基于CortexM3的TDC-GP22在智能超声波水表中的应用

下图4为世强开发的低功耗超声波滴水表方案的系统框图，主要由3个部分组成：换能器、TDC-GP22以及以Silicon Labs EFM32TG840Fxx为核心的控制电路部分。世强的方案具有如下特点和优势：1、量程比：1:125；2、平均功耗： 30 uA；3、始动流量： 2 L/h；4、单节3.6V锂电池可工作6+1年；5、接口输出：红外，M-BUS。

图4. 世强推出的低功耗超声波水表方案实物图和系统框图

其实，TDC-GP22已经具备了非常低的功耗特性，（静态电流：0.1uA@85℃；休眠电流：1uA（32K持续工作下）），但是当TDC-GP22遇到基于ARM CortexM3的超低功耗Silicon Labs EFM32TG840Fxx系列MCU，在功耗表现上就表现得更加完美了，这正是世强推出图4超声波水表方案最初的器件选择考量因素。

由于系统中控制器通常是耗电大户，所以要降低整个系统的功耗，超低功耗的MCU是必需的。EFM32系列MCU是Silicon Labs公司推出的超低功耗ARM，该系列产品只有现有8位、16位、32位MCU的四分之一功耗，并且具有丰富的外设接口。EFM32TG840是属于EFM32系列MCU中的 Tiny Gecko系列产品。

图5. Silicon Labs 公司EFM32TG840Fxx系列MCU的特点汇总

EFM32系列MCU在活动模式下执行来自Flash的实际代码时耗电量为150μA，在深度睡眠模式下为900nA，在shutoff模式下为20nA。芯片的休眠模式唤醒时间低于2μs，供电电压范围可达1.8～3.8V。

外设方面EFM32除了提供基本的AD模块、DA模块、模拟比较器、UART/SPI/IIC接口、外部总线接口等，还提供了特色的低功耗的外设，包括低功耗的UART和定时器。EFM32的独特的“peripheral reflex system(周边反射系统)”（PRS）可与标准的32 位ARM 总线并行，PRS 可使EFM32外设自主运行和交流，无需CPU干预，可延长CPU睡眠时间并节省大量能源。此外EFM32系列产品还集成了LCD控制器、RTC、LESENCE接口、AES模块等。

基于Cortex-M3内核的EFM32系列MCU产品，内核强大的运算能力减少MCU工作状态时间，150μA/MHz的超低运行功耗，配合EMF32独特的低功耗外设，超声波水表的电池8年不用更换将成为可能。同时EFM32系列MCU的高集成度，进一步降低客户的系统成本。

本文小结

TDC-GP22超声芯片的高集成度使得外围电路的设计更加简单，低功耗高性能的MCU极大延长了电池续航时间。加上世强可提供超声波水表的一站式解决方案（包括完整可行的软件、原理图、PCB示例、技术支持），无疑为水表企业更快地抢占创新先机做好了铺垫开发和上市。