MS1005描述

MS1005是一款高精度时间测量(TDC)电路。与MS1002相比，MS1005具有更高的精度和更小的封装，因此适合高精度和小封装应用。

MS1005具有双通道和多脉冲采样能力，高速SPI通信和多种测量模式，适用于激光雷达和激光测距。

主要特点

双通道单精度模式60ps

单通道双精度模式30ps

未校准的测量范围为3.5纳秒至25微秒。

单精度校准的测量范围为3.5纳秒至16微秒

双精度校准的测量范围为3.5纳秒至4微秒

最小脉冲间隔20ns，两个通道最多可接收20个脉冲。

4线式SPI通信接口

工作电压2.5V至3.6V

工作温度为-40摄氏度至+125摄氏度

Qf20封装

app应用

激光雷达

激光测距

脉搏测量

包装图

引脚图

引脚描述图

内部框图

电气参数

功能描述

1.SPI接口

MS1005的SPI接口兼容4线SPI，需要一个SSN(SerialSelectNot)信号，所以不能在3线SPI接口下工作。

第一个SCK的上升沿将复位INTN引脚(中断引脚)状态。

传输从最高有效位(MSB)开始，以最低有效位(LSB)结束。传输是以字节为单位的。通过向SSN发送低-高-低电平，可以在每个字节后停止数据传输。

供电电压

为了获得最佳测量结果，良好的电源非常重要。电源应具有高电容和低电感。MS1005提供两对电源端口:VCC I/O电源电压和VDD内核电源电压。

的所有接地引脚都应连接到印刷电路板的接地层。而VCC和VDD应该由电池或固定的线性稳压器提供。不要使用开关调节器，以避免IO电压引起的干扰。

时间数字转换器能有好的测量效果，完全取决于好的电源。芯片主要测量脉冲电流，所以有足够的双通滤波器非常重要:VCC 47F(最小22F)和VDDD 100F(最小22F)。

电压由模拟调节器给出。我们建议不要使用开关电压调节。

时间测量

摘要

非校准模式的测量范围为3.5ns至25us(在两个停止通道之间测量0-25us)。

校准模式的单精度测量范围为3.5ns至16us(在两个停止通道之间测量0-16us)。

校准模式双精度测量范围为3.5ns至4us(0-4us在两个停止通道之间测量)。

单精度模式的典型精度为60 ps，两个停止通道是相对于起始通道的。

双精度模式的典型精度为30ps，只有stop1通道对应于起始通道。

内置特殊防抖技术，使测量时间高度准确。

脉冲之间的最小间隔为20纳秒。

可以同时采集两个停止通道，每个停止通道最多有10个脉冲。

每个停止通道可以通过上升沿或下降沿捕捉，或者同时通过上升沿和下降沿捕捉。

测量自动启动和停止脉冲之间的时间间隔，无需设置寄存器。

溢出时间可以任意设置，从而减少高速测量时的溢出等待时间。

在非校准模式下，您可以任意测量比预期更少的脉冲。

典型应用:激光测距、激光雷达、高精度时延测量。

高精度时间测量原理

数字TDC使用内部逻辑门延迟来高精度地测量时间间隔。下图说明了该绝对时间TDC的测量原理和结构。这种电路结构通过一种特殊的测量方法保证了信号通过逻辑门的时间可以非常精确。的最高测量精度完全取决于通过逻辑门的内部传播时间。

时间测量由开始信号触发。经过内部防抖处理后，TDC的门电路开始高速计数，直到stop信号产生记录的计数结果，达到STOP的预期脉冲数后停止计数。

在3.3V和25°C条件下，MS1005的单精度最低分辨率为60ps。温度和电压对门电路的传播延迟时间有很大影响。由温度和电压变化引起的误差通常通过校准来补偿。在校准过程中，TDC测量0.5和1.5个时钟周期，相减后得到一个时钟周期的TDC计数结果，即为校准值。测量范围受计数器大小限制，以下为非校准模式下的最大测量范围:tyy = 60ps x 442368 ≈ 25s。

每个输入可以单独设置为上升沿、下降沿，或者上升沿和下降沿可以同时触发和激活。触发沿可以通过设置寄存器的位8-10 (EG_START、NEG_STOP1、NEG_STOP2)和位0-1 (REFDGEx)来选择。

测量结束后，MS1005会自动将每个脉冲的测量结果按顺序写入相应的结果寄存器，无需设置寄存器操作。在计算结果的过程中，先计算STOP1通道的脉冲，再计算STOP2通道的脉冲。因此，使用单通道时，必须使用STOP1。

寄存器设置

主要设置有:

(1)选择要测量的预期脉冲数。

寄存器位31-28设置STOP2 = 0或2-b的预期脉冲数hit in 2 = 0；寄存器位27-24设置STOP1 = 2-b的期望脉冲数hitin1，不能设置为0；否则，无法开始测量。

(2)选择测量精度。

寄存器位18 DOUBLE _ RES = 1选择双精度模式，测量精度典型值为30ps，但只有一个停止通道可用。DOUBLE_RES = 0选择单精度模式，测量精度典型值为60ps。此时，两个停止通道都可用。

(3)校准选择

在非校准模式下，校准将关闭，寄存器bit 13 calibrate = 0；

(4)生成CAL值

在非校准模式下，您可以选择是否生成校准值。当寄存器位12 NO_CAL_AUTO=0时，产生一个CAL值；当NO_CAL_AUTO=1时，不产生校准值。

(5)溢出选择

在非校准模式下，寄存器位7 EN_SEL_TIMO=0的溢出时间关闭，溢出时间为TDC溢出。当EN_SEL_TIMO=1时，溢出时间开启，溢出时间与寄存器位23-22 SEL_TIMO的设置有关。

(6)选择输入触发模式。

您可以在每个输入端口(Start、Stop1、Stop2)的边沿设置寄存器的位8-10(NEG_X)的触发模式。当RFEDGE=0时，NEG_X=0的上升沿触发，NEG_X=1的下降沿触发。您也可以通过设置寄存器的位0&1 (refedge 1 & fedge2)选择STOP是由上升沿还是下降沿单独触发(RFEDGE=0)，还是由上升沿和下降沿同时触发(RFEDGE=1)。当RFEDGE=1时，位9-10的选择无效。

(7)中断

中断INTN引脚可以有不同的中断源，可以在寄存器的位4-6(EN_INT)中选择，并且可以选择非校准模式。

位6 = 1，位5 = 1；；

Reg位4 = 1 ALU就绪。

Reg位5 = 1的预期脉冲数已全部接收

寄存器位6 = 1测量时间溢出

测量过程

6.4校准时间测量

注:校准测量的最大测量范围是单精度16us，双精度4us。

6.4.1校准时间测量概述

校准时间测量，在高速振荡器开启时进行。测得的门延迟数和Tref门延迟数由ALU计算，并输出到结果寄存器。的输出结果是一个24位浮点数，高8位是整数位，低16位是小数位。校准模式下的最大测量范围为3.5NS-16US。在单精度模式下，两个停止通道可以同时测量，每个通道最多可以测量10个停止脉冲。在双精度模式下，只能使用STOP1通道。

在校准时间测量期间，有必要开启高速时钟(START_CLKHS=1)并开启校准(CALIBRATE=1)。当校准值关闭时(NO_CAL_AUTOCALIBRATE=1)，结果寄存器输出未校准值(请参考未校准部分)。当校准值开启时(NO_CAL_AUTOCALIBRATE=0)，结果寄存器输出校准值。

测量时间= RES _ x× tref× n，n = 1，2，4，8；

在校准时间测量中，溢出时间功能(EN_SEL_TIMO=1)必须开启，溢出时间通过溢出时间选择(SEL_TIMO)进行选择。这里的时间只与高速时钟有关，不受时钟分频(DIV_CLKHS)的影响。例如，当高速时钟为8MHz且SEL_TIMO=0时，溢出时间为250NS。

在校准模式下，测量的脉冲数必须大于或等于预期的脉冲数。当测得的脉冲数小于预期的脉冲数时，ALU将不进行计算，然后状态寄存器位14=1(时间溢出)。并且EN_ERR_VAL=1，则结果寄存器0输出全F..

寄存器设置

主要设置有:

(1)选择要测量的预期脉冲数。

寄存器位31-28设置STOP2 = 0或2-b的预期脉冲数hit in 2 = 0；

寄存器位27-24设置STOP1 = 2-b的期望脉冲数hitin1，不能设置为0；否则，无法开始测量。

(2)选择测量精度。

寄存器位18 DOUBLE _ RES = 1选择双精度模式，测量精度典型值为30ps，但只有一个停止通道可用。DOUBLE_RES = 0选择单精度模式，测量精度典型值为60ps。此时，两个停止通道都可用。

(3)校准选择

在校准模式下，高速晶振和校准必须开启，寄存器位13 CALIBRATE=1和位19 START_CLKHS=1。

(4)生成CAL值

在校准模式下，您必须选择生成校准值。当寄存器位12 NO_CAL_AUTO=0时，产生一个CAL值。

(5)溢出选择

在校准模式下，必须开启溢出，寄存器位7 EN_SEL_TIMO=1开启溢出时间，这与寄存器位23-22 SEL_TIMO的设置有关。

(6)选择输入触发模式。

您可以在每个输入端口(Start、Stop1、Stop2)的边沿设置寄存器的位8-10(NEG_X)的触发模式。当RFEDGE = 0时，NEG_X = 0的上升沿触发，NEG_X = 1的下降沿触发。通过设置寄存器的位0 & 1 (refedge 1 & fedge2)，还可以选择是单独触发STOP的下降沿(RFEDGE=0)，还是同时触发上升沿和下降沿(RFEDGE=1)。当RFEDGE=1时，位9-10的选择无效。

(7)中断

中断引脚int可以有不同的中断源，可以在寄存器的位4-6(EN_INT)中选择。由于Reg位5=1的中断输出最早，Reg位4=1的输出最晚，所以用户可以根据实际情况进行选择。

Reg位4 = 1 ALU就绪。

Reg位5 = 1的预期脉冲数已全部接收

寄存器位6 = 1测量时间溢出和TDC溢出

(8)高速时钟分频

由于校准测量时间小于2 ×Tref× DIV_CLKHS(Tref只与外部高速晶振有关，如果外部晶振为4M，Tref =250ns)，如果需要增加测量时间，需要在寄存器的位20-21(DIV_CLKHS)设置高速时钟分频，但2 ×Tref× DIV_CLKHS不能超出测量范围。

典型应用图