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杭州瑞盟官网“转换器产品 > 特殊功能转换器 > TDC”栏目列有 MS10078 高精度八通道时间测量电路：四精度模式 LSB 10 ps，最大测量范围 16 μs，8 个 STOP 通道，SPI/QSPI 接口，QFN32 封装，可在官网申请样片并下载说明书。
查看产品资料依据
- 官网产品分类
- 杭州瑞盟 · MS10078 时间测量电路
- 产品来源
- relmon.com ↗
- 资料核查日期
- 2026-10-17
TDC 在电路里做什么
产品作用
TDC 是一颗计时芯片：外部电路在事件开始时给 START 脉冲，在回波或信号到达时给 STOP 脉冲，芯片测出两者之间的时间，经 SPI 等串口交给 MCU 或 FPGA。TI 把 TDC7200 描述为一块“秒表”，可测 START 到最多 5 个 STOP 之间的飞行时间，并可与 TDC1000 超声波模拟前端配套用于水表、燃气表和热量表[3]。杭州瑞盟的 MS10078 有 8 个 STOP 通道，应用列为激光测距、脉冲测量、ATE 测试设备和医疗设备[1][2]。TI 中文产品页称 TDC7200 为“时间数字转换器”，其参考设计介绍中也写作“时数转换器”[7]。
工作原理
单靠外部时钟计数，分辨率被限制在一个时钟周期；TDC 在芯片内用比时钟周期短得多的延迟单元或环形振荡器去细分时间。TDC7200 的测量模式 1 用内部环形振荡器加粗计数器完成从 START 到最后一个 STOP 的全部计数，TI 推荐用于 500 ns 以内的间隔；模式 2 只让环形振荡器测 START、STOP 到相邻时钟沿的零头，中间整段由外部时钟计数器计数，用于 250 ns 至 8 ms 的长间隔[3]。延迟单元的实际时长随温度和电源变化，TDC7200 因此用外部参考时钟做两点校准：先测 1 个时钟周期，再测设定的若干个周期，由两次计数算出当前的实际 LSB，再把 TIME 寄存器里的计数换算成时间[3]。
芯片内部的四块电路
下表四项在单颗 TDC 芯片里都集成在硅片内部，采购时买到的是整颗芯片；在 FPGA 里自己实现 TDC 时，这四块要用 FPGA 的进位链、触发器和查找表逐一搭出来[6]。
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| 部件 | 作用 | 材料与配置 |
|---|---|---|
| 延迟线 / 环形振荡器（细时间测量） | 把一个时钟周期内的零头时间再细分，决定单次测量的 LSB。TDC7200 用内部环形振荡器，典型 LSB 55 ps[3]；Sensors 2021 的 FPGA 方案用 192 个 CARRY4 延迟单元组成抽头延迟线，在 250 MHz 时钟下得到 22.2 ps LSB[6]。 | 芯片内集成的逻辑延迟单元；FPGA 方案使用 Xilinx Artix-7 XC7A200T 的 CARRY4 进位链[6]。 |
| 采样寄存器（触发器） | STOP 到达的瞬间把延迟线各级的状态锁存下来，形成一串“温度计码”。FPGA 方案在输入级用同步触发器，并按 SCSS 的方式对进位链输出采样[6]。 | 芯片或 FPGA 内的 D 触发器；该 FPGA 方案每个 TDC 通道占用 638 个触发器[6]。 |
| 编码器与校准表 | 把锁存的温度计码转换成二进制计数，再用校准结果折算成时间。FPGA 方案的组合编码器对一类输出数“1”、另一类数“0”，免去单独的气泡纠错逻辑，并用码密度测试在线生成码值到时间的查找表[6]；TDC7200 则用 CALIBRATION1/CALIBRATION2 两个寄存器的计数算出实际 LSB[3]。 | 片内组合逻辑与寄存器；FPGA 方案每通道 216 个 LUT、2.5 个块 RAM[6]。 |
| 控制逻辑、计数器与串口 | 管理 START/STOP 使能、溢出时间、粗计数与时钟计数、中断和数据读出。MS10078 内部框图包括时钟控制、控制寄存器、TDC、FIFO 和 SPI/QSPI 接口，FIFO 最多 5 级（仅 STOP1、STOP2）[2]；TDC7200 用粗计数器和时钟计数器的溢出设置结束超出上限的测量[3]。 | 片内数字电路；MS10078 另集成 1.8 V LDO，为模拟和数字内核供电[2]。 |
量程、LSB、σ、时钟与电流：四颗芯片的原厂数值
每一项都写明出自哪颗芯片和什么条件。MS10078 说明书为 V0.1（2026-06-18）预发布版，电气参数条件为 3.3 V、25 °C[2]；TDC7200 电气特性表条件为 25 °C、3.3 V[3]；TDC-GP22 换能器规格表条件为 3.0 V、结温 25 °C[5]。
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| 参数 | 资料与范围 | 选型含义 |
|---|---|---|
| 测量范围 | MS10078：最大 16 μs，START 到 STOP 最小测量时间可至 0 ns[2]。TDC7200：模式 1 为 12–500 ns，模式 2 为 250 ns–8 ms[3]。TDC7201：单独模式 1 为 12–2000 ns，两路组合使用时 0.25 ns–8 ms[4]。TDC-GP22：模式 1 规格表为 3.5 ns–2.4 μs，模式 2 为 700 ns–4 ms[5]。 | 先写出要测的最短和最长间隔，再看它落在哪个模式里；TDC7200 用模式 1 测 500 ns 以上的间隔时精度下降，TI 不推荐这样用[3]。 |
| 分辨率（LSB） | MS10078：单精度 40 ps、双精度 20 ps、四精度 10 ps[2]。TDC7200：单次测量 55 ps（典型）[3]。TDC-GP22：90 ps，双分辨率 45 ps，模式 2 四分辨率 22 ps（均为典型）[5]。 | LSB 是计数的最小步长，重复测量的离散程度看下一项标准偏差。 |
| 精度与标准偏差 | MS10078 标准偏差：单精度 17 ps（TOF 100 ns）/28 ps（1000 ns），双精度 12/22 ps，四精度 10/20 ps[2]。TDC7200 模式 2：标准偏差 35 ps（1 μs）、50 ps（100 μs），8 MHz 时钟下准确度 28 ps，TI 把准确度定义为扣除噪声后的系统误差[3]。TDC-GP22 模式 2 标准偏差 54 ps（2 μs）/70 ps（100 μs），四分辨率时 39/62 ps[5]。 | 比较不同芯片时按同一测量间隔取值：同一颗芯片，间隔越长标准偏差越大。 |
| 电源电压 | MS10078：IO 与 LDO 供电 2.7–3.6 V，数字与模拟内核 1.7–1.9 V，可由片内 1.8 V LDO 供给[2]。TDC7200：2–3.6 V[3]。TDC-GP22：内核与 IO 均为 2.5–3.6 V[5]。 | 电池供电的表计按电池放电末端电压选下限；MS10078 上电后 DVDD18OUT 在 100 μF 负载电容下需约 10 ms 稳定[2]。 |
| 工作电流（功耗） | MS10078：时间测量单元仅在测量时耗电 12 mA，4 MHz 晶振电流 430 μA（关闭时小于 1 μA）[2]。TDC7200：TDC 运行时 1.35 mA，关断 0.3 μA（典型）/2 μA（最大），首页特性另列 0.5 μA（每秒 2 次）[3]。TDC7201 两路合计运行电流 2.7 mA[4]。TDC-GP22：测量单元工作时 4 mA，每秒一次上下游飞行时间测量的平均工作电流 1.1 μA[5]。 | 峰值电流乘以每次测量的时长和每秒测量次数，才是平均功耗；电池表计按实际测量节奏估算。 |
| 工作温度 | TDC7200 与 TDC7201：−40～85 °C[3][4]。TDC-GP22：环境温度 −40～125 °C，结温最高 125 °C[5]。MS10078：极限参数表列工作温度 −40～125 °C[2]。 | TDC7200 的 TOF 随温度变化曲线在 −40、25、85 °C 下给出，高温环境下按校准方案留出余量[3]。 |
| 参考时钟频率 | TDC7200：外部参考时钟 1–16 MHz，标称 8 MHz；TI 实测 1 MHz 时标准偏差约 243 ps，推荐用 16 MHz 获得最佳性能[3]。MS10078：石英晶振 1–8 MHz（典型 4 MHz），XIN 外部时钟输入最高 50 MHz[2]。 | 参考时钟的精度会传到每一次校准里，TI 指出测量准确度在很大程度上取决于外部时钟精度[3]。 |
| 输出接口 | MS10078：SPI 或 QSPI，由 STYPE 引脚选择，串行时钟最高 50 MHz（2.7 V）/60 MHz（3.3 V）[2]。TDC7200：SPI，3.3 V 时 SCLK 20 MHz[3]。TDC-GP22：4 线 SPI，连续数据速率最高 500 kHz[5]。 | 通道多、测量频次高时，读数速度可能卡在串口上；MS10078 的 QSPI 用四根数据线并行传输[2]。 |
| 封装 | MS10078N：QFN32，5 mm × 5 mm，引脚间距 0.5 mm[2]。TDC7200：TSSOP-14，本体 5.00 mm × 4.40 mm[3]。TDC-GP22：QFN32[5]。 | MS10078 封装图给出底部焊盘 D2、E2 典型值 3.4 mm，钢网开口和返修按带底部焊盘的 QFN 安排[2]。 |
| 工作湿度（整机条件） | 上述芯片资料以温度、电压给定工作条件，湿度和凝露由所在整机的外壳与灌封设计决定。 | 户外激光测距模块或井下水表，按整机的湿度、凝露试验要求选择外壳和三防涂覆。 |
| 防护等级（整机条件） | TDC 是焊在电路板上的芯片，IP 等级属于装它的模块或表计外壳。 | 按整机安装场所提出 IP 要求，芯片这一级看温度范围和 ESD 等级；MS10078 HBM ESD 为 ±4000 V[2]，TDC-GP22 每个引脚大于 2 kV[5]。 |
| 包装与重量 | MS10078N：编带每卷 4000 颗，每箱 8 盒共 32000 颗[2]。TDC-GP22：编带 5000/3000 颗，托盘 490 颗[5]。 | 单颗芯片的重量对选型影响很小；批量订货时按卷或托盘的整包装数量下单。 |
规格书首页写“10 ps”，先看它是 LSB 还是标准偏差
TDC 规格书里通常有两个 ps 数字：LSB 是计数步长，标准偏差是对同一间隔反复测量时结果的离散程度。MS10078 在四精度模式下 LSB 为 10 ps，TOF 为 100 ns 时标准偏差同为 10 ps，TOF 增加到 1000 ns 时标准偏差变为 20 ps[2]。TDC7200 的 LSB 是 55 ps，模式 2 下 1 μs 间隔的标准偏差为 35 ps，100 μs 时为 50 ps[3]。
所以比较两颗芯片时，要把条件对齐：同样的测量间隔、同样的精度模式、同样的参考时钟。下表按各自规格表列出，测量间隔各不相同，横向比较时注意括号里的条件。
折算到激光测距，可按光速约 3×10⁸ m/s、往返距离除以 2 估算：10 ps 对应约 1.5 mm，16 μs 对应约 2.4 km，500 ns 对应约 75 m。这是时间窗换算出来的理论距离，实际测距能力还取决于激光器功率、接收前端和目标反射率。
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| 芯片（条件） | LSB | 标准偏差 | 最大测量范围 |
|---|---|---|---|
| 瑞盟 MS10078（3.3 V，25 °C）[2] | 40 / 20 / 10 ps（单/双/四精度） | 四精度：10 ps @100 ns，20 ps @1000 ns | 16 μs |
| TI TDC7200（3.3 V，25 °C）[3] | 55 ps | 模式 2：35 ps @1 μs，50 ps @100 μs | 8 ms（模式 2） |
| TI TDC7201（两路 TDC）[4] | 55 ps | 35 ps（首页特性） | 8 ms（模式 2 或组合使用） |
| ScioSense TDC-GP22（3.0 V，结温 25 °C）[5] | 90 / 45 / 22 ps | 模式 2 四分辨率：39 ps @2 μs，62 ps @100 μs | 4 ms（模式 2） |
短间隔、长间隔与多回波：看模式和 STOP 数
TI 的两颗芯片都把量程分成两段。TDC7200 模式 1 测 12–500 ns，模式 2 测 250 ns–8 ms，START 和 STOP 脉冲宽度都至少 10 ns，一个 START 后最多接 5 个 STOP[3]。TDC7201 内含两路 TDC，每路最多 5 个 STOP；把 START1、START2 接在一起并给一个公共参考 START，测两段时间再相减，最短间隔可做到 0.25 ns[4]。
激光测距常要区分多次回波。MS10078 有 8 个 STOP 通道，同一通道相邻脉冲间距最小 10 ns，回波没有按预期到达时仍能完成测量；STOP1、STOP2 带最多 5 级 FIFO，减少 MCU 响应中断的次数[2]。
超声波水表、热量表的测量间隔较长，并需要激励换能器和测水温。TDC-GP22 为此集成了最多 127 个脉冲的发射脉冲发生器、偏置可调 ±35 mV 的比较器和首波检测，温度单元可接 2 或 4 个 PT500/PT1000 传感器，模式 1 每秒最多 50 万次测量[5]。TI 则用 TDC7200 加 TDC1000 模拟前端组成超声波方案[3]。
参考时钟和测量节奏决定精度与电池寿命
TDC7200 的内部时基靠外部时钟校准，时钟在 ENABLE 为高时必须一直稳定存在。TI 给出的曲线是：1 MHz 参考时钟下标准偏差约 243 ps，时钟频率越高标准偏差越小，推荐用 16 MHz[3]。MS10078 的典型应用图接 4 MHz 无源晶振，也可改接 8 MHz 有源晶振[2]。
电流要分状态看。TDC7200 运行时 1.35 mA，只开时钟计数器时 71 μA，关断时 0.3 μA；它的自主多周期平均模式让主控在测量期间休眠，测完再用中断唤醒，适合电池供电的流量计[3]。TDC-GP22 测量单元工作时 4 mA，按每秒一次上下游测量算平均电流 1.1 μA，每 30 s 测一次温度的温度单元电流为 0.08 μA[5]。MS10078 的时间测量单元只在测量开启时消耗 12 mA，平均电流由每秒测量次数和单次测量时长决定[2]。
画板、上电和申请样片时要注意的事
MS10078 说明书对静电防护列了四条要求：操作人员通过防静电腕带接地，设备外壳接地，装配工具接地，用导体或抗静电材料包装和运输[2]。芯片在极限参数下长时间工作会影响可靠性，超过极限参数会造成永久损坏[2]。
上电时序同样要照规格书做。MS10078 硬件复位后至少等待 500 μs 才能操作寄存器[2]；TDC7200 的 ENABLE 引脚兼作全片复位，上电后必须给一个上升沿，并避免该引脚上出现毛刺，否则芯片会被复位[3]。
MS10078 的说明书标注为 Preliminary V0.1，瑞盟在免责声明里要求客户下单前获取最新版本资料[2]。申请样片或报价时，一次把下表的资料要齐。
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| 向供货方要的资料 | 用途 |
|---|---|
| 最新版规格书和勘误 | 确认预发布版参数是否已更新，尤其是标准偏差、温度范围和电流 |
| 目标测量间隔下的标准偏差与准确度 | 按自己的 TOF、精度模式和参考时钟取值，替代首页数字 |
| 推荐的时钟、晶振与校准设置 | 例如 TDC7200 的 CALIBRATION2_PERIODS 设置和时钟频率 |
| 评估板、参考设计和寄存器配置例程 | 缩短样机调试时间 |
| 封装图、钢网建议、湿敏等级和包装数量 | 安排 SMT 工艺和整卷订货 |
通道很多时，也可以在 FPGA 里搭 TDC
西班牙 IMSE-CNM 团队在 Sensors 2021 发表的方案，用 Xilinx Artix-7 的进位链做抽头延迟线，配“数 1 数 0”的组合编码器和码密度在线校准。250 MHz 时钟下报告 LSB 22.2 ps、单次精度 26.04 ps、死区时间 8 ns、测量范围 262.14 μs，单通道占 216 个 LUT、638 个触发器和 2.5 个块 RAM[6]。
这些数字属于该论文的实现和测试条件：功耗 164 mW（其中动态 33 mW）取自实现报告；30–75 °C 的温度试验中，RMS 精度随温度升高略有变差；论文摘要与表 4 对 DNL、INL 两组数值的标注互相颠倒，引用前以作者说明为准[6]。作者的目标场景是多通道直接飞行时间读出，并按资源占用估算该结构可扩展到 400 个通道、每通道 125 MSample/s，这一数字属于扩展性估算[6]。
关联的应用系统与部件
以下入口来自产品关系，用于继续查阅；具体机型的装配和兼容性仍需对应型号资料。
应用系统
关联部件
资料来源与适用范围
核对日期：2026-10-17。芯片参数取自 TI、ScioSense 和杭州瑞盟的原厂数据表，均为表中注明条件下的典型值；FPGA 实现数据来自同行评审论文，只对应论文所述的器件与测试条件。激光测距距离为按光速往返换算的估算值。
- 杭州瑞盟科技 — MS10078 高精度、八通道时间测量电路 产品页产品描述、主要特点（四精度 10 ps、16 μs、8 个 STOP、SPI/QSPI、5 级 FIFO）、样片申请与规格书下载入口；用于定义、FAQ。
- 杭州瑞盟科技 — MS10078 产品说明书 V0.1（2026-06-18，Preliminary）第 1 页特点与订购信息，第 5 页极限参数、ESD 注意事项与推荐工作条件，第 6–7 页电气参数（LSB、标准偏差、电流、LDO、时钟），第 8 页串口时序，第 11 页复位时序，第 12 页典型应用图，第 13 页 QFN32 封装，第 14 页包装，第 15 页免责声明；用于参数表、对比表和上板注意事项。
- Texas Instruments — TDC7200 Time-to-Digital Converter 数据表（SNAS647D，2016 年 3 月修订）特性、电气特性表（LSB 55 ps、准确度 28 ps、标准偏差、各状态电流）、时序要求、8.3.2 时钟（243 ps @1 MHz）、8.4.1 校准、8.4.2 测量模式 1/2；用于原理、部件、参数表和各节。
- Texas Instruments — TDC7201 Time-to-Digital Converter 数据表（SNAS686，2016 年 5 月）两路 TDC、单独模式与组合使用的量程（0.25 ns–8 ms）、组合使用接法脚注、运行电流 2.7 mA、温度范围；用于量程与模式一节和参数表。
- ScioSense（acam）— TDC-GP22 Ultrasonic-Flow-Converter 数据表1.1 特性（首波检测、发射脉冲、温度单元、SPI、QFN32）、1.3 订货信息、2.1 电气特性（推荐工作条件、DC 特性电流）、2.2 换能器规格表（LSB、标准偏差、测量范围）；用于对比表、超声波计量相关段落和参数表。
- Parsakordasiabi 等 — A Low-Resources TDC for Multi-Channel Direct ToF Readout Based on a 28-nm FPGA，Sensors 21(1):308（2021）Artix-7 抽头延迟线结构、编码器与码密度校准、LSB、单次精度、死区、量程、资源与功耗（表 3）、温度试验和 DNL/INL 标注差异；用于部件表和 FPGA 方案一节。
- 德州仪器 TI.com.cn — TDC7200 中文产品页中文产品名称“时间数字转换器”及参考设计介绍中的“时数转换器”叫法；用于定义中的名称说明。