深入剖析ICL7106、ICL7107、ICL7107S 3 1/2位A/D轉(zhuǎn)換器

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，A/D轉(zhuǎn)換器是實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部件。今天，我們將聚焦于Intersil的ICL7106、ICL7107和ICL7107S這三款高性能、低功耗的3 1/2位A/D轉(zhuǎn)換器，深入探討它們的特性、應(yīng)用及設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

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產(chǎn)品概述

ICL7106和ICL7107集成了七段解碼器、顯示驅(qū)動(dòng)器、參考源和時(shí)鐘等功能。其中，ICL7106專為液晶顯示器（LCD）設(shè)計(jì)，具備多路復(fù)用背板驅(qū)動(dòng)；而ICL7107則可直接驅(qū)動(dòng)儀器尺寸的發(fā)光二極管（LED）顯示器。ICL7107S則在穩(wěn)定性上有進(jìn)一步提升。它們以高精度、多功能和高經(jīng)濟(jì)性的特點(diǎn)，在眾多電子系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。

產(chǎn)品特性

高精度與穩(wěn)定性

• 零輸入讀數(shù)：在所有量程下，0V輸入時(shí)保證零讀數(shù)，且零點(diǎn)極性精確，便于精確零檢測(cè)。
• 低輸入電流：典型輸入電流僅1pA，有效減少測(cè)量誤差。
• 低噪聲：噪聲小于15μV（峰 - 峰值），確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。
• 低漂移：零讀數(shù)漂移小于1μV/°C，在不同溫度環(huán)境下仍能保持穩(wěn)定。

其他特性

• 真差分輸入和參考：適用于各種系統(tǒng)，在測(cè)量稱重傳感器、應(yīng)變計(jì)和其他橋式傳感器時(shí)具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。
• 片上時(shí)鐘和參考：無需額外的有源電路，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。
• 低功耗：典型功耗小于10mW，適合電池供電應(yīng)用。
• 增強(qiáng)的顯示穩(wěn)定性：確保顯示結(jié)果清晰、穩(wěn)定。
• 無鉛環(huán)保：符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)，滿足環(huán)保要求。

產(chǎn)品選型與訂購(gòu)信息

需要注意的是，“S”表示增強(qiáng)穩(wěn)定性；Pb - free PDIPs僅適用于通孔波峰焊工藝，不適用于回流焊工藝；對(duì)于濕度敏感度等級(jí)（MSL），可參考產(chǎn)品信息頁(yè)和技術(shù)簡(jiǎn)報(bào)TB363；卷軸規(guī)格詳情可參考TB347。

引腳配置

ICL7106、ICL7107和ICL7107S提供了PDIP和MQFP兩種封裝形式，不同封裝的引腳配置有所不同。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)具體的封裝形式和應(yīng)用需求，合理連接引腳，確保芯片正常工作。

電氣特性

絕對(duì)最大額定值

電氣規(guī)格

在室溫（TA = +25°C）、時(shí)鐘頻率為48kHz的條件下，對(duì)ICL7106和ICL7107進(jìn)行了多項(xiàng)電氣性能測(cè)試，包括系統(tǒng)性能、顯示驅(qū)動(dòng)等方面。例如，零輸入讀數(shù)在全量程為200mV時(shí)，讀數(shù)為±000.0；線性度在全量程為200mV或2V時(shí)，最大偏差不超過±1計(jì)數(shù)。具體的電氣規(guī)格參數(shù)可參考數(shù)據(jù)表。

工作原理與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

模擬部分

每個(gè)測(cè)量周期分為自動(dòng)歸零（A - Z）、信號(hào)積分（INT）和反積分（DE）三個(gè)階段。

• 自動(dòng)歸零階段：輸入高低端與引腳斷開，內(nèi)部短接到模擬公共端，參考電容充電到參考電壓，反饋回路閉合給自動(dòng)歸零電容充電，以補(bǔ)償緩沖放大器、積分器和比較器的失調(diào)電壓，輸入失調(diào)小于10μV。
• 信號(hào)積分階段：自動(dòng)歸零環(huán)路打開，內(nèi)部短接去除，內(nèi)部輸入高低端連接到外部引腳，對(duì)IN HI和IN LO之間的差分電壓進(jìn)行固定時(shí)間積分，可在較寬的共模范圍內(nèi)工作。
• 反積分階段：輸入低端內(nèi)部連接到模擬公共端，輸入高端連接到已充電的參考電容，芯片內(nèi)電路確保電容極性正確，使積分器輸出回到零，輸出回到零所需時(shí)間與輸入信號(hào)成正比，數(shù)字顯示讀數(shù)為 (DISPLAY COUNT =1000left(frac{V{I N}}{V{REF }}right)) 。

數(shù)字部分

ICL7106內(nèi)部通過6V齊納二極管和大P溝道源極跟隨器產(chǎn)生數(shù)字地，背板（BP）電壓切換時(shí)可吸收較大電容電流，BP頻率為時(shí)鐘頻率的1/800，段驅(qū)動(dòng)與BP同頻同幅，關(guān)斷時(shí)同相，導(dǎo)通時(shí)反相，段間直流電壓可忽略不計(jì)。ICL7107與ICL7106類似，但取消了穩(wěn)壓電源和背板驅(qū)動(dòng)，段驅(qū)動(dòng)電流從2mA提高到8mA，適用于儀器尺寸的共陽(yáng)極LED顯示器。

系統(tǒng)定時(shí)

可采用外部振蕩器連接到引腳40或R - C振蕩器（使用三個(gè)引腳）兩種基本時(shí)鐘配置。振蕩器頻率先除以4，再進(jìn)一步分頻形成三個(gè)轉(zhuǎn)換周期階段：信號(hào)積分（1000計(jì)數(shù)）、參考反積分（0 - 2000計(jì)數(shù)）和自動(dòng)歸零（1000 - 3000計(jì)數(shù)），完整測(cè)量周期為4000計(jì)數(shù)（16000個(gè)時(shí)鐘脈沖），與輸入電壓無關(guān)。為實(shí)現(xiàn)對(duì)60Hz或50Hz干擾的最大抑制，應(yīng)選擇合適的振蕩器頻率。

元件值選擇

積分電阻

緩沖放大器和積分器的A類輸出級(jí)靜態(tài)電流為100μA，可提供4μA驅(qū)動(dòng)電流且非線性極小。對(duì)于2V滿量程，470kΩ接近最佳值；對(duì)于200mV量程，47kΩ較為合適。

積分電容

應(yīng)選擇能提供最大電壓擺幅的電容，以確保容差累積不會(huì)使積分器飽和。對(duì)于ICL7106或ICL7107，使用模擬公共端作為參考時(shí)，+2V滿量程積分器擺幅較為合適；對(duì)于ICL7107，±5V電源且模擬公共端連接到電源地時(shí)，±3.5V至+4V擺幅為標(biāo)稱值。對(duì)于每秒三次讀數(shù)（48kHz時(shí)鐘），CINT的標(biāo)稱值分別為0.22μF和0.10μF。此外，積分電容應(yīng)具有低介質(zhì)吸收特性，以防止翻轉(zhuǎn)誤差，聚丙烯電容是不錯(cuò)的選擇。

自動(dòng)歸零電容

其大小對(duì)系統(tǒng)噪聲有一定影響。對(duì)于200mV滿量程，建議使用0.47μF電容；對(duì)于2V量程，0.047μF電容可提高過載恢復(fù)速度，且噪聲也能滿足要求。

參考電容

大多數(shù)應(yīng)用中，0.1μF電容效果良好。但在存在較大共模電壓且使用200mV量程時(shí)，需使用更大值的電容（如1μF）以防止翻轉(zhuǎn)誤差。

振蕩器元件

建議使用100kΩ電阻，電容值根據(jù)公式 (f=frac{0.45}{RC}) 選擇，對(duì)于48kHz時(shí)鐘（每秒三次讀數(shù)），C = 100pF。

參考電壓

產(chǎn)生滿量程輸出（2000計(jì)數(shù)）所需的模擬輸入為 (V{IN}=2 ~V{REF}) 。在許多應(yīng)用中，可根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的參考電壓，以簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)并提高性能。

典型應(yīng)用

ICL7106和ICL7107具有出色的通用性，可用于多種配置，如數(shù)字面板表、電池供電自動(dòng)量程數(shù)字電壓表、數(shù)字溫度計(jì)、AC - DC轉(zhuǎn)換器等。文檔中給出了多種典型應(yīng)用電路，包括使用內(nèi)部參考、外部帶隙參考、齊納二極管參考等不同情況，為工程師提供了豐富的設(shè)計(jì)參考。

總結(jié)

ICL7106、ICL7107和ICL7107S在3 1/2位A/D轉(zhuǎn)換領(lǐng)域展現(xiàn)出了卓越的性能。它們不僅具備高精度、低功耗、多功能等優(yōu)點(diǎn)，而且提供了豐富的應(yīng)用電路和詳細(xì)的設(shè)計(jì)指南。在實(shí)際應(yīng)用中，電子工程師們可以根據(jù)具體的需求和場(chǎng)景，合理選擇封裝形式、元件值，并參考典型應(yīng)用電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，以充分發(fā)揮這些芯片的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，在設(shè)計(jì)過程中，要注意遵循絕對(duì)最大額定值和電氣規(guī)格要求，避免因操作不當(dāng)而影響產(chǎn)品的可靠性和性能。你在使用這些A/D轉(zhuǎn)換器時(shí)，是否遇到過一些特殊的問題或挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。