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ULD5121 发布时间 时间:2025/12/27 9:06:25 查看 阅读:10

ULD5121是一款由意法半导体(STMicroelectronics)推出的高性能、低功耗的超声波传感器信号调理专用集成电路(ASIC),专为工业和消费类超声波流量计应用而设计。该芯片集成了模拟前端(AFE)和数字信号处理功能,能够精确地测量超声波在流体中顺流和逆流传播的时间差,从而计算出流体的流速和流量。ULD5121支持多种工作模式,包括适用于小口径水表的低功耗脉冲回波模式和适用于大口径流量计的透射模式,具备高度集成度和灵活性,可显著简化系统设计并提高测量精度。该器件采用先进的CMOS工艺制造,具有良好的温度稳定性和抗干扰能力,适合在复杂电磁环境和宽温度范围内长期稳定运行。此外,ULD5121还内置了自诊断功能,可用于检测传感器故障或管道空管等异常情况,提升了系统的可靠性和安全性。

参数

工作电压:2.7V 至 5.5V
  工作电流:接收模式下典型值为1.5mA,待机模式下低于1μA
  工作频率范围:30kHz 至 200kHz
  时间测量分辨率:优于10ps
  时间差测量精度:±50ps 典型值
  接口类型:SPI/I2C 数字接口
  封装形式:QFN-32
  工作温度范围:-40°C 至 +85°C
  集成ADC分辨率:14位
  发射驱动电压:可编程至最高 ±12V(配合外部H桥)
  增益控制:可编程低噪声放大器(LNA),增益范围达60dB以上

特性

ULD5121具备高度集成的模拟前端与数字信号处理能力,使其在超声波流量测量中表现出卓越的性能。其内部集成了低噪声放大器(LNA)、可变增益放大器(VGA)、带通滤波器、高速比较器以及高精度时间数字转换器(TDC),能够实现对微弱超声波信号的高效捕捉与精确处理。该芯片采用先进的过零检测算法结合插值技术,可在复杂噪声环境下准确判定超声波信号的传播时间,确保时间差测量的高重复性和稳定性。其时间测量分辨率可达10皮秒以下,极大提升了小流量测量的灵敏度和动态范围。
  为了适应不同应用场景的需求,ULD5121支持多种工作模式配置。在脉冲回波模式下,适用于小口径民用水表,通过单个换能器完成发射与接收,降低系统成本;在透射模式下,则用于工业级大口径流量计,支持双通道独立操作,实现更高精度的双向时间差测量。芯片内置的可编程发射驱动控制器可调节激励脉冲的数量和极性,并配合外部H桥电路生成高压激励信号,有效激发超声波传感器。
  在功耗管理方面,ULD5121提供了多种低功耗状态,包括待机、睡眠和测量间歇模式,非常适合电池供电的智能水表应用,可实现长达十年以上的使用寿命。其数字接口支持SPI和I2C通信协议,便于与主控MCU进行数据交互,并可通过寄存器灵活配置各项参数。此外,芯片集成了丰富的自诊断功能,如信号强度监测、飞行时间合理性检查、空管检测和换能器开路/短路判断,能够在现场运行中及时发现故障并上报,增强系统的可靠性与维护便利性。

应用

ULD5121广泛应用于各类超声波流量测量设备中,尤其适用于智能水表、热量表、冷量表以及工业液体流量计等场景。在住宅和商业用智能水表中,该芯片凭借其高精度、低功耗和小体积优势,成为无磁电子式水表的核心解决方案,支持AMI(高级计量基础设施)系统的远程抄表与漏损监测功能。在区域供热和制冷系统中,它被用于构建高精度的超声波热量表,精确计量热能消耗,助力节能减排。此外,在工业过程控制领域,如化工、食品饮料和水处理等行业,ULD5121可用于非侵入式或插入式流量计,实现对导电与非导电液体的精准测量,不受介质电导率影响,避免传统电磁流量计的局限性。
  由于其出色的抗干扰能力和宽温工作特性,ULD5121也适用于恶劣环境下的长期部署,例如地下管网、户外安装或高温高湿场所。同时,该芯片支持双向流量测量和瞬时/累计流量计算,配合主控MCU可实现数据存储、通信上传和报警触发等功能,满足现代化智慧水务系统的智能化需求。随着物联网和智慧城市的发展,ULD5121正越来越多地集成于NB-IoT、LoRa等无线通信模组水表中,推动水资源管理向数字化、自动化方向演进。

替代型号

STM32L431RC

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