瑞盟超声波TOF测量技术解决方案

一、超声波TOF测量技术原理

超声波飞行时间（TOF）技术通过计算超声波发射与回波接收的时间差，结合介质声速特性，实现液位、流量、浓度等参数的精准检测。其技术优势包括：

◆非接触式测量：适用于腐蚀性液体、高温高压等复杂工况。

◆高适应性：可穿透透明/半透明介质，适配多相流检测。

◆高性价比：相比激光或雷达方案，成本更低且易于集成。

典型应用场景：

液位检测：储罐液位监控、水库水文监测。

流量检测：管道内液体/气体流速测量。

浓度检测：溶液浓度分析（如糖度、酸碱度）。

二、瑞盟超声波TOF方案核心器件解析

1. 信号采集：SAR ADC与Σ-Δ ADC

瑞盟提供两类ADC芯片，覆盖高速与高精度需求：

◆SAR ADC系列：

MS5173M/MS5172M：12位分辨率，1MSPS采样率，低功耗设计，适用于快速动态信号采集。

MS5182N/MS5189N：16位分辨率，200kSPS采样率，支持差分输入，抗干扰性强。

型号及封装		输入通道/差分对	数字输出 采样/S	市场应用方向
MS5173M MSOP8	SAR ADC	1单	串行16bit 200kSPS	多通道系统监控 电池供电设备 医疗设备ECG、EKG 移动通信GPS 电力线监控、数据采集 地震数据采集系统 仪器仪表
MS5172M MSOP10	SAR ADC	1单	串行16bit 200kSPS
MS51582N QFN20	SAR ADC	4单/2伪差分	串行16bit 250kSPS
MS51589N QFN20	SAR ADC	8单/4伪差分	串行16bit 250kSPS
MS51588N QFN20	SAR ADC	8单/4伪差分	串行16bit 500kSPS
MS51688N QFN20	SAR ADC	8单/4伪差分	串行16bit 500kSPS

◆Σ-Δ ADC系列：

MS5146T/MS5147T/MS5148T：24位超高分辨率，内置PGA（可编程增益放大器），噪声低至1.5μV，适用于微弱信号检测（如低浓度溶液声速变化）。

型号及封装		模拟差分输入对	数字输出 采样/S	市场应用方向
MS5146T TSSOP16	Σ-Δ ADC	1	串行24bit  2kSPS	衡器应力检测 温度检测 仪器仪表 气体分析和血液分析
MS5147T TSSOP20	Σ-Δ ADC	2	串行24bit  2kSPS
MS5148T TSSOP28	Σ-Δ ADC	4	串行24bit  2kSPS
MS5192TA TSSOP16	Σ-Δ ADC	3	串行16bit  470SPS
MS5194T TSSOP24	Σ-Δ ADC	6	串行24bit  470SPS	热电偶和 RTD测量 衡器应力检测、仪器仪表 气体分析和血液分析 液相和气相色谱仪
MS5197T TSSOP16	Σ-Δ ADC	1	串行24bit  123SPS
MS5198T TSSOP16	Σ-Δ ADC	3	串行16bit  470SPS	热电偶和 RTD测量 衡器应力检测、仪器仪表 气体分析和血液分析 液相和气相色谱仪
MS5199T TSSOP16	Σ-Δ ADC	3	串行24bit  470SPS
MS5583N  QFN24	Σ-Δ ADC	2	串行32bit  4KSPS	能量检测/地震波检测 高精度仪器仪表

2. 时间数字转换器（TDC）：MS1030与MS5350

MS1030（兼容MS1022）是一款针对超声波流量高精度测量电路，它具有高精度，高稳定性，高效率的特点。它的测量精度15ps，测量范围500ns-4ms@4MHz。在第一波模式情况下，内部比较器的offset 可编程范围为±127mV，而且还另外增加了-128/124mV的比较偏置电压；单向测量回波最多达 8 个回波脉冲，内嵌顺逆流自动测量模式，测量完成后，顺流和逆流的 8 个回波脉冲值及 8 个回波脉冲的和均有独立的结果寄存器。该测量模式既提高精度，也大大降低了测量功耗。该电路的封装管脚和 MS1022完全兼容，客户在替换上非常便捷。

MS5350是一款高精度时间测量电路，它具有高精度，高稳定性，高效率的特点；它的测量精度高达15PS，测量范围在4MHz时从500nS到16mS，在第一波模式情况下，内部比较器的offset可编程范围为±127mV，而且还另外增加了±64mV 的比较偏置电压；测量最多 8 个回波脉冲，测量完成后 8 个回波脉冲值及 8 个回波脉冲的和均有独立的结果寄存器，该测量模式既提高精度，也大大降低了测量功耗。

型号

描 述

工作电压

静态电流

测量模式

测量 精度

测量范围

测量 脉冲

校准 系数

测温 端口

脉冲 端口

STOP 端口

封装

MS1030

超声波流量计量电路

2.5-3.6V

<1μA

测量2

15ps

500ns-4ms@4MHz

8个

不可读

4

2

2

QFN32

MS5350

超声波测距专用电路

2.5-3.6V

<1μA

测量2

15ps

500ns-16ms@4MHz

8个

不可读

2

2

2

QFN24

3. 模拟前端（AFE）：MS1000TA与MS1011TA

◆MS1000TA（同TDC1000）是一款超声波测量模拟前端芯片，广泛应用于汽车工业和消费类电子。该芯片具有高度的灵活性，发射脉冲个数、频率、增益及信号阈值均可配置。同时，接收通道参数也可以灵活配置，从而适用于不同尺寸容器、不同液体介质的测量。

MS1000TA有多种工作模式，从而最大化地降低功耗，所以它是低功耗流量计、距离测量等设备的理想选择。MS1000TA内置低噪声放大器，使其在低流量测量条件下，也可以实现非常低的噪声，从而保证皮秒级的分辨率和精确度。测量距离最大可达4毫秒×声速，发射通道支持单通道和双通道，频率范围31.25kHz到4MHz，最大可发射31个脉冲，接收通道：STOP信号的抖动50ps，内置低噪声运放与可编程的放大倍数运放，可通过外接滤波电路方式实现噪声滤波，比较器阈值可配置，双向/单端飞行时间测量可实现自动切换，可选择长距离测量模式或短距离测量模式，温度测量：可接PT1000/500两种RTD电阻。

◆MS1011TA是一款超声波测量模拟前端芯片，广泛应用于汽车工业和消费类电子。MS1011有多种工作模式，从而最大化地降低功耗，所以它是低功耗流量计等设备的理想选择。MS1011内置低噪声放大器，使其在低流量测量条件下，也可以实现非常低的噪声，从而保证皮秒级的分辨率和精确度。测量距离最大可达4毫秒×声速，发射通道支持单传感器应用，频率范围31.25kHz到4MHz，最大可发射31个脉冲，接收通道：STOP信号的抖动50ps，内置低噪声运放与可编程放大倍数的运放，可通过外接滤波电路方式实现噪声滤波，比较器阈值可配置，温度测量：可接PT1000/500两种RTD电阻。

型 号	描 述	结构	输入结构	接口	工作电压	工作 电流	封装
MS1000TA	超声波测量模拟前端，集成低噪声放大器， 可编程增益放大器，温度传感器	Amp+PGA+COMP	双通道输入	SPI	2.7V-5.5V	8mA	TSSOP28
MS1011TA	超声波测量模拟前端，集成低噪声放大器， 可编程增益放大器，温度传感器	Amp+PGA+COMP	单通道输入	SPI	2.7V-5.5V	8mA	TSSOP28

三、技术方案优势

全链路覆盖：从超声波发射驱动、信号调理到高精度时间/模数转换，提供完整芯片级支持。

灵活配置：SAR ADC与Σ-Δ ADC可选，满足不同场景的速度与精度平衡需求。

工业级可靠性：工作温度范围-40℃～125℃，符合工业设备严苛环境要求。

四、典型应用案例

案例1：化工储罐液位监测

◆方案设计：采用MS1000TA驱动40kHz超声波探头，MS5173M进行回波信号数字化，MS1030实现时间差测量。精度可达±1mm，支持液位超限报警功能。

案例2：管道气体流量测量

◆方案设计：使用MS1011TA调理多普勒效应信号，MS5148T进行24位高精度采样，结合MS5350计算流速。动态范围达100:1，适配大流量波动场景。

案例3：溶液浓度在线检测

◆方案设计：基于声速与浓度相关性，利用MS5189N采集超声波传播时间，通过算法反推浓度值。支持0.1%浓度分辨率，适用于食品加工与制药行业。

五、技术支持与采购渠道

杭州瑞盟科技有限公司授权代理商深圳市亿旸科技有限公司提供方案定制、样片申请与批量供应服务。

联系人：朱一帆  电话：[phone]  13714033198（微信同号） 邮箱：[e-mail]

结语

杭州瑞盟通过高性能ADC、TDC与AFE芯片的组合，为超声波TOF测量提供高性价比、高可靠性的解决方案，助力工业自动化与智能传感设备升级。

（注：文中技术参数来源于瑞盟科技官网及公开数据手册，实际设计需以官方技术文档为准。）

审核编辑 黄宇