODE = 0 时的一个示例。当回波信号振幅超过小于 VTHLD 的值时，
阈值检测比较器会向事件管理器指示将下一个过零事件标记为有效。当过零检测比较器检测到合格的过零时，事
件管理器将脉冲传递到STOP 引脚，直到达到NUM_RX 中编程的接收事件数。
STOP
COMPIN
VCOM
VTHLD
GND
Passes VTHLD
Passes VTHLD
Qualified for
zero-cross
Qualified for
zero-cross
图8-8. 信号鉴定、过零检测和STOP 脉冲生成
8.3.7 共模缓冲器(VCOM)
内部共模缓冲器的输出出现在 VCOM 引脚上。该引脚应由低泄漏 10nF 电容器旁路至接地端，其负载电流不应超
过20µA。可以使用CONFIG_2 寄存器中的VCOM_SEL 位来禁用共模缓冲器。如果禁用，则必须向VCOM 引脚
施加外部基准电压。
在飞行时间测量期间，如果从零初始条件开始，则共模基准将需要大约 16µs 的时间来实现稳定。使用更大的电容
器会增加内部共模基准的稳定时间。共模基准稳定时间部分进一步探讨了更大的VCOM 电容器的影响。
8.3.8 温度传感器
准确测量流量、液位和浓度需要补偿介质中声速对温度的依赖性。TDC1000-Q1 提供两个温度传感器接头，支持
使用RTD 最多测量两个位置，如图8-9 所示。
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MEAS_MODE
TDC1011
tof_start
MUX
START
STOP
MEAS_MODE
tof_stop
MUX
Temp
Sensor
RTD1
RTD1
(external)
RTD2
RTD2
(external)
图8-9. 温度传感器测量
温度传感器块支持 PT1000 或 PT500 传感器。必须在 CONFIG_3 寄存器的 TEMP_RTD_SEL 位中选择使用的
RTD 类型。系统需要一个温度稳定的外部基准电阻器 (RREF)。如果 RTD 类型为 PT500，则 RREF 应为 500Ω。
如果RTD 类型为PT1000，则RREF 应为1kΩ。基准电阻器需要具有低温度系数或针对温度变化进行校准。
温度测量中的逻辑时序由 CONFIG_3 寄存器中的 TEMP_CLK_DIV 位控制。如图 8-10 所示，外部时钟可以进行
8 分频或按照 CONFIG_0 寄存器中的 TX_FREQ_DIV 字段配置生成的值进行分频。TI 建议在 1MHz 或更低的频
率下运行温度测量块。
0x03[4] œ TEMP_CLK_DIV
ó 8
0
ƒTEMP
1
CLKIN
ƒCLKIN
TTEMP =
ƒTEMP
1
ó 2TX_FREQ_DIV+1
0x00[7:5] œ TX_FREQ_DIV
图8-10. 用于温度测量的时序源
8.3.8.1 使用多个RTD 进行温度测量
可以通过将 CONFIG_2 寄存器中的 MEAS_MODE 位设置为 1 来选择温度测量模式。可以通过发送触发脉冲来启
动温度测量。温度测量完成后，TDC1000-Q1 将返回到睡眠模式。要返回到 TOF 测量模式，请将 MEAS_MODE
位重置为0。
无需外部 ADC 即可执行温度传感器测量。温度传感器块将基准电阻RREF 和多达两个 RTD 转换为一系列 START
和 STOP 脉冲。脉冲之间的间隔与测得的电阻成正比，因此与温度成正比。如图 8-11 所示，TDC1000-Q1 针对
每个触发事件执行三次测量，并在START 和STOP 引脚上生成相应的脉冲。
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Reference
RTD1
RTD2
TRIGGER
td1
td2
START
STOP
tREF
tRTD1
tRTD2
图8-11. 温度测量输出时序
可以使用下面的图8-11 通过时间间隔来计算RTD1 和RTD2 的电阻：
tREF
RRTDx = RREF
ì
tRTDx
(3)
使用 1kΩ 基准电阻器时，tREF 间隔大约为 200μs。tRTD1 和 tRTD2 间隔将取决于 RTD 的电阻。可以使用以下公
式来近似计算测量之间的延时时间td1 和td2：
td1 = (51 × TTEMP) + (tRTD1 × 0.55)
td2 = (51 × TTEMP) + (tRTD2 × 0.55)
(4)
(5)
例如，两个PT1000 传感器在0°C 时的电阻约为1kΩ，这与该示例中的基准电阻相同。在给定外部8MHz 时钟和
来自 TEMP_CLK_DIV 位的默认温度时钟 8 分频的情况下，START 脉冲和最后一个 STOP 脉冲之间的总测量时
间约为922µs。
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8.3.8.2 使用单个RTD 进行温度测量
通过将 CONFIG_3 寄存器中的 TEMP_MODE 位设置为 1，可以将温度检测块配置为测量单个RTD。当温度测量
以 PT1000 模式运行 (TEMP_RTD_SEL = 0) 时，第一个间隔对应于 RREF，第二个间隔是 RREF 上的冗余测量，
应忽略不计，第三个间隔对应于RTD1。图8-12 展示了该操作。
Reference
Discard
RTD1
TRIGGER
td1
td2
START
tREF
½ tREF
tRTD1
STOP
图8-12. 使用单个PT1000 进行温度测量
可以使用方程式 3 来计算 RTD1 的电阻。可以使用方程式 4 和方程式 5 来近似计算测量之间的延时时间，但在本
例中td1 是½ tREF 的函数，td2 是tRTD1 的函数。
如果温度测量以PT500 模式运行(TEMP_RTD_SEL = 1)，则第一个间隔是RREF 上的冗余测量，应忽略不计，第
二个间隔对应于RREF，第三个间隔对应于RTD1。图8-13 展示了该操作。
Discard
Reference
RTD1
TRIGGER
td1
td2
START
2 ì tREF
tREF
tRTD1
STOP
图8-13. 使用单个PT500 进行温度测量
可以使用方程式 3 来计算 RTD1 的电阻。可以使用方程式 4 和方程式 5 来近似计算测量之间的延时时间，但在本
例中td1 是tREF 的函数，td2 是tRTD1 的函数。
8.4 器件功能模式
8.4.1 飞行时间测量模式
可以通过将CONFIG_2 寄存器中的MEAS_MODE 位设置为0 来选择TOF 测量模式。可以使用CONFIG_2 寄存
器中的 TOF_MEAS_MODE 字段来选择 TOF 测量模式的类型。表8-3 列出了可用的 TOF 测量模式及其相应的通
道分配。
表8-3. TOF 测量模式
处于工作状态的TX 处于工作状态的RX
TOF_MEAS_MODE
CH_SEL
EXT_CHSEL
通道
通道
0
1
0
1
0
1
0
TX1
RX2
通道1
通道2
通道1
通道2
通道1
通道2
00
模式0
模式1
0
TX2
TX1
TX2
RX1
RX1
RX2
0
01
0
0
基于状态机和CH_SWP 位
基于状态机和CH_SWP 位
10
11
模式2
0
保留
保留
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8.4.1.1 模式0
模式 0 适用于液位和流体识别测量 应用。TDC1000-Q1 将每个换能器与互补的 TX 和 RX 通道相关联。如果
CONFIG_2 寄存器中的 CH_SEL = 0，则发送/接收对“TX1/RX2”将用作测量的发送器和接收器。如果CH_SEL
= 1，则发送/接收对“TX2/RX1”将用作测量的发送器和接收器。
TDC1000-Q1 在接收到触发信号之后执行单次TOF 测量，在测量完成后返回至睡眠模式。
8.4.1.2 模式1
在模式 1 中，TDC1000-Q1 将每个换能器与单个 TX 和 RX 通道相关联。如果 CH_SEL = 0，则发送/接收对
“TX1/RX1”将用作测量的发送器和接收器。如果 CH_SEL = 1，则发送/接收对“TX2/RX2”将用作测量的发送
器和接收器。
TDC1000-Q1 执行单次TOF 测量（一个方向），并在测量完成后返回至睡眠模式。
8.4.1.3 模式2
模式 2 适用于渡越时间式水流量计量应用（请参阅水流量计量）。在该模式下，通道定义与模式 1 相同：通道 1
=“TX1/RX1”，通道 2 =“TX2/RX2”。TDC1000-Q1 将执行一次 TOF 测量，然后进入就绪状态，等待下一个
触发信号。
模式 2 支持均值计算周期和自动通道交换。如果 NUM_AVG > 0，则均值计算模式处于工作状态，使秒表或 MCU
能够计算多个TOF 测量周期的平均值。在该模式下，器件针对每个触发脉冲在一个通道（方向）上执行一次TOF
测量，直到达到均值计算计数为止，如果 CH_SWP = 1，则器件将自动交换通道并针对每个触发脉冲在另一个通
道（方向）上执行一次TOF 测量，直到达到均值计算计数为止。
平均值的数量由 CONFIG_1 寄存器中的 NUM_AVG 字段控制。通道交换由 CONFIG_2 寄存器中的 CH_SWP 位
控制。CONFIG_2 寄存器中的 EXT_CHSEL 位必须为 0 才能使自动通道交换正常工作。如果 EXT_CHSEL 为
1，则通过CHSEL 引脚手动控制工作通道选择。
备注
如果在均值计算模式下回波测量超时（由错误标志或 ERRB 引脚指示），则状态机应重置并且错误标
志应清除。可以通过向 ERROR_FLAGS 寄存器的位 [1] 写入 1 来清除状态机，可以通过向
ERROR_FLAGS 寄存器的位[0] 写入1 来清除错误标志。完成这些步骤后，应重新开始均值测量。
8.4.2 状态机
TDC1000-Q1 中的状态机管理各种测量模式的运行（请参阅图 8-14）。上电时，状态机复位，大多数块被禁用。
上电序列完成后，如果 EN 引脚为低电平，则器件进入睡眠模式；如果 EN 引脚为高电平，则器件进入就绪模
式。在睡眠或就绪状态下，TDC1000-Q1 能够接收SPI 命令以设置寄存器并将器件配置为某种测量模式。
备注
尽管 SPI 块始终处于工作状态，但 TI 不建议在器件处于工作状态时执行配置更改。应在器件处于睡眠
状态或就绪状态时执行配置更改。
如果 EN 引脚为高电平且接收到触发信号，则状态机将开始执行配置的测量。如果器件配置为模式 0 或模式 1，
则状态机将在测量完成后返回到睡眠状态。如果器件配置为模式2，则状态机返回到就绪状态并等待下一个触发以
继续执行下一次测量。
通过在RESET 引脚上施加逻辑高电平或在EN 引脚上施加逻辑低电平，可以强制器件退出测量。
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SW Reset
EN=Low
HW Reset
Timeout=1
SLEEP state
ERROR_FLAGS register (0x07):
ñ Writing 1 to bit [1] of the ERROR_FLAGS
register cancels any active measurement
and returns to sleep mode or ready mode
and sets Count to 0 and CH-flag to FALSE.
No
EN=High
If averaging: Set Count = 0
If CH_SWP & NOT(EXT_CHSEL):
set CH-flag TRUE
Ready
Trigger
pulse?
TOF_MEAS_MODE = 0h (Mode 0)
= 1h (Mode 1)
Yes
TX Burst
Output START
Pulse
RX Active
Output
STOP pulses
Mode?
TOF_MEAS_MODE = 2h (Mode 2)
Count <
Yes
Increment Count
Average?
No
Toggle Channel
Set Count = 0
CH-flag TRUE?
Yes
Set Ch-flag FALSE
图8-14. 简化的TDC1000-Q1 状态机图
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8.4.3 发送操作
阻尼功能有两种无效的使用组合，这些组合可能会导致意外行为。第一，阻尼不应与上一节中所述的180° 脉冲移
位结合使用。第二，如果TX 脉冲数设置为31，则不应启用阻尼。
8.4.3.1 发送脉冲数
可以使用 CONFIG_0 寄存器中的 NUM_TX 字段对 TDC1000-Q1 为驱动超声波换能器而生成的TX 脉冲数进行编
程。
8.4.3.2 TX 180° 脉冲移位
如图8-15 所示，发送器块可以在 TX 信号中的某个位置添加180° 移位。脉冲移位的位置由CONFIG_4 寄存器中
的TX_PH_SHIFT_POS 字段设置，并允许生成特定的信号模式。
Generation of 180° burst
for Tx Signature
图8-15. 发送器脉冲特征，180° 突发
如图8-16 所示，启用TX 180° 脉冲移位具有将发送的脉冲数减少1 的效果。
Normal Operation:
NUM_TX = 0x07
TX_PH_SHIFT_POS = 0x1F
180| Shift:
NUM_TX = 0x07
TX_PH_SHIFT_POS = 0x03
Pos. 0
Pos. 1
Pos. 2
Pos. 3
Pos. 4
Pos. 5
Pos. 6
图8-16. 发送器脉冲特征
在某些情况下，180° 脉冲移位可能有助于改善换能器的关断时间，从而抑制发送振铃。
可以通过将 TX_PH_SHIFT_POS 设置为位置 31 来禁用 180° 脉冲移位。不建议将 180° 脉冲移位设置为位置 0
或1。
8.4.3.3 发送器阻尼
发送器阻尼功能可以改进对换能器信号生成的控制。阻尼可延长最后一个TX 脉冲的持续时间，以帮助消除振铃并
改善换能器的关断时间（请参阅图 8-17 和图 8-18）。可以通过缩短换能器关断时间来提高测量的精度。阻尼由
CONFIG_2 寄存器中的DAMPING 位控制。
Damping extends the duration of
the last pulse to dissipate ringing
图8-17. 发送器阻尼（5 个Tx 脉冲和一个阻尼脉冲）
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8.0
6.0
Damping disabled
Damping enabled
4.0
2.0
0.0
-2.0
-4.0
-6.0
-8.0
0.0
2.0
4.0
6.0
8.0
10.0
12.0
14.0
16.0
18.0
20.0
Time (ꢀs)
图8-18. 发送器阻尼回波
8.4.4 接收操作
8.4.4.1 单回波接收模式
单回波模式适用于浓度测量和流量计量应用。通过将 CONFIG_4 寄存器中的 RECEIVE_MODE 位设置为 0，可
以将器件配置为单回波模式。在单回波模式下，器件将为阈值比较器鉴定为合格的每个过零生成 STOP 脉冲，其
数量最大为在CONFIG_1 寄存器的NUM_RX 字段中配置的预期STOP 事件数。
在检测到小于编程的阈值电压的 RX 振幅后，阈值比较器将下一个过零鉴定为合格。过零检测器将提供与接收信
号的上升沿越过 VCOM 电平相对应的输出脉冲， 如图 8-19 所示。可以在 CONFIG_3 寄存器的
ECHO_QUAL_THDL 字段中设置阈值电压。
Zero-crossing detected after
threshold exceeded
COMPIN
VCOM
ECHO_QUAL_THLD
Threshold
Signal exceeds threshold
Output on
STOP pin
Maximum number of requested events (5 in this figure)
returned; subsequent events not reported
图8-19. 单回波接收模式（5 个STOP 事件）
如果接收的脉冲未达到 NUM_RX 中编程的预期数量或飞行时间操作超时， 则 TDC1000-Q1 会在
ERROR_FLAGS 寄存器中指示错误情况并将ERRB 引脚设置为低电平。
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8.4.4.2 多回波接收模式
多回波模式用于液位检测应用和距离/位移测量，其中会接收多个回波（突发）。在这种情况下，接收到的每个回
波组将被视为 STOP 引脚上的单个脉冲。根据 CONFIG_1 寄存器中 NUM_RX 字段的值，最多可以生成 7 个
STOP 脉冲。可以通过将CONFIG_4 寄存器中的RECEIVE_MODE 位设置为1 来启用多回波模式。图8-20 描绘
了多回波STOP 脉冲的产生。
COMPIN
VCOM
Programmed
threshold
Output on
STOP pin
No pulse on STOP
pin because signal did not
exceed threshold
No pulse on STOP pin because
maximum number of programmed events
(5 in this example) already produced.
图8-20. 多回波接收模式（5 个STOP 事件）
STOP 脉冲的上升沿由过零事件生成。与单回波接收模式一样，阈值比较器在检测到小于编程阈值电压的 RX 振
幅后将下一个过零鉴定为合格。在 RX 振幅不再小于阈值电压之后，STOP 脉冲将一直延续到过零（请参阅图
8-21）。
Signal zero-crossing without
exceeding threshold
Zero-crossing detected
after threshold exceeded
COMPIN
VCOM
Programmed
threshold
Signal exceeds
threshold
Output on
STOP pin
图8-21. 多回波接收模式（放大）
如果接收的脉冲未达到 NUM_RX 中编程的预期数量或飞行时间操作超时， 则 TDC1000-Q1 会在
ERROR_FLAGS 寄存器中指示错误情况并将ERRB 引脚设置为低电平。
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8.4.5 时序
8.4.5.1 时序控制和频率调节(CLKIN)
0x09[2] œ CLOCKIN_DIV
1
T0 = Š
ƒ0
ó 2CLOCKIN_DIV
ƒ0
CLKIN
ƒCLKIN
1
T1 = Š
ƒ1
ó 2TX_FREQ_DIV+1
ƒ1
0x00[7:5] œ TX_FREQ_DIV
图8-22. 外部时钟分频树
所有发送和接收功能时序都与应用于 CLKIN 引脚的外部时钟同步。外部时钟经过分频后生成两个内部时钟，其相
应的时间周期在图 8-22 中表示为 T0 和 T1。用于生成 T0 的分频因子由 CLOCK_RATE 寄存器中的
CLOCKIN_DIV 位控制。用于生成T1 的分频因子由CONFIG_0 寄存器中的TX_FREQ_DIV 字段控制。
SPI 块与应用到SCLK 引脚的时钟同步，该块与应用到CLKIN 的时钟无关。有关SPI 块的完整说明，请参阅串行
外设接口(SPI) 部分。
8.4.5.2 TX/RX 测量时序
TDC1000-Q1 自动对 TX 和 RX 功能进行排序。在 TRIGGER 引脚上接收到脉冲边沿后，TDC1000-Q1 会重新与
CLKIN 信号同步并发送一个 TX 突发。在发送突发期间，RX 路径被设置为备用通道，以更大程度地降低耦合噪
声。
在重新同步期间，触发边沿和 START 边沿与外部时钟的负边沿对齐。触发和 START 之间的时间等于三个 T0 周
期加上两个或三个T1 周期，具体取决于接收到的触发脉冲和外部时钟之间的相位。例如，如果ƒCLKIN = 8MHz 且
TX_FREQ_DIV = 0h2（8 分频），则周期 T0 为 125ns，周期 T1 为 1µs，从而使接收到的触发信号和生成的
START 脉冲之间的时间为2.375µs 或3.375µs。
触发边沿极性默认配置为上升沿，但可以通过将 CONFIG4 寄存器中的 TRIG_EDGE_POLARITY 位设置为 1 将
触发边沿更改为下降沿。
器件复位后，系统必须等待一段确定的时间才能发送下一个触发信号。典型的复位至触发等待时间为 3 × T1 +
(50ns)。
8.4.6 飞行时间(TOF) 控制
飞行时间测量期间TX/RX 时序的可能配置可分为三种情形：短TOF 测量、标准TOF 测量和具有电源消隐功能的
标准 TOF 测量。总体而言，这些情形在时序、省电和回声侦听窗口的顺序上有所不同。后续各节将介绍每种情形
的工作原理。
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8.4.6.1 短TOF 测量
Analog OFF
Analog ON
(see Note A)
TRIG
Echo listen period
TX
(see Note B)
START
(see Note C)
RX
STOP
READY
COMMON-MODE
128 x T0
AUTOZERO
2AUTOZERO_PERIOD x 64 x T0
TRANSMIT
MASK
ECHO LISTEN
2TOF_TIMEOUT_CTRL x 128 x T0
END READY
1 x T1
2SHORT_TOF_BLANK_PERIOD x 8 x T0
NUM_TX x T1
A. 时钟对齐（请参阅TX/RX 测量时序）
B. 如果NUM_TX < 3，则START 脉冲的宽度等于NUM_TX × T1。如果NUM_TX ≥3，则START 脉冲的宽度等于3 × T1。
C. 共模稳定时间。
图8-23. 短TOF 测量
在短飞行时间测量中，RX 路径在 TX 突发之前激活，如图 8-23 所示。在 TX 突发之前和期间，输入多路复用器
会自动交换到备用接收通道。交换输入可防止 TX 突发在RX 路径中被放大。在TX 突发之后，输入多路复用器在
由 TIMEOUT 寄存器中的 SHORT_TOF_BLANK_PERIOD 字段确定的屏蔽周期内保持切换到备用通道。屏蔽 RX
路径可避免放大RX 路径中换能器的残余TX 振铃问题。
短
TOF 是上电时选择的默认测量序列。如果 TIMING_REG[9:0] 字段的值小于 30 ， 或者如果
FORCE_SHORT_TOF 位设置为1，则会选择短TOF 测量。TIMING_REG[9:0] 是一个10 位宽的字段，两个最高
有效位位于 TOF_1 寄存器中，八个最低有效位位于 TOF_0 寄存器中。FORCE_SHORT_TOF 位位于 TIMEOUT
寄存器中。
比较器的输入失调电压在自动置零期间存储在内部电容器中。自动置零周期的长度由 CLOCK_RATE 寄存器中的
AUTOZERO_PERIOD 字段控制。
比较器能够鉴定并生成 STOP 脉冲的窗口长度由 TOF_TIMEOUT_CTRL 字段配置。如果在分配的时间内未接收
到预期的脉冲数，则会发生超时，并且会向 ERROR_FLAGS 寄存器和 ERRB 引脚报告错误情况。可以禁用回波
超时（请参阅TOF 测量间隔）。TOF_TIMEOUT_CTRL 字段位于TIMEOUT 寄存器中。
有关时间周期T0 和T1 的定义，请参阅时序控制和频率调节(CLKIN) 部分。
8.4.6.2 标准TOF 测量
在标准飞行时间测量中，RX 路径在TX 突发完成之后激活（请参阅图8-24）。
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Analog OFF
Analog ON
TRIG
Echo listen period
TX
(see Note A)
START
(see Note B)
(see Note C)
RX
STOP
READY
TRANSMIT
NUM_TX x T1
COMMON-MODE
128 x T0
AUTOZERO
WAIT / ECHO LISTEN
ECHO LISTEN
END READY
1 x T1
2AUTOZERO_PERIOD x 64 x T0
2TOF_TIMEOUT_CTRL x 128 x T0
(TIMING_REG œ 30) x 8 x T0
A. 时钟对齐（请参阅TX/RX 测量时序）
B. 如果NUM_TX < 3，则START 脉冲的宽度等于NUM_TX × T1。如果NUM_TX ≥3，则START 脉冲的宽度等于3 × T1。
C. 共模稳定时间。
图8-24. 标准TOF 测量
如果 TIMING_REG 字段的值大于或等于 30，则仅当 FORCE_SHORT_TOF 位设置为 0 时才启用标准 TOF 测量
序列。TIMING_REG 是一个 10 位宽的字段，两个最高有效位位于 TOF_1 寄存器中，八个最低有效位位于
TOF_0 寄存器中。FORCE_SHORT_TOF 位位于TIMEOUT 寄存器中。
比较器的输入失调电压在自动置零期间存储在内部电容器中。自动置零周期的长度由 CLOCK_RATE 寄存器中的
AUTOZERO_PERIOD 字段控制。
比较器能够鉴定并生成STOP 脉冲的窗口长度由TIMING_REG 字段和TOF_TIMEOUT_CTRL 字段的组合配置。
通过在计算中添加 TIMING_REG，标准 TOF 测量允许使用更长的等待时间和侦听窗口。如果在分配的时间内未
接收到预期的脉冲数，则会发生超时，并且会向 ERROR_FLAGS 寄存器和 ERRB 引脚报告错误情况。可以禁用
回波超时（请参阅TOF 测量间隔）。TOF_TIMEOUT_CTRL 字段位于TIMEOUT 寄存器中。
备注
如果 FORCE_SHORT_TOF 位 = 1，则测量测序将执行短 TOF 测量，从而覆盖 TIMING_REG 字段的
设置。
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8.4.6.3 具有电源消隐功能的标准TOF 测量
Analog OFF
Analog ON
TRIG
Echo listen period
TX
(see Note A)
START
(see Note B)
(see Note C)
RX
STOP
READY
TRANSMIT
WAIT
COMMON-MODE
128 x T0
AUTOZERO
ECHO LISTEN
2TOF_TIMEOUT_CTRL x 128 x T0
END READY
1 x T1
2AUTOZERO_PERIOD x 64 x T0
NUM_TX x T1
(TIMING_REG œ 30) x 8 x T0
A. 时钟对齐（请参阅TX/RX 测量时序）
B. 如果NUM_TX < 3，则START 脉冲的宽度等于NUM_TX × T1。如果NUM_TX ≥3，则START 脉冲的宽度等于3 × T1。
C. 共模稳定时间。
图8-25. 启用了消隐功能的标准TOF 测量
电源消隐序列是标准TOF 测量序列的变体，可以通过将 BLANKING 位设置为 1 来启用。此外，应满足标准 TOF
测量中所述的所有其他条件。BLANKING 位位于CONFIG_3 寄存器中。
在预期飞行时间较长的情况下，电源消隐使器件能够保持低功耗状态，同时TX 信号传播到RX 换能器。电源消隐
使用 TIMING_REG 来控制发送序列和接收序列之间的等待时间，在此期间禁用整个 RX 链（请参阅图 8-25）。
TIMING_REG 是一个 10 位宽的字段，两个最高有效位位于 TOF_1 寄存器中，七个最低有效位位于 TOF_0 寄存
器中。
8.4.6.4 共模基准稳定时间
共模稳定时间由VCOM 电容器定义。使用10nF VCOM 电容器时，共模基准需要 16µs 来实现稳定。另一方面，
共模稳定窗口 的持续时间定义为 128 × T0，其中时间单位 T0 由外部时钟频率和 CLOCKIN_DIV 位的值决定，如
时序控制和频率调节(CLKIN) 部分所述。
8MHz 的频率将产生128 × 1/8MHz 的稳定窗口，其值为16µs。增加VCOM 电容器的容值将增加共模稳定时间，
但对于相同的 8MHz 频率，共模稳定窗户 的持续时间将保持在 16µs。在这种情况下，当从零初始条件开始时，
共模基准将需要多个TOF 周期才能达到最终值。
8.4.6.5 TOF 测量间隔
TDC1000-Q1 RX 路径中的比较器可以在 TIMEOUT 寄存器中的 TOF_TIMEOUT_CTRL 字段设置的时间间隔内根
据接收到的回波鉴定并生成 STOP 脉冲。在标准 TOF 测量（无消隐）中，侦听间隔可以延长一个由
TIMING_REG 字段控制的周期（请参阅标准TOF 测量）。
如果在侦听间隔内未接收到在 NUM_RX 字段中编程的 STOP 事件数，则会发生超时事件，器件将返回至就绪状
态。此外，系统会向ERROR_FLAGS 寄存器报告错误，并将ERRB 引脚驱动为低电平。
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可以通过将 TIMEOUT 寄存器中的 ECHO_TIMEOUT 位设置为 1 来禁用回波超时。如果禁用了回波超时，那么除
非发生 NUM_RX 中设置的预期数量的 STOP 事件，否则器件将不会退出接收状态。如果发生的事件未达到该数
量，则可以通过将值 0x03 写入 ERROR_FLAGS 寄存器或通过使 EN 引脚失效或使 RESET 引脚生效来强制器件
退出接收状态。
备注
向ERROR_FLAGS 寄存器的位[1] 写入逻辑1 会清除状态机。向位[0] 写入逻辑1 会清除错误标志。
备注
TI 不建议使RX 保持在工作状态的时间间隔超过100ms，否则比较器自动置零可能不再准确。
8.4.7 均值计算和通道选择
当配置为测量模式 2 时，TDC1000-Q1 支持均值计算（请参阅飞行时间测量模式）。均值计算由 CONFIG_1 寄
个
存器中的 NUM_AVG 字段进行控制。在模式 2 下，TDC1000-Q1 将在 CH_SEL 指示的通道上保持 2NUM_AVG
触发周期。如果在 CONFIG_2 寄存器中启用了 CH_SWP，TDC1000-Q1 将自动交换活动通道并重复均值计算周
期。
备注
如果 ERROR_FLAGS 寄存器中的位 [1] 写入 1，那么 TDC1000-Q1 将重置内部均值计算计数器和软件
通道选择。
8.4.8 错误报告
当接收信号与预期配置不匹配时，TDC1000-Q1 将报告错误。ERRB 引脚将变为低电平，以指示存在错误情况。
读取ERROR_FLAGS 寄存器可提供有关导致错误的条件的信息。
ERR_SIG_WEAK 位表示接收到的合格过零数小于 NUM_RX 寄存器字段中设置的预期数量并且发生了超时。当
位[0] 中写入1 时，该错误被清除。
ERR_NO_SIG 位表示未接收到信号并且发生超时。向该位写入1 会重置状态机，停止活动测量并使器件返回到睡
眠或就绪模式，并且在测量模式2 下重置均值计数器和自动通道选择。当位[0] 中写入1 时，该错误被清除。
ERR_SIG_HIGH 位表示接收到的回波振幅超过比较器输入端的最大回波鉴定阈值。仅当 ECHO_QUAL_THDL 寄
存器字段设置为 7h 时，才报告 ERR_SIG_HIGH 错误。向该位写入 1 将重置所有错误标志并将 ERRB 引脚重置
为高电平。
备注
TI 建议在清除错误标志时重置状态机。这可以通过将值 0x03 写入 ERROR_FLAGS 寄存器来同时完
成。
8.5 编程
8.5.1 串行外设接口(SPI)
串行接口由串行数据输入(SDI)、串行数据输出(SDO)、串行接口时钟(SCLK) 和负片选(CSB) 组成。串行接口用
于配置各种配置寄存器中的 TDC1000-Q1 参数。所有寄存器都组织成具有唯一地址、可单独寻址且长度为一个字
节的寄存器。
SPI 总线上的通信通常支持写入和读取事务。写入事务包含单个写入命令字节，后跟单个数据字节。一个读取事
务包含单个读取命令字节，后跟 8 个 SCLK 周期。写入和读取命令字节包含 1 个保留位、一条 1 位指令和一个 6
位寄存器地址。图8-26 显示了涉及一个字节数据（读取或写入）的事务的SPI 协议。
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CSB
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14
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
12
13
15
16
SCK
COMMAND FIELD
DATA FIELD
MSB
LSB
SDI
c0
d6
c7
c6
c5
c4
c3
c2
c1
d7
d5
d4
d3
d2
d1
d0
Address (6 bits)
resvd
R/W
Write Data (8-bits)
MSB
LSB
SDO
d6
d7
d5
d4
d3
d2
d1
d0
R/W = Instruction
0: Read
1: Write
Read Data (8-bits)
Note: Specifying any value other than zero in bit[7] of the command byte is prohibited.
图8-26. SPI 协议
8.5.1.1 负片选(CSB)
CSB 是一个低电平有效信号，需要在整个事务中保持低电平。也就是说，CSB 不应在单个事务的命令字节和数据
字节之间产生脉冲。
将 CSB 置为无效总是会终止正在进行的事务，即使该事务尚未完成也是如此。将 CSB 重新置为有效总是会使器
件进入为下一个事务做好准备的状态，无论上一个事务的终止状态如何都是如此。
8.5.1.2 串行时钟(SCLK)
SCLK 可以在高电平或低电平下处于空闲状态。TI 建议尽可能使 SCLK 保持干净，以防止短时脉冲波干扰损坏
SPI 帧。
8.5.1.3 串行数据输入(SDI)
SDI 由SPI 控制器通过发送命令和数据字节来配置AFE 进行驱动。
8.5.1.4 串行数据输出(SDO)
SDO 在SPI 控制器启动一个读取事务时由AFE 驱动。
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8.6 寄存器映射
备注
• 除非另有说明，否则保留位必须写入0。
• 保留位和寄存器的读回值未指定，应丢弃。
• 必须对建议值进行编程，不得在指示的地方对禁止值进行编程，以避免出现意外结果。
8.6.1 TDC1000-Q1 寄存器
表8-4 列出了 TDC1000-Q1 的存储器映射寄存器。表8-4 中未列出的所有寄存器地址都应视为保留的存储单元，
并且不应修改寄存器内容。
表8-4. TDC1000-Q1 寄存器
地址（十六进制）
缩写
寄存器名称
复位值
章节
0h
1h
2h
3h
4h
5h
6h
7h
8h
9h
CONFIG_0
CONFIG_1
CONFIG_2
CONFIG_3
CONFIG_4
TOF_1
45h
40h
0h
配置0
请参阅此处
请参阅此处
请参阅此处
请参阅此处
请参阅此处
请参阅此处
请参阅此处
请参阅此处
请参阅此处
请参阅此处
配置1
配置2
配置3
配置4
TOF-1
TOF-0
3h
1Fh
0h
TOF_0
0h
ERROR_FLAGS
TIMEOUT
CLOCK_RATE
0h
错误标志
Timeout
19h
0h
时钟速率
8.6.2 CONFIG_0 寄存器（地址= 0h）[复位= 45h]
返回表8-4。
图8-27. CONFIG_0 寄存器
(MSB) 7
6
5
4
3
2
1
0 (LSB)
TX_FREQ_DIV
R/W-2h
NUM_TX
R/W-5h
图例：R/W = 读取或写入；R = 只读；R/W1C = 读取或写入1 以清零
表8-5. CONFIG_0 寄存器字段说明
位
字段
类型
复位
说明
TX 时钟和T1 的分频器
0h：除以2
1h：除以4
2h：8 分频（默认设置）
3h：除以16
[7:5]
TX_FREQ_DIV(1)
R/W
2h
4h：除以32
5h：除以64
6h：除以128
7h：除以256
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表8-5. CONFIG_0 寄存器字段说明(continued)
位
字段
NUM_TX
类型
复位
说明
一个突发中TX 脉冲的数量，范围为0 至31。
5h：5 个脉冲（默认设置）
[4:0]
R/W
5h
(1) 有关时间周期T1 的定义，请参阅时序控制和频率调节(CLKIN)。
8.6.3 CONFIG_1 寄存器（地址= 1h）[复位= 40h]
返回表8-4。
图8-28. CONFIG_1 寄存器
(MSB) 7
RESERVED
R/W-1h
6
5
4
3
2
1
0 (LSB)
NUM_AVG
R/W-0h
NUM_RX
R/W-0h
图例：R/W = 读取或写入；R = 只读；R/W1C = 读取或写入1 以清零
表8-6. CONFIG_1 寄存器字段说明
位
字段
保留
类型
复位
说明
[7:6]
R/W
1h
1h：保留（默认设置）
在秒表/MCU 中进行均值计算的测量周期数
0h：1 个测量周期（默认设置）
1h：2 个测量周期
2h：4 个测量周期
[5:3]
NUM_AVG
R/W
0h
3h：8 个测量周期
4h：16 个测量周期
5h：32 个测量周期
6h：64 个测量周期
7h：128 个测量周期
预期接收事件的数量
0h：不对事件进行计数（输出32 个STOP 脉冲）（默认设置）
1h：1 个事件（输出1 个STOP 脉冲）
2h：2 个事件（输出2 个STOP 脉冲）
3h：3 个事件（输出3 个STOP 脉冲）
4h：4 个事件（输出4 个STOP 脉冲）
5h：5 个事件（输出5 个STOP 脉冲）
6h：6 个事件（输出6 个STOP 脉冲）
7h：7 个事件（输出7 个STOP 脉冲）
[2:0]
NUM_RX
R/W
0h
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8.6.4 CONFIG_2 寄存器（地址= 2h）[复位= 0h]
返回表8-4。
图8-29. CONFIG_2 寄存器
(MSB) 7
VCOM_SEL
R/W-0h
6
5
4
3
2
1
0 (LSB)
MEAS_MODE
R/W-0h
DAMPING
R/W-0h
CH_SWP
R/W-0h
EXT_CHSEL
R/W-0h
CH_SEL
R/W-0h
TOF_MEAS_MODE
R/W-0h
图例：R/W = 读取或写入；R = 只读；R/W1C = 读取或写入1 以清零
表8-7. CONFIG_2 寄存器字段说明
位
字段
类型
复位
说明
共模电压基准控制
0h：内部（默认设置）
1h：外部
[7]
VCOM_SEL
R/W
0h
AFE 测量类型
[6]
[5]
MEAS_MODE
DAMPING
R/W
R/W
0h
0h
0h：飞行时间测量（默认设置）
1h：温度测量
TX 突发阻尼
0h：禁用阻尼（默认设置）
1h：启用阻尼
工作模式2 下自动交换通道。如果EXT_CHSEL = 1，则忽略该
设置。
[4]
[3]
CH_SWP
R/W
R/W
0h
0h
0h：禁用自动通道交换（默认设置）
1h：启用自动通道交换
通过CHSEL 引脚选择外部通道
0h：禁用外部通道选择（默认设置）。
1h：启用外部通道选择
EXT_CHSEL
EXT_CHSEL = 1 会覆盖CH_SWP 和CH_SEL 设置。
处于工作状态的TX/RX 通道对。
0h：通道1（默认设置）
1h：通道2
[2]
CH_SEL
R/W
R/W
0h
0h
有关通道定义，请参阅飞行时间测量模式。如果EXT_CHSEL =
1，则忽略该设置。
飞行时间测量模式
0h：模式0（默认设置）
1h：模式1
[1:0]
TOF_MEAS_MODE
2h：模式2
3h：保留
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8.6.5 CONFIG_3 寄存器（地址= 3h）[复位= 3h]
返回表8-4。
图8-30. CONFIG_3 寄存器
(MSB) 7
RESERVED
R/W-0h
6
5
4
3
2
1
0 (LSB)
TEMP_MODE
R/W-0h
TEMP_RTD_SEL TEMP_CLK_DIV
R/W-0h R/W-0h
BLANKING
R/W-0h
ECHO_QUAL_THLD
R/W-3h
图例：R/W = 读取或写入；R = 只读；R/W1C = 读取或写入1 以清零
表8-8. CONFIG_3 寄存器字段说明
位
字段
保留
类型
复位
说明
[7]
R/W
0h
0h：保留（默认设置）
温度测量通道
[6]
[5]
[4]
TEMP_MODE
R/W
R/W
R/W
0h
0h
0h
0h：测量REF、RTD1 和RTD2（默认设置）
1h：测量REF 和RTD1
RTD 类型
TEMP_RTD_SEL
TEMP_CLK_DIV
0h：PT1000（默认设置）
1h：PT500
用于温度模式的时钟分频器
0h：8 分频（默认设置）
1h：使用TX_FREQ_DIV
标准TOF 测量中的电源消隐。消隐长度由TIMING_REG 字段控
制（请参阅具有电源消隐功能的标准TOF 测量）。
0h：禁用电源消隐（默认设置）
[3]
BLANKING
R/W
0h
1h：启用电源消隐
关于VCOM 的回波鉴定DAC 阈值电平
0h：-35 mV
1h：-50 mV
2h：-75 mV
[2:0]
ECHO_QUAL_THLD
R/W
3h
3h：-125 mV（默认）
4h：-220 mV
5h：-410 mV
6h：-775 mV
7h：-1500 mV
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8.6.6 CONFIG_4 寄存器（地址= 4h）[复位= 1Fh]
返回表8-4。
图8-31. CONFIG_4 寄存器
(MSB) 7
RESERVED
R/W-0h
6
5
4
3
2
1
0 (LSB)
RECEIVE_
MODE
TRIG_EDGE_
POLARITY
TX_PH_SHIFT_POS
R/W-1Fh
R/W-0h
R/W-0h
图例：R/W = 读取或写入；R = 只读；R/W1C = 读取或写入1 以清零
表8-9. CONFIG_4 寄存器字段说明
位
字段
保留
类型
复位
说明
[7]
R/W
0h
0h：保留（默认设置）
接收回波模式
[6]
[5]
RECEIVE_MODE
R/W
R/W
R/W
0h
0h：单回波（默认设置）
1h：多回波
触发边沿极性
TRIG_EDGE_POLARITY
TX_PH_SHIFT_POS
0h
0h：上升沿（默认设置）
1h：下降沿
TX 180° 脉冲移位位置，范围为0 至31。
1Fh：位置31（默认设置）
[4:0]
1Fh
TI 不建议将TX_PH_SHIFT_POS 设置为0 或1。
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8.6.7 TOF_1 寄存器（地址= 5h）[复位= 0h]
返回表8-4。
图8-32. TOF_1 寄存器
(MSB) 7
6
5
4
3
2
1
0 (LSB)
PGA_GAIN
R/W-0h
PGA_CTRL
R/W-0h
LNA_CTRL
R/W-0h
LNA_FB
R/W-0h
TIMING_REG[9:8]
R/W-0h
图例：R/W = 读取或写入；R = 只读；R/W1C = 读取或写入1 以清零
表8-10. TOF_1 寄存器字段说明
位
字段
类型
复位
说明
PGA 增益
0h：0dB（默认设置）
1h：3dB
2h：6dB
[7:5]
PGA_GAIN
R/W
0h
3h：9dB
4h：12dB
5h：15dB
6h：18dB
7h：21dB
PGA 控制
[4]
[3]
PGA_CTRL
LNA_CTRL
LNA_FB
R/W
R/W
R/W
R/W
0h
0h
0h
0h
0h：处于运行状态（默认设置）
1h：绕过并断电
LNA 控制
0h：处于运行状态（默认设置）
1h：绕过并断电
LNA 反馈模式
[2]
0h：电容反馈（默认设置）
1h：电阻反馈
TIMING_REG 字段的2 个最高有效位（请参阅标准TOF 测量和
具有电源消隐功能的标准TOF 测量）
0h：0（默认值）
[1:0]
TIMING_REG[9:8]
8.6.8 TOF_0 寄存器（地址= 6h）[复位= 0h]
返回表8-4。
图8-33. TOF_0 寄存器
(MSB) 7
6
5
4
3
2
1
0 (LSB)
TIMING_REG[7:0]
R/W-0h
图例：R/W = 读取或写入；R = 只读；R/W1C = 读取或写入1 以清零
表8-11. TOF_0 寄存器字段说明
位
字段
类型
复位
说明
TIMING_REG 字段的8 个最低有效位（请参阅标准TOF 测量和
具有电源消隐功能的标准TOF 测量）
0h：0（默认值）
[7:0]
TIMING_REG[7:0]
R/W
0h
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8.6.9 ERROR_FLAGS 寄存器（地址= 7h）[复位= 0h]
返回表8-4。
图8-34. ERROR_FLAGS 寄存器
7 (MSB)
6
5
4
3
2
1
0 (LSB)
ERR_
SIG_WEAK
ERR_
SIG_HIGH
RESERVED
R-0h
ERR_NO_SIG
R/W1C-0
R-0h
R/W1C-0
图例：R/W = 读取或写入；R = 只读；R/W1C = 读取或写入1 以清零
表8-12. ERROR_FLAGS 寄存器字段说明(1) (2)
位
字段
类型
复位
说明
[7:3]
RESERVED
R
0h
0h：保留（默认设置）
1h：接收到的合格过零数小于NUM_RX 字段中设置的预期数，
并且发生超时。
[2]
[1]
ERR_SIG_WEAK
ERR_NO_SIG
R
0h
0h
1h：未接收到信号且发生超时。
向该字段写入1 会重置状态机，停止活动测量并使器件返回到睡
眠或就绪模式，并且在测量模式2 下重置均值计数器和自动通道
选择。
R/W1C
1h：接收到的回波振幅超过比较器输入端的最大回波鉴定阈值。
仅当ECHO_QUAL_THLD = 0x07 时才报告该错误。
向该字段写入1 将重置所有错误标志并将ERRB 引脚重置为高电
平。
[0]
ERR_SIG_HIGH
R/W1C
0h
(1) TI 建议在开始新测量之前读取错误状态寄存器或ERRB 引脚。
(2) 在开始新的测量之前，应清除所有错误标志。
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8.6.10 TIMEOUT 寄存器（地址= 8h）[复位= 19h]
返回表8-4。
图8-35. TIMEOUT 寄存器
(MSB) 7
RESERVED
R/W-0h
6
5
4
3
2
1
0 (LSB)
FORCE_
SHORT_TOF
ECHO_
TIMEOUT
SHORT_TOF_BLANK_PERIOD
R/W-3h
TOF_TIMEOUT_CTRL
R/W-1h
R/W-0h
R/W-0h
图例：R/W = 读取或写入；R = 只读；R/W1C = 读取或写入1 以清零
表8-13. TIMEOUT 寄存器字段说明
位
字段
保留
类型
复位
说明
[7]
R/W
0h
0h：保留（默认设置）
短飞行时间控制
[6]
FORCE_SHORT_TOF
R/W
R/W
0h
3h
0h：禁用（默认设置）
1h：强制进行短飞行时间测量
短飞行时间短消隐周期（请参阅短TOF 测量）
0h：8 × T0
1h：16 × T0
2h：32 × T0
[5:3]
SHORT_TOF_BLANK_PERIOD(1)
3h：64 × T0（默认设置）
4h：128 × T0
5h：256 × T0
6h：512 × T0
7h：1024 × T0
回波接收超时控制（请参阅TOF 测量间隔）
0h：启用回波超时（默认设置）
1h：禁用超时
[2]
ECHO_TIMEOUT
R/W
R/W
0h
1h
回波侦听窗口超时（请参阅TOF 测量间隔）
0h：128 × T0
[1:0]
TOF_TIMEOUT_CTRL(1)
1h：256 × T0（默认设置）
2h：512 × T0
3h：1024 × T0
(1) 有关时间周期T0 的定义，请参阅时序控制和频率调节(CLKIN)。
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8.6.11 CLOCK_RATE 寄存器（地址= 9h）[复位= 0h]
返回表8-4。
图8-36. CLOCK_RATE 寄存器
(MSB) 7
6
5
4
3
2
1
0 (LSB)
RESERVED
R/W-0h
CLOCKIN_DIV
R/W-0h
AUTOZERO_PERIOD
R/W-0h
图例：R/W = 读取或写入；R = 只读；R/W1C = 读取或写入1 以清零
表8-14. CLOCK_RATE 寄存器字段说明(1)
位
字段
保留
类型
复位
说明
[7:3]
R/W
0h
0h：保留（默认设置）
用于生成T0 的CLKIN 分频器
0h：1 分频（默认设置）
1h：除以2
[2]
CLOCKIN_DIV(1)
R/W
R/W
0h
0h
接收器自动置零周期
0h：64 × T0（默认设置）
1h：128 × T0
[1:0]
AUTOZERO_PERIOD(1)
2h：256 × T0
3h：512 × T0
(1) 有关时间周期T0 的定义，请参阅时序控制和频率调节(CLKIN)。
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9 应用和实施
备注
以下应用部分中的信息不属于TI 器件规格的范围，TI 不担保其准确性和完整性。TI 的客 户应负责确定
器件是否适用于其应用。客户应验证并测试其设计，以确保系统功能。
9.1 应用信息
TDC1000-Q1 是一款适用于超声波检测应用的模拟前端。该器件通常用于驱动和检测超声波换能器，以便执行精
确的飞行时间测量。超声波飞行时间检测可实现液位测量、流体识别或浓度、流量测量以及接近/距离检测。
9.2 典型应用
9.2.1 液位和流体识别测量
TX2/RX1
A
RREF
TX1/RX2
B
RTD
TX2
TX1
RX1
RX2
START
STOP
OR
Gate
TDC1000
16-MHz CLK
OSC
TMS320F28035
C2000 MCU
图9-1. 液位和浓度测量应用图
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9.2.1.1 设计要求
该示例使用表9-1 中的参数。
表9-1. 设计参数
设计参数
示例值
液位
2 –10cm
范围
流体识别
0.5% 浓度变化
精度
距离
5.08 cm
9.2.1.2 详细设计过程
9.2.1.2.1 液位测量
对于液位检测应用，将测量液体中声波的总飞行时间 (TOF)。换能器 B 发送的脉冲通常从液体底部穿过液体到达
液体表面。液体和空气之间的不连续性会产生反射波，该反射波会返回到换能器B。
在测量周期开始时，换能器连接到 AFE 的发送通道，发送突发会激发换能器以生成超声波。与 TX 突发同步，
TDC1000-Q1 生成一个 START 脉冲以指示测量开始。发送完成后，换能器将连接到 AFE 的一个接收通道，具体
取决于器件配置。
在接收到有效的回波后，TDC1000-Q1 将生成一个 STOP 脉冲。可以通过器件的寄存器配置生成多个 STOP 脉
冲。系统会比较START 和STOP 信号时间以确定TOF。
可以使用以下公式来确定液位：
61( × ?
@ =
2
(6)
其中
• d 是以米(m) 为单位的液位
• TOF 是以秒(s) 为单位的飞行时间
• c 是以米/秒(m/s) 为单位的液体中的声速
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Trigger
START
TX1
Echo Pulse
received
RX2
TOF
STOP
图9-2. 液位测量中发送脉冲和接收脉冲之间的关系
液位测量有两个主要标准：分辨率和范围（最大高度）。1mm 至 2mm 的分辨率精度是可以实现的，但由于任何
环境干扰（例如液箱振动，从而产生毫米级表面波），因此不切实际。使用VDD 电平激励脉冲可测量长达1m 的
范围，但较长距离的表面干扰和信号损失使可靠的回波接收成为问题。可以通过机械方式（液位导管）或电子方
式（将TX 脉冲电平转换到更高的电压；请参阅TIDA-00322）来实现更佳的液位测量接收。
9.2.1.2.2 流体识别
TDC1000-Q1 可用于测量已知距离的飞行时间，以计算液体中的声速 (cmedium)。该应用使用与液位示例相同的电
路，但将采用不同配置的换能器连接到第二个通道。在该示例中，使用换能器A 来测量液体中的声速(cmedium)。
还可以测量温度以补偿声音的温度变化。利用已知的距离、TOF 和温度，可以确定液体中的声速并验证介质的种
类。
测量固定距离的飞行时间后，可以通过以下公式计算声速：
2 × @
?
=
IA@EQI
61(
(7)
其中
cmedium 是以米/秒(m/s) 为单位的液体中的声速
•
• d 是以米(m) 为单位的液位
• TOF 是以秒(s) 为单位的飞行时间
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测量过程与上述液位示例相同。声速可用于唯一识别各种流体。在该示例中，使用浓度变化的所需精度分辨率
0.5% 来测量柴油机尾气处理液(DEF) 的浓度。对于大多数流体，声速会随温度而变化，因此每个应用都会有所不
同。在该示例中，所有样本都处于23°C 的环境温度下。
9.2.1.3 应用曲线
以下液位和流体识别图中使用的数据使用超声波测试单元进行收集。测试单元是宽度为 2.54cm 的丙烯酸塑料容
器，超声波换能器使用氰基丙烯酸酯胶连接到外部。本实验中的换能器是 STEMiNC 1MHz 压电陶瓷盘
(SMD10T2R111)。可以使用具有以下特性的等效换能器：
• 压电材料：SM111
• 尺寸：10mm 直径x 2mm 厚度
• 谐振频率：1050kHz（厚度模式）
150
135
120
105
90
1650
1625
1600
1575
1550
1525
1500
1475
1450
1425
1400
75
60
45
30
r
r
2
3
4
5
6
Height (cm)
7
8
9
10
e
Wat
Tap Wate
DEF 10.0%DEF 20.0%DEF 30.0%DEF 31.5%DEF 32.0%DEF 32.5%
液箱中的液体高度
全高(10cm)
全高–1 (9cm)
全高–2 (8cm)
3 cm
飞行时间(µs)
Distilled
145
131
118
50
液体
蒸馏水
自来水
声速(m/s)
1481.87
1483.13
1530.49
1576.42
1620.00
1627.37
1629.15
1630.00
DEF 10.0%
DEF 20.0%
DEF 30.0%
DEF 31.5%
DEF 32.0%
DEF 32.5%
2 cm
35
.
.
.
.
图9-3. 液箱中液体高度的飞行时间
图9-4. 各种液体和柴油机尾气处理液(DEF) 浓度的声
速
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1483.5
1632
1630
1628
1626
1624
1622
1620
1618
1483.0
1482.5
1482.0
1481.5
1481.0
r
r
e
Wat
30.0%
31.5%
32.0%
32.5%
Tap Wate
DEF
DEF
DEF
DEF
Distilled
液体
声速(m/s)
1620.00
1627.37
1629.15
1630.00
液体
声速(m/s)
1481.87
1483.13
DEF 30.0%
DEF 31.5%
DEF 32.0%
DEF 32.5%
蒸馏水
自来水
.
图9-5. 蒸馏水和自来水中的声速
图9-6. 各种柴油机尾气处理液(DEF) 浓度的声速
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9.2.2 水流量计量
RREF
RTD
Flow
l
TX1/RX2
B
TX2/RX1
A
START
STOP
TX2
TX1
RX1
TDC7200
TDC1000
TRIGGER
RX2
8-MHz CLK
OSC
SPI
ENABLE
INT
MSP430
MCU
图9-7. 水表应用简化图
表9-2. 设计参数
9.2.2.1 设计要求
该示例使用表9-2 中的参数。
设计参数
管径
示例值
15mm
60mm
换能器之间的距离
最小流量
0.015m3/h
5%
最小流量下的精度
9.2.2.2 详细设计过程
流量计的设计需要对将要使用该器件的系统进行全面的技术评估。以下是需要考虑的领域列表：
• 系统中允许的最大误差下的最小和最大流量
• 分界流量
• 随时间的推移而泵送的瞬时量和总量
• 仪表在适用标准规定范围内的精度
• 系统中的压力
• 工作温度范围
应根据系统要求来确定合适的超声波传感器和连接到传感器的适当电子设备。以下是适用于系统中使用的传感器/
组件的规格列表：
• 激励频率
• 激励源电压
• 管径
• 换能器（或反射器）之间的距离
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9.2.2.2.1 法规和精度
如果流量计用于住宅应用，则流量计的设计必须符合要求的标准。例如，根据国际法定度量衡组织 (OIML) 的规
定，水表的计量要求由Q1、Q2、Q3 和Q4 的值定义，如表9-3 所述。
表9-3. OIML 规定的流量区
流量区
说明
Q1
流量计在最大允许误差范围内可以正常工作的最低流量。
常用流量和最小流量之间的流量，该流量将流量范围分为两个区，即高流量区和低流量区，每
个区都有其特定的最大允许误差。
Q2
Q3
Q4
在额定工作条件下流量计可以在最大允许误差范围内工作的最高流量。
流量计在最大允许误差范围内能够短时间运行，同时流量计随后在额定工作条件下运行时保持
流量计计量性能的最高流量。
水表会标明m3/h 为单位的Q3 数值和Q3/Q1 比率。Q3 的值和Q3/Q1 比率选自OIML 标准中提供的列表。
水表的设计和制造必须使其误差不超过标准中定义的最大允许误差 (MPE)。例如，在 OIML 标准中，水表需要根
据要求被指定为精度等级1 或精度等级2。
对于1 级水表，高流量区(Q2 ≤Q ≤Q4) 的最大允许误差在0.1°C 至30°C 的温度下为±1%，在大于30°C 的温
度下为±2%。无论温度范围如何，低流量区(Q1 ≤Q < Q2) 的最大允许误差都为±3%。
对于2 级水表，高流量区(Q2 ≤Q ≤Q4) 的最大允许误差在0.1°C 至30°C 的温度下为±2%，在大于30°C 的温
度下为±3%。无论温度范围如何，低流量区(Q1 ≤Q < Q2) 的最大允许误差都为±5%。
标准中规定的流量计精度决定了用于驱动超声波换能器、接收器路径中的电路和时间测量子电路的电子设备所需
的精度。低流量所需的严格精度要求超声波流量计中使用的发送器和接收器电路中的信号链具有非常低的噪声，
并且能够测量皮秒级时间间隔。
9.2.2.2.2 超声波流量计中的渡越时间
渡越时间式超声波流量计根据以下原理工作：运动流体中的声波在流动方向上（顺流）传播得较快，在与流动方
向相反的方向上（逆流）传播得较慢。
系统至少需要两个换能器。第一个换能器在逆流周期中用作发送器，在顺流周期中用作接收器，第二个换能器在
逆流周期中用作接收器，在顺流周期中用作发送器。超声波流量计通过在一对换能器之间交替运行发送周期和接
收周期并准确测量两个方向的飞行时间来工作。
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Trigger
START
Echo Pulse from
Transducer 2
Transducer B
TX1/RX2
Echo Pulse from
Transducer 1
Transducer A
TX2/RX1
STOP
Upstream
tBA
Downstream
tAB
图9-8. 逆流/顺流发送脉冲和接收脉冲之间的关系
在该示例中，逆流TOF 定义为：
H
P$#
=
:
;
? F R
(8)
其中
• l 是两个换能器之间的路径长度，单位为米(m)
• c 是水中的声速，单位为米/秒(m/s)
• v 是管道中的水流速度，单位为米/秒(m/s)
在该示例中，顺流TOF 定义为：
H
P#$
=
:
;
? + R
(9)
其中
• l 是两个换能器之间的路径长度，单位为米(m)
• c 是水中的声速，单位为米/秒(m/s)
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• v 是管道中的水流速度，单位为米/秒(m/s)
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TOF 差定义为：
¿61( = P$# F P#$
(10)
其中
• tBA 是换能器B 到换能器A 的逆流TOF，单位为秒(s)
• tAB 是换能器A 到换能器B 的顺流TOF，单位为秒(s)
在计算飞行时间差(ΔTOF) 之后，可以使用以下公式将管道中的水流速度与ΔTOF 相关联：
¿61( × ?2
R =
2 × H
(11)
其中
• c 是水中的声速，单位为米/秒(m/s)
• l 是两个换能器之间的路径长度，单位为米(m)
最后，质量流速的计算公式如下所示：
3 = G × R × #
(12)
其中
• k 是流量计常数
• v 是管道中的水流速度，单位为米/秒(m/s)
• A 是管道的横截面积，单位为平方米(m2)
9.2.2.2.3 ΔTOF 精度要求计算
根据表9-2 中的最小质量流量要求和精度要求，可按照以下方法来计算所需的ΔTOF 精度：
1. 将质量流量转换为m3/s：
1 D
3
p = 4.167T10F6 I3/O
:
;
3 = 0.015 I /D l
3600 O
2. 假设k = 1，计算流速：
3
4.167T10F6 I3/O
R =
=
= 0.0236 I/O
2
G#
0.015 I
è @
A
2
3. 计算给定声速下的ΔTOF。在该示例中，假设声速c = 1400m/s：
2 × H × R (2)(0.06 I)(0.0236 I/O)
¿61( =
=
= 1.445 JO
2
?
1400 I/O2
4. 根据最小流量的5% 精度要求，可得出ΔTOF 精度为：
;:
: ;
= 0.05 1.445 JO = 72.25 LO
¿61(
ANNKN
因此，该系统需要能够测量低流量状态的高精度计时器/秒表。
9.2.2.2.4 操作
TDC1000-Q1 用于驱动发送器，对接收的信号进行放大和滤波并调节回波，以生成 START 和 STOP 脉冲。
TDC7200 ps 级精度计时器用于测量 TDC1000-Q1 产生的 START 脉冲上升沿和 STOP 脉冲上升沿之间的时间间
隔。
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微控制器应首先为测量配置 TDC7200 和 TDC1000-Q1。当微控制器通过 SPI 接口向 TDC7200 发出启动命令
时，TDC7200 向 TDC1000-Q1 的 TRIGGER 引脚发送一个触发脉冲。当 TDC1000-Q1 驱动发送换能器时，
START 引脚上会产生一个同步 START 脉冲，该脉冲命令 TDC7200 启动计数器。当接收换能器接收到有效的回
波脉冲时，TDC1000-Q1 会在 STOP 引脚上生成一个 STOP 脉冲，该脉冲命令 TDC7200 停止计数器。该过程会
针对逆流和顺流周期进行重复。
可以执行温度测量，结果可用于校正声速对温度的依赖性。
9.2.2.3 应用曲线
以下各图显示了在室温下零流量条件下收集的数据以及使用这些数据创建的直方图。已应用简单的偏移校准，其
中从数据中减去数据的总体平均值。
0.4
Raw calibrated data
10x running average
0.3
0.2
0.1
0
-0.1
-0.2
-0.3
-0.4
0
1000
2000
3000
Samples (n)
4000
5000
6000
图9-9. 经校准的原始和平均增量飞行时间数据
1800
1600
s = 82 ps
s = 31 ps
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
04
10
16
22
28
01
03
05
07
09
0.
0.
0.
0.
0.
0.
0.
0.
0.
0.
Delta-t0i.m02e-of-flight (ns)
Delta-t0i.m01e-of-flight (ns)
-0.26
-0.20
-0.14
-0.08
-0.09
-0.07
-0.05
-0.03
图9-10. 原始校准数据直方图
图9-11. 10 倍运行平均数据直方图
9.3 电源相关建议
TDC1000-Q1 的模拟电路设计为由介于 2.7V 和 5.5V 之间的输入电源电压供电。TI 建议在尽可能靠近 VDD 引脚
的位置放置一个 100nF 的接地陶瓷旁路电容器。此外，建议使用容值大于 1µF 的电解电容器或钽电容器。大容量
电容器不需要靠近TDC1000-Q1，可以靠近电压源端子或位于为TDC1000-Q1 供电的稳压器的输出端。
TDC1000-Q1 的 IO 电路设计为由介于 1.8V 和 5.5V 之间的输入电源电压供电。IO 电源电压 (VIO) 可以低于模拟
电压电源 (VDD)，但 IO 电压不应超过模拟电压。TI 还建议在尽可能靠近 VIO 引脚的位置放置一个 100nF 的接地
陶瓷旁路电容器。如果为 VIO 使用单独的电源或稳压器，则建议使用一个容值大于1µF 的附加电解电容器或钽电
容器。
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在某些情况下，额外的10µF 旁路电容器可能会进一步降低电源噪声。
9.4 布局
9.4.1 布局指南
• 在4 层电路板设计中，建议的层堆叠顺序从上到下为：信号、接地、电源和信号。
• 旁路电容器应放置在靠近VDD 和VIO 引脚的位置。
• 应匹配从DUT 到秒表/MCU 的START 和STOP 引线的长度，以防止信号延迟不一致。此外，避免在这些引
线上使用不必要的过孔，并使布线尽可能短/直，以尽可能地减小PCB 上的寄生电容。
• 匹配从DUT 到换能器的TX 对的长度，以防止从一个通道方向到另一个通道方向的信号延迟不一致。
• 匹配从换能器到DUT 的RX 对的长度，以防止从一个通道方向到另一个通道方向的信号延迟不一致。
• 匹配通向RTD 传感器的引线的长度（或电阻）布线长度。PCB 串联电阻将以串联方式添加到RTD 传感器。
• 在排布各条SPI 信号引线时使其靠在一起。在SDO 的源处放置一个串联电阻器（靠近DUT），在SDI、
SCLK 和CSB 的源处放置串联电阻器（靠近SPI MCU）。
9.4.2 布局布线示例
Matched TX pair length to transducers
Matched RX pair length from transducers
VIA to Ground Plane
VIA to Bo om or Internal Layer
Top Layer
GND
GND
Bo om Layer
RX1
RX2
1
TX1
TX2
GND
System Clock
VCOM
GND
CLKIN
VDD
VDD
VIO
GND
LNAOUT
PGAIN
RTD1
PGAOUT
COMPIN
SDO
SDI
To RTDs: Match trace
length (resistance)
RTD1
RTD2
SPI MCU
CSB
SCLK
RESET
RREF
GND
CHSEL
ERRB
START
STOP
RTD2
MCU
I/Os
Trigger:stop
watch/MCU
TRIGGER
EN
GND
Matched
trace
length to
stopwatch
/MCU
MCU
I/Os
图9-12. TDC1000-Q1 电路板布局布线（电容反馈模式）
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10 器件和文档支持
10.1 器件支持
10.1.1 开发支持
相关开发支持请参阅以下资源：
• 汽车超声波液位/质量测量参考设计
10.2 接收文档更新通知
要接收文档更新通知，请导航至 ti.com 上的器件产品文件夹。点击订阅更新 进行注册，即可每周接收产品信息更
改摘要。有关更改的详细信息，请查看任何已修订文档中包含的修订历史记录。
10.3 支持资源
TI E2E™ 支持论坛是工程师的重要参考资料，可直接从专家获得快速、经过验证的解答和设计帮助。搜索现有解
答或提出自己的问题可获得所需的快速设计帮助。
链接的内容由各个贡献者“按原样”提供。这些内容并不构成 TI 技术规范，并且不一定反映 TI 的观点；请参阅
TI 的《使用条款》。
10.4 商标
TI E2E™ is a trademark of Texas Instruments.
所有商标均为其各自所有者的财产。
10.5 静电放电警告
静电放电(ESD) 会损坏这个集成电路。德州仪器(TI) 建议通过适当的预防措施处理所有集成电路。如果不遵守正确的处理
和安装程序，可能会损坏集成电路。
ESD 的损坏小至导致微小的性能降级，大至整个器件故障。精密的集成电路可能更容易受到损坏，这是因为非常细微的参
数更改都可能会导致器件与其发布的规格不相符。
10.6 术语表
TI 术语表
本术语表列出并解释了术语、首字母缩略词和定义。
11 机械、封装和可订购信息
下述页面包含机械、封装和订购信息。这些信息是指定器件可用的最新数据。数据如有变更，恕不另行通知，且
不会对此文档进行修订。有关此数据表的浏览器版本，请查阅左侧的导航栏。
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PACKAGE OPTION ADDENDUM
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1-Feb-2023
PACKAGING INFORMATION
Orderable Device
Status Package Type Package Pins Package
Eco Plan
Lead finish/
Ball material
MSL Peak Temp
Op Temp (°C)
Device Marking
Samples
Drawing
Qty
(1)
(2)
(3)
(4/5)
(6)
TDC1000QPWQ1
TDC1000QPWRQ1
ACTIVE
TSSOP
TSSOP
PW
28
28
48
RoHS & Green
SN
Level-1-260C-UNLIM
Level-1-260C-UNLIM
-40 to 125
-40 to 125
TDC1000
PWQ1
Samples
Samples
ACTIVE
PW
2500 RoHS & Green
SN
TDC1000
PWQ1
(1) The marketing status values are defined as follows:
ACTIVE: Product device recommended for new designs.
LIFEBUY: TI has announced that the device will be discontinued, and a lifetime-buy period is in effect.
NRND: Not recommended for new designs. Device is in production to support existing customers, but TI does not recommend using this part in a new design.
PREVIEW: Device has been announced but is not in production. Samples may or may not be available.
OBSOLETE: TI has discontinued the production of the device.
(2) RoHS: TI defines "RoHS" to mean semiconductor products that are compliant with the current EU RoHS requirements for all 10 RoHS substances, including the requirement that RoHS substance
do not exceed 0.1% by weight in homogeneous materials. Where designed to be soldered at high temperatures, "RoHS" products are suitable for use in specified lead-free processes. TI may
reference these types of products as "Pb-Free".
RoHS Exempt: TI defines "RoHS Exempt" to mean products that contain lead but are compliant with EU RoHS pursuant to a specific EU RoHS exemption.
Green: TI defines "Green" to mean the content of Chlorine (Cl) and Bromine (Br) based flame retardants meet JS709B low halogen requirements of <=1000ppm threshold. Antimony trioxide based
flame retardants must also meet the <=1000ppm threshold requirement.
(3) MSL, Peak Temp. - The Moisture Sensitivity Level rating according to the JEDEC industry standard classifications, and peak solder temperature.
(4) There may be additional marking, which relates to the logo, the lot trace code information, or the environmental category on the device.
(5) Multiple Device Markings will be inside parentheses. Only one Device Marking contained in parentheses and separated by a "~" will appear on a device. If a line is indented then it is a continuation
of the previous line and the two combined represent the entire Device Marking for that device.
(6)
Lead finish/Ball material - Orderable Devices may have multiple material finish options. Finish options are separated by a vertical ruled line. Lead finish/Ball material values may wrap to two
lines if the finish value exceeds the maximum column width.
Important Information and Disclaimer:The information provided on this page represents TI's knowledge and belief as of the date that it is provided. TI bases its knowledge and belief on information
provided by third parties, and makes no representation or warranty as to the accuracy of such information. Efforts are underway to better integrate information from third parties. TI has taken and
continues to take reasonable steps to provide representative and accurate information but may not have conducted destructive testing or chemical analysis on incoming materials and chemicals.
TI and TI suppliers consider certain information to be proprietary, and thus CAS numbers and other limited information may not be available for release.
In no event shall TI's liability arising out of such information exceed the total purchase price of the TI part(s) at issue in this document sold by TI to Customer on an annual basis.
Addendum-Page 1
PACKAGE OPTION ADDENDUM
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OTHER QUALIFIED VERSIONS OF TDC1000-Q1 :
Catalog : TDC1000
•
NOTE: Qualified Version Definitions:
Catalog - TI's standard catalog product
•
Addendum-Page 2
重要声明和免责声明
TI“按原样”提供技术和可靠性数据（包括数据表）、设计资源（包括参考设计）、应用或其他设计建议、网络工具、安全信息和其他资源，
不保证没有瑕疵且不做出任何明示或暗示的担保，包括但不限于对适销性、某特定用途方面的适用性或不侵犯任何第三方知识产权的暗示担
保。
这些资源可供使用 TI 产品进行设计的熟练开发人员使用。您将自行承担以下全部责任：(1) 针对您的应用选择合适的 TI 产品，(2) 设计、验
证并测试您的应用，(3) 确保您的应用满足相应标准以及任何其他功能安全、信息安全、监管或其他要求。
这些资源如有变更，恕不另行通知。TI 授权您仅可将这些资源用于研发本资源所述的 TI 产品的应用。严禁对这些资源进行其他复制或展示。
您无权使用任何其他 TI 知识产权或任何第三方知识产权。您应全额赔偿因在这些资源的使用中对 TI 及其代表造成的任何索赔、损害、成
本、损失和债务，TI 对此概不负责。
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TI 针对 TI 产品发布的适用的担保或担保免责声明。
TI 反对并拒绝您可能提出的任何其他或不同的条款。IMPORTANT NOTICE
邮寄地址：Texas Instruments, Post Office Box 655303, Dallas, Texas 75265
Copyright © 2023，德州仪器 (TI) 公司
相关型号：
TDC1000QPWRQ1
用于液位和浓度感应的汽车类超声波感应模拟前端 | PW | 28 | -40 to 125Warning: Undefined variable $rtag in /www/wwwroot/website_ic37/www.icpdf.com/pdf/pdf/index.php on line 217
-
TI
TDC1007C1F
ADC, Flash Method, 8-Bit, 1 Func, 1 Channel, Parallel, 8 Bits Access, Bipolar, LCC-68Warning: Undefined variable $rtag in /www/wwwroot/website_ic37/www.icpdf.com/pdf/pdf/index.php on line 217
-
FAIRCHILD
TDC1007J0A3
A/D ConverterWarning: Undefined variable $rtag in /www/wwwroot/website_ic37/www.icpdf.com/pdf/pdf/index.php on line 217
-
FAIRCHILD
TDC1007J1A3
A/D ConverterWarning: Undefined variable $rtag in /www/wwwroot/website_ic37/www.icpdf.com/pdf/pdf/index.php on line 217
-
FAIRCHILD
TDC1007J1C
ADC, Flash Method, 8-Bit, 1 Func, 1 Channel, Parallel, 8 Bits Access, Bipolar, PDIP64, DIP-64Warning: Undefined variable $rtag in /www/wwwroot/website_ic37/www.icpdf.com/pdf/pdf/index.php on line 217
-
FAIRCHILD
TDC1007J1C3
A/D ConverterWarning: Undefined variable $rtag in /www/wwwroot/website_ic37/www.icpdf.com/pdf/pdf/index.php on line 217
-
FAIRCHILD
TDC1007J1G
ADC, Flash Method, 8-Bit, 1 Func, 1 Channel, Parallel, 8 Bits Access, Bipolar, PDIP64, DIP-64Warning: Undefined variable $rtag in /www/wwwroot/website_ic37/www.icpdf.com/pdf/pdf/index.php on line 217
-
FAIRCHILD
TDC1007L1A
ADC, Flash Method, 8-Bit, 1 Func, 1 Channel, Parallel, 8 Bits Access, Bipolar, LCC-68Warning: Undefined variable $rtag in /www/wwwroot/website_ic37/www.icpdf.com/pdf/pdf/index.php on line 217
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FAIRCHILD
TDC1007L1F
ADC, Flash Method, 8-Bit, 1 Func, 1 Channel, Parallel, 8 Bits Access, Bipolar, LCC-68Warning: Undefined variable $rtag in /www/wwwroot/website_ic37/www.icpdf.com/pdf/pdf/index.php on line 217
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FAIRCHILD
TDC1011
TDC1011 Single Channel Ultrasonic Sensing Analog Front End (AFE) for Level Sensing,Concentration Sensing ApplicationsWarning: Undefined variable $rtag in /www/wwwroot/website_ic37/www.icpdf.com/pdf/pdf/index.php on line 217
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TI
TDC1011-Q1
TDC1011 Single Channel Ultrasonic Sensing Analog Front End (AFE) for Level Sensing,Concentration Sensing ApplicationsWarning: Undefined variable $rtag in /www/wwwroot/website_ic37/www.icpdf.com/pdf/pdf/index.php on line 217
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TI
TDC1011-Q1_15
TDC1011-Q1 Single Channel Ultrasonic Sensing Analog Front End (AFE) for Level Sensing, Concentration Sensing ApplicationsWarning: Undefined variable $rtag in /www/wwwroot/website_ic37/www.icpdf.com/pdf/pdf/index.php on line 217
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