学习笔记-时间数字转换芯片

学习笔记-时间数字转换芯片
1 简介
德国 acam 公司推出的高精度测时芯片TDC_GP22，为TDC-GP21的下一代升级产品。

综述
③ 4-线制SPI接口
③ 测量范围1当中最高可以测量每秒钟一百万次
③ I/O 电压 2.5 V 到 3.6 V
③ 核心电压 2.5 V 到 3.6 V
③ 温度范围– 40 °C 到 +125 °C
③ QFN 32 封装
测量范围 1
③ 双通道典型精度 90 ps
③ 单通道双精度 45 ps
③ 测量范围 3.5 ns (0 ns) 到2.5 µs
③ 20 ns 最小脉冲间隔, 最多接受4个脉冲
③ 在测量范围1中最高可达1百万次测量每秒
测量范围 2
③ 单通道典型90 ps分辨率
③ 双精度模式45ps,四精度模式 22 ps
③ 测量范围 500 ns 到 4 ms
③ 3-个脉冲测量能力,带有自动3个数据处理功能
2 方框原理图
3 通信
通信采用4线SPI，通信速率20MHz。

SCK上升沿刷新数据，下降沿读取。

4 引脚
使能引脚在信号前至少0ns，信号后至少3.0ns，方可时信号顺利通过。

芯片复位信号保持时间≥50ns。

复位信号撤销后，至少500ns后，可正常工作。

5 寄存器-写
tdc-reg.docx
6 寄存器-读
模式2结果读取，RES_X：结果寄存器读数，Tref：高速晶振周期，DIV_CLKHS，高速晶振分频系数。

7 命令
两条命令之间，需要片选信号拉高。

8 测量模式8.1 模式1
原理图
测量单元由一个START信号触发，由一个STOP信号停止。

基于环形振荡器与粗计数器的位置、计算START和STOP之间的时间间隔，测量范围达到20位。

最大测量时长2.4us。

计算耗时4.25us。

测试流程
a. Select measurement mode 1
MESSB2 = 0
DOUBLE_RES = 1
b. Select the reference clock
START_CLKHS，高速晶振连续或断续开启
DIV_CLKHS，高速晶振分频系数
待测时间>2T ref
c. Set the number of expected hits
HITIN1 and HITIN2，待测脉冲数，单通道最多4个
d. Select calibration
CALIBRATE = “1“，使能校准
NO_CAL_AUTO = “0“，自动执行校准
e. Define ALU data processing
HIT1 - HIT2，定义计算对象
f. Select input sensitivity
RFEDGE1 and RFEDGE2, 上升沿敏感或下降沿敏感，或二者都敏感
NEG_X，捕捉上升沿或下降沿
g. Interrupt behavior
EN_INT，配置中断源
8.2 模式2
原理图。

ＴＤＣ的高速单元并不测量整个时间间隔，仅仅测量从ＳＴＡＲＴ或ＳＴＯＰ信号到相邻的基准时钟上升沿之间的间隔时间（精确计数器）。

在两次精密测量之间，ＴＤＣ记下基准时钟的周期数（粗值计数器).
最大测量时长4ms。

仅stop1可用。

测试流程
a. Select measurement mode 2
MESSB2 = 1
b. Select the reference clock
START_CLKHS，高速晶振连续或断续开启
DIV_CLKHS，高速晶振分频系数
待测时间>2T ref
c. Set the number of expected hits
HITIN1 and HITIN2，待测脉冲数，channel 1最多3个stop，因start占一个
d. Select calibration
CALIBRATE = “1“，模式2强制使能校准
NO_CAL_AUTO = “0“，自动执行校准
e. Define ALU data processing
HIT1 - HIT2，定义计算对象
Reg1 = ’h21xxxx = Calculate 1st Stop Ch1-Start
Reg1 = ’h31xxxx = Calculate 2nd Stop Ch1-Start
Reg1 = ’h41xxxx = Calculate 3rd Stop Ch1-Start
f. Select input sensitivity
RFEDGE1 and RFEDGE2, 上升沿敏感或下降沿敏感，或二者都敏感
NEG_X，捕捉上升沿或下降沿
g. Interrupt behavior
EN_INT，配置中断源
初始化之后 TDC 单元接收到 Start 通道上的第一个脉冲后开始工作，直到:
③ 达到预先设置的采样数（在测量范围2 中通道 1 上最多能进行 3 次采样)
③ 或者遇到测量溢出后停止工作。

9 勘误
9.1 TDC-CAL read error without Quad resolution
当 GP22没有开启到4精度模式的时候，读出的TDC-CAL数值是错误的。

对于所有应用测量范围2的客户来说这个CAL仅是一个信息值，而且在测量范围2使用4精度模式是非常有必要，因此应用其它精度模式没有任何意义，用4精度模式是最推荐的。

9.2 Timeout Temperature Measurement
TCYCLE选512us时，SEL_TIMO_MB2 要选2ms。

9.3 Timeout and Pulse-width Measurement
收到中断后，需要发送INIT命令回应。

10 参考
TDC-GP22-Data
sheet.pdf。