[参考译文] PGA460：应用问题

您好、Chun、

PGA460仅适用于空气耦合超声波测量。 这意味着、由于支持的传感器频率范围较低、为30k-80kHz 和180k-480kHz、因此声音传播的传输介质是专为空气而设计的。

我推荐使用 TDC1000、它专为液体耦合超声波测量而设计、因为它可以支持更高的传感器频率范围(31.25kHz 至4MHz)。 MHz 传感器范围最适合通过液体传输声波。 是的、温度可由 TDC1000通过 RTD 引脚进行监控。

另一个集成的替代方案是 MSP430FR6047、它显示了使用 MSP430FR6047超声波传感评估模块(EVM430-FR6047)进行超声波水流量计量的情况。

尊敬的 Akeem：

简单地说、如下所示、您需要测量水箱等液体的液位。

因此、即使是空气耦合产品、PGA460也似乎是可能的。

我们计划使用规格约为600V 的高压换能器。

您能通过参考下图来告诉我哪种产品更适合您吗？

尊敬的 Akeem：

感谢您的回答。

-超声波频率：约40KHz ~ 60kHz
-超声波换能器：Airmar 产品标准
-测量距离：约10 m (双线制产品的典型测量距离)
-测量方法：这是一种一般的非接触式液位变送器，通过测量从油箱中的空气介质到测量介质的距离来显示电流输出和测量距离。

 超声波应测量和补偿传感器内部的温度、因为传输速度会随箱中的温度和湿度而变化。 使用 PGA460进行设计时、应如何补偿温度？ 您能否提供解决方案？

谢谢。

您好、Chun、

如果您对 PGA460的2线制解决方案感兴趣、请参阅以下 E2E 讨论： e2e.ti.com/.../618668

正确的是、温度将改变声速、这是主要的环境因素。 求解作为温度函数的声速的公式如下：
SpeedOfSound (m/s)= 331m/s +[0.6m/s°C *温度(°C)]

PGA460提供了一个集成温度传感器来监控芯片温度。 但是、该温度传感器也可用于监测环境温度、如数据表的第7.3.11节"温度传感器和温度数据路径"中所述：
在不校准 TEMP_GAIN 和 TEMP_OFF 的情况下、可以使用公式8根据芯片温度读数近似计算环境温度：
TAMBIENT (°C)= TDIE -[ RθJA×(VPWR×IVPWR_RX_ONLY)]
其中
•RθJA (°C/W)是结至环境热阻96.1°C/W
•VPWR (V)是输入电压。
•IVPWR_RX_ONLY (mA)是仅监听模式12mA 期间 VPWR 引脚的电源电流。

获得飞行时间结果后，使用温度补偿声速值转换为距离：距离(m)=[speedOfSound (m/s )*timeOfFlight (s)]/2

空气中的声音衰减受相对湿度的影响。 干燥空气吸收的声能远高于湿空气。 这是因为潮湿空气比干燥空气的密度低(水蒸汽重量比空气轻)。 PGA460不包含板载湿度传感器、但考虑到与温度相比、湿度对声速的影响可以忽略不计。 下面是一篇有关湿度对声音速度的影响的相关文章、了解更多详细信息： sciencing.com/humidity-affect-speed-sound-22777.html

尊敬的 Akeem：

感谢您的回答。
但我仍然无法理解温度补偿。
我们将使用的传感器具有热耦合器。
我们知道您必须根据传感器的温度进行补偿。
我不知道如何连接该器件 PGA460。
您可以检查一下吗？

谢谢。

您好、Chun、

您能否提供所用换能器的特定器件型号？ 我不熟悉具有内置热耦合器的换能器。 大多数换能器仅为两引脚器件(正负端子)、如数据表"图136所示、将连接到变压器的次级引脚。 变压器驱动方法原理图"。

关于温度、需要注意的最重要的变量是声速的变化。 这与换能器的行为没有多大关系、而与速度在不同温度下通过空气传播的方式有更多关系。 如前所述、您需要知道温度才能正确地将飞行时间转换为距离。

某些换能器在整个温度范围内的行为也会有所不同、因此在整个温度范围内表征和优化换能器设置非常重要。 在某些情况下、添加或移除与传感器并联的调谐电容器将有助于校准匹配电路、使其超过特定温度(有关更多详细信息、请参阅 PGA460数据表中的"7.3.9.2温度解耦"部分)。

尊敬的 Akeem：

http://www.airmartechnology.com/uploads/AirPDF/ARK50THD.pdf

我们要使用的传感器是上面链接的规格。

您好、Chun、

是的、ARK50THD Airmar 换能器根据谐振频率和驱动电压要求与 PGA460兼容。

Airmar kΩ 的用于温度补偿的可选10 μ m 热敏电阻与传感器连接无关。 我假设机械外壳中会有额外的引线用于热敏电阻连接。 您需要与 Airmar 确认。

请注意、1kV 是该传感器的最大驱动电压。 您可能不需要将换能器驱动至1kV 以上即可满足性能要求。 如果需要1kV 电压、请考虑以下因素：

接收器电流将受到 CINP 电容的限制。 阻抗由该电容器根据 PGA460数据表中的公式4进行设置：

因此、最大电流将是在此阻抗上突发期间看到的电压。 该电流最大值应为~15mA。 因此、对于1kV、在80kHz、33pF CINP 时的电流将~16.58mA。 与100Vpp 相比、1kVpp 时、CINP 应减少 x10。

尊敬的 Akeem：

我们所关心的是温度变化部件。
您可能需要根据传感器的温度调整输出。
这样做的原因是、如果根据容器内部的温度测量10m、则可能会导致偏差。
我可以调节 PGA460输出的增益吗？ 在数据表中、似乎可以调整 INP 的增益、但输出的增益似乎失控。
然后、我们需要使用变压器并单独设计变压器的电源以补偿温度。
我们还将查看 PGA450产品。 我们确认 PGA450产品具有内置稳压器。
我想知道哪款 PGA450或 PGA460更适合水箱等解决方案。
或者、我想确保有一个芯片用于另一个更合适的部件。

谢谢。

您好、Chun、

PGA460驱动器输出强度可使用比 PGA450更宽的等效范围和精度进行控制。 尽管变压器的中心抽头电压是固定的、但 OUTA 和 OUTB 灌电流引脚的内部预设驱动器电流限制相当于不断变化的中心抽头电压。 PGA460的驱动器电流限值可在以7mA 为增量的50-491mA 范围内设置、总共有64种不同的组合。 当驱动器电流限值达到491mA 的最大值时、8V 的中心抽头电压和1：1：10的变压器匝数比(例如)将在传感器上产生160Vpp。 在50mA 和相同的中心抽头和匝数比下、传感器只能生成40Vpp。

您可以将驱动器电流限制视为传感器驱动器电压的峰峰值(音量)旋钮。 因此、如果您希望获得次级侧的最大激励电压、请将驱动器电流设置为491mA。 对于匝数比为1：1：10的典型中心抽头变压器和8V 的中心抽头电压、您应该会看到160Vpp (+/- 80V)的电压。 假设您的传感器的额定电压仅为80Vpp、或者您希望根据温度补偿驱动强度：使用相同的中心抽头电压、您可以将驱动器电流限制降至200mA、例如、生成~80Vpp 的次级电压。 请参阅 PGA460超声波模块硬件和软件优化应用手册第4.3节电流限制、了解峰值驱动强度如何受到影响。 您将注意到、50-500mA 的上升不是线性的；相反、它具有更多的对数、其中峰间初始变化显著(50~200mA)、但最终会饱和至接近更大的电流限值(400~500mA)。 您需要对驱动器电流限制进行实验、以根据中心抽头电压和脉冲计数找到最佳设置。

我不推荐使用 PGA450。 PGA450的 VREG 仅在0.1V 增量下提供4.7V 至8.4V 的16个选项。 此外、VPWR 必须至少比选定的 VREG 电压高2V。 PGA450驱动器的最大缺点是没有初级侧低侧电流限制、瞬态电流可高达1~3A。 大多数换能器会以~500mA 的初级灌电流饱和、因此其余能量会作为变压器上的热量耗散/浪费。 因此、我们在 PGA460上将驱动器电流限制最大值设置为500mA、并将电流限制功能的步进分辨率提高了四倍、以实现精密驱动器控制。