3. Разработка генератора стартового импульса

Так как питание у излучателя и всей остальной схемы раздельное, брать стартовый импульс с резистора в цепи запуска лазера не представляется возможным. Поэтому был разработан генератор стартового импульса который действует по принципу оптрона. Он состоит из линзы, корпуса, фотодиода КОФ137В и компаратора ADCMP600. Фотоприёмник располагается позади лазерного излучателя, как только лазер начинает светить часть излучения, отраженного от калиматора, попадает на фотодиод, и генерируется стартовый импульс. Электрическая схема генератора стартового импульса приведена на рисунке (Рисунок 12).

Рисунок 12 – Генератор стартового импульса

4. Разработка вычислительного блока

Так как по условиям технического задания запрещено использование ПЛИС схем. Необходимо было найти замену. В качестве вычислительной схемы был рассмотрен время-цифровой преобразователь TDC-GP22 фирмы производителя Acam, технические характеристики которого приведены в [18]. Это сравнительно дешевая микросхема (500 р. Против стоимости ПЛИС в 9600р.).

TDC-GP22 (Рисунок 13) – универсальный двухканальный время-цифровой преобразователь с последовательным интерфейсом, адаптированный для ультразвуковых расходомеров жидкости и теплосчётчиков, с интегрированной аналоговой секцией расходомера, модулем повышения динамики и диагностики пузырьков.

Рисунок 13 – Архитектура микросхемы TDC-GP22

Технические характеристики:

• 2 канала с типовым разрешением 90 пс

• Диапазон от 3,5 нс (0 нс) до 2,4 мкс

• 4-х проводный SPI интерфейс

• До 1 миллиона измерений в секунду в режиме 1

• Напряжение I/O от 2,5 В до 3,6 В

• Напряжение питания кристалла от 2,5 В до 3,6 В

• Температурный рабочий диапазон от – 40 °C до +125 °C

• Корпус 32-QFN (Рисунок 14)

Рисунок 14 – TDC-GP22 в корпусе 32-QFN

Описание всех входов/выходов микросхемы приведено в таблице (Таблица 3).

Таблица 3 – Описание входов/выходов микросхемы TDC-GP22

№	Название	Описание
1	XIN	Вход драйвера осциллятора
2	XOUT	Выход драйвера осциллятора
3	VIO	I/O– напряжение питания входов-выходов
4	GND	Земля
5	FIRE_UP	Выход 1 генератора запускающих импульсов
6	FIRE_DOWN	Выход 2 генератора запускающих импульсов
7	FIRE_IN	Сигнальный вход для квазиобзвона
8	INTN	Флаг прерывания
9	SSN	Выбор Slave
10	SCK	Частота последовательного интерфейса
11	SI	Вход данных последовательного интерфейса
12	SO	Выход данных последовательного интерфейса
13	RSTN	Вход сброса
14	VCC	Напряжение питания кристалла
15	CLK32OUT	Выход генератора импульсов 32 КГц
16	CLK32IN	Вход генератора импульсов 32 КГц
17	SENSET	Вход датчика измерения температуры
18	LOADT	Выход датчика измерения температуры
19	PT4	Порт 4 измерения температуры
20	PT3	Порт 3 измерения температуры
21	GND	Земля
22	VIO	I/O– напряжение питания шины входа-выхода
23	PT2	Порт 2 измерения температуры
24	PT1	Порт 1 измерения температуры
25	EN_STOP2	Вход разрешения импульса стопа 2
26	EN_STOP1	Вход разрешения импульса стопа 1
27	STOP2	Вход импульса стопа 2
28	GND	Земля
29	VCC	Напряжение питания кристалла
30	STOP1	Вход импульса стопа 1
31	START	Вход импульса старт
32	EN_START	Вход разрешения импульса старт

GP22 использует внутреннюю задержку распространения сигналов по вентилям для того, чтобы осуществлять измерение временных интервалов. Возможность максимального разрешения строго зависит от максимальной задержки распространения сигнала по вентилям. Задержка на одном вентиле равна 90 пс. Измерительный диапазон ограничен емкостью счетчика:

₍₁₈₎

Это даёт хорошее разрешение при измерении дальномером (90 пс – время за которое свет проходит 1.35 см). Максимальное расстояние которое может измерить микросхема теоретически составляет 354 метра. Это значение покрывает дальность фотоприёмника.

Схема включения микросхемы приведена на рисунке (Рисунок 15).

Рисунок 15 – Схема включения TDC-GP22

Так как для дальномера необходимо только время-цифровое преобразование, другие функции микросхемы, такие как блок измерения температуры, не были задействованы.

TDC-GP22 обладает 7 конфигурационными регистрами в 32 бита. Старшие 24 бита используются для конфигурации и работают только на запись. Они используются для запуска рабочего режима TDС-GP22. Содержание конфигурационных регистров приведена в приложении (ПРИЛОЖЕНИЕ A)

Чтение данных происходит следующим образом: Как только данные из регистра выхода будут доступны, устанавливается флаг прерывания и пользователь может считывать данные путём посылки команды-кода 10110000 со следующими 16-тью циклами тактов. Первый нарастающий фронт SCK осуществляет сброс на выводе INTN.