摘要：针对当前膜式燃气表体积大、计量精度低、机械式传动产生噪音大和传动机构易老化等缺点，利用Maxim公司的气体流量系统级芯片MAX35104研究设计一款超声波燃气表。MAX35104用于超声波燃气表计量的模拟前端(AFE)，具有高精度的流量测量，支持热敏电阻和RTD等温度传感器，TOF测量功耗低至62Ua。采用此芯片作为流量计量的模拟前端和时差法计量原理设计的超声波燃气表能够有效的克服模式燃气表的缺点，实现全电子式流量计量。
关键词：超声波燃气表;MAX35104;模拟前端;时差法
0引言
传统的机械式膜腔燃气表结构复杂且体积较大，人工抄表方式极为不便，这些缺点使其发展应用受到了一定的阻碍[1]。电子式膜腔燃气表是在传统机械式的基础上进行半电子化改进，增加了电子计量功能、显示功能、预付费和远程抄表功能，实现了半电子化。但以上两种表计的核心计量方式均依靠表内机械机构，机械磨损造成的计量准确度的影响无法避免。超声波燃气表由于其全电子机构的特点，与以往的机械表相比在机械噪音、计量精度、量程、可重复性以及寿命、维护上都有着绝对优势[2]。超声波燃气表虽然诸多优点，但技术上难点较大，换能器发射的信号在气体中衰减严重，接收方无法有效的得到回波信号。MAX35104模拟前端解决方案内部模拟开关、可配置三级集成运算放大器、超低输入偏移比较器和自动差分飞行时间(TOF)测量法，不仅可以有效的解决信号衰减问题，而且实现了对气体流量的简化计算。
1MAX35104模拟前端介绍
1.1MAX35104特点
MaximMAX35104气体流量计SoC是设计用于超声波燃气表和医疗呼吸机市场的模拟前端解决方案。芯片具有以下特性：
(1)时间测量精度为700ps，测量范围至400us，并采用自动差分飞行时间(TOF)测量法，可简化对气体流量的计算;
(2)器件的功耗低，在飞行时间测量模式下最低为62uA，在占空比测温模式下为125nA;
(3)高精度温度测量，支持PT500、PT1000和热敏电阻等传感器;
(4)高度集成，内置时钟，最大程度减少了元件数并降低了BOM成本;
(5)2.3V至3.6V单电源供电;
(6)工作温度范围：-40℃至+85℃;1.2MAX35104功能引脚介绍MAX35104是一款高集成度的流量计量芯片，内置高压驱动电路、模拟开关、可配置三级集成运算放大器、超低输入偏移比较器以及高精度温度测量模块;另具有SPI通信接口，可与任意型号主控MCU实现命令交互。其内部结构框图及引脚图如下图1所示。其中TX_UPP、TX_UPN引脚和TX_DNP、TX_DNN引脚外部各连接一个超声波换能器，内部连接高压脉冲发射模块用于发射和接收超声波信号;T1和T2为温度测量引脚，外接PT1000等温度传感器;CMP_OUT/UP_DN引脚用于比较器输出或者指示顺逆流发射方向;SCK、DOUT、DIN和CE四个引脚为SPI通信接口。
2整体设计方案
一个完整的超声波燃气表包括换能器、MAX35104模拟前端、boost电路、显示电路、电源电路、无线通信电路和MCU主控电路等。整体结构如下图2所示。
