深入解析Intersil ICL7106/7107系列3 1/2位A/D轉(zhuǎn)換器

在電子測量與顯示領(lǐng)域，A/D轉(zhuǎn)換器扮演著至關(guān)重要的角色。Intersil的ICL7106、ICL7107、ICL7106S和ICL7107S系列3 1/2位A/D轉(zhuǎn)換器，憑借其高性能、低功耗等特性，成為眾多工程師的首選。今天，我們就來深入了解一下這些轉(zhuǎn)換器。

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一、產(chǎn)品概述

ICL7106和ICL7107是高性能、低功耗的3 1/2位A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部集成了七段譯碼器、顯示驅(qū)動器、參考源和時鐘。其中，ICL7106適用于液晶顯示（LCD），具備多路復(fù)用背板驅(qū)動；ICL7107則可直接驅(qū)動儀器尺寸的發(fā)光二極管（LED）顯示。

二、產(chǎn)品特性

2.1 精準(zhǔn)測量特性

• 零輸入讀數(shù)精準(zhǔn)：在所有量程下，0V輸入時保證零讀數(shù)，真正的零極性便于精確零位檢測。
• 低輸入電流：典型輸入電流僅1pA，對測量電路的影響極小。
• 低噪聲：噪聲小于15μVP - P，有效減少測量誤差。

2.2 電路設(shè)計優(yōu)勢

• 真差分輸入與參考：在測量各種傳感器信號時具有獨特優(yōu)勢，尤其適用于測量稱重傳感器、應(yīng)變計等橋型傳感器。
• 片上時鐘與參考：減少外部元件，簡化電路設(shè)計。
• 低功耗：典型功耗小于10mW，適合電池供電設(shè)備。
• 無需額外有源電路：降低設(shè)計成本和復(fù)雜度。

2.3 穩(wěn)定性增強(qiáng)

ICL7106S和ICL7107S型號具有增強(qiáng)的顯示穩(wěn)定性，能在復(fù)雜環(huán)境下提供更可靠的測量結(jié)果。

三、產(chǎn)品選型

注：“R”表示引腳反向，便于安裝在PCB板底面；“S”表示增強(qiáng)穩(wěn)定性。

四、電氣特性

4.1 系統(tǒng)性能

• 零輸入讀數(shù)：在(V_{IN}=0.0V)，滿量程為200mV時，讀數(shù)為±000.0。
• 穩(wěn)定性：ICL7106S和ICL7107S在固定輸入電壓下，最后一位數(shù)字穩(wěn)定性高。
• 比例讀數(shù)：當(dāng)(V{IN}=V{REF})，(V_{REF}=100mV)時，讀數(shù)接近1000。
• 翻轉(zhuǎn)誤差：接近滿量程時，正負(fù)極性輸入讀數(shù)差異小，最大誤差±1計數(shù)。
• 線性度：滿量程為200mV或2V時，最大偏差±1計數(shù)。
• 共模抑制比：在特定條件下，可達(dá)50mV/V。
• 噪聲：(V_{IN}=0V)，滿量程200mV時，峰 - 峰值不超過15μV的概率達(dá)95%。
• 泄漏電流輸入：最大為10pA。
• 零讀數(shù)漂移：在(0^{circ}C)至(70^{circ}C)范圍內(nèi)，最大漂移1mV/°C。
• 比例因子溫度系數(shù)：在特定條件下，最大為5ppm/°C。

4.2 電源特性

• V + 電源電流：典型值1.0mA，最大值1.8mA（不包括ICL7107的LED電流）。
• V - 電源電流（ICL7107）：典型值0.6mA，最大值1.8mA。

4.3 顯示驅(qū)動特性

• ICL7106：段驅(qū)動電壓峰 - 峰值為4 - 6V。
• ICL7107：段灌電流因引腳而異，部分引腳可達(dá)16mA。

五、工作原理

5.1 模擬部分

每個測量周期分為三個階段：

• 自動調(diào)零階段（A - Z）：輸入引腳內(nèi)部短路到模擬公共端，參考電容充電，反饋回路閉合給自動調(diào)零電容充電，補償放大器、積分器和比較器的失調(diào)電壓，輸入失調(diào)小于10μV。
• 信號積分階段（INT）：自動調(diào)零回路斷開，內(nèi)部輸入引腳連接外部引腳，對IN HI和IN LO之間的差分電壓進(jìn)行固定時間積分，確定積分信號極性。
• 反積分階段（DE）：輸入低電平連接模擬公共端，輸入高電平連接參考電容，積分器輸出返回零的時間與輸入信號成正比，顯示數(shù)字讀數(shù)為(DISPLAY COUNT = 1000left(frac{V{IN}}{V{REF}}right))。

5.2 數(shù)字部分

ICL7106內(nèi)部通過6V齊納二極管和P溝道源極跟隨器產(chǎn)生數(shù)字地，背板（BP）頻率為時鐘頻率的1/800，段驅(qū)動與BP同頻同相（關(guān)斷時）或反相（導(dǎo)通時），段間直流電壓可忽略。ICL7107與ICL7106類似，但取消了穩(wěn)壓電源和背板驅(qū)動，段驅(qū)動電流增大。

5.3 系統(tǒng)時序

可采用外部振蕩器或R - C振蕩器，振蕩器頻率先除以4，再進(jìn)一步分頻形成三個轉(zhuǎn)換周期階段：信號積分（1000計數(shù)）、參考反積分（0 - 2000計數(shù)）和自動調(diào)零（1000 - 3000計數(shù)），一個完整測量周期為4000計數(shù)（16000個時鐘脈沖）。為實現(xiàn)對60Hz或50Hz干擾的最大抑制，需選擇合適的振蕩器頻率。

六、元件值選擇

6.1 積分電阻

對于2V滿量程，470kΩ接近最佳值；200mV量程，47kΩ為宜，確保在輸入電壓范圍內(nèi)保持線性，同時降低PCB板的泄漏要求。

6.2 積分電容

應(yīng)選擇能提供最大電壓擺幅且不使積分器飽和的電容，如ICL7106或ICL7107使用模擬公共端作為參考時，典型滿量程積分器擺幅為+2V；ICL7107采用±5V電源且模擬公共端接地時，擺幅為±3.5V至+4V。對于3次讀數(shù)/秒（48kHz時鐘），(C_{INT})分別為0.22μF和0.10μF。同時，電容應(yīng)具有低介質(zhì)吸收特性，聚丙烯電容是不錯的選擇。

6.3 自動調(diào)零電容

200mV滿量程時，推薦使用0.47μF電容以降低噪聲；2V量程時，0.047μF電容可提高過載恢復(fù)速度。

6.4 參考電容

多數(shù)應(yīng)用中，0.1μF電容效果良好；存在大共模電壓且使用200mV量程時，需使用1μF電容以防止翻轉(zhuǎn)誤差。

6.5 振蕩器元件

推薦使用100kΩ電阻，電容根據(jù)公式(f=frac{0.45}{RC})選擇，例如48kHz時鐘（3次讀數(shù)/秒）時。

6.6 參考電壓

滿量程輸出（2000計數(shù)）所需的模擬輸入為(V{IN}=2V{REF})，200mV和2V量程時，(V_{REF})分別為100mV和1V。在某些應(yīng)用中，可根據(jù)實際情況選擇合適的參考電壓，以簡化電路并提高系統(tǒng)性能。

七、電源供應(yīng)

7.1 ICL7106

采用單9V電源，內(nèi)部產(chǎn)生數(shù)字電源，(V{GND} cong V{+}-4.5V)。

7.2 ICL7107

設(shè)計使用±5V電源，若沒有負(fù)電源，可通過時鐘輸出和簡單電路產(chǎn)生；在特定條件下，也可使用單+5V電源。

八、典型應(yīng)用

這些轉(zhuǎn)換器可用于多種配置，如數(shù)字面板表、溫度計、AC - DC轉(zhuǎn)換器等。文檔中給出了多個典型應(yīng)用電路，為工程師提供了設(shè)計參考。

九、注意事項

9.1 靜電放電

這些器件對靜電放電敏感，使用時應(yīng)遵循正確的IC處理程序。

9.2 絕對最大額定值

使用時應(yīng)避免超過絕對最大額定值，否則可能導(dǎo)致器件永久性損壞。

9.3 顯示測試

在進(jìn)行“燈測試”時，長時間保持會使LCD顯示有燒毀風(fēng)險，需注意測試時間。

Intersil的ICL7106/7107系列A/D轉(zhuǎn)換器以其豐富的特性和廣泛的應(yīng)用場景，為電子工程師提供了強(qiáng)大的工具。在實際設(shè)計中，我們需要根據(jù)具體需求合理選擇元件值和電源供應(yīng)，同時注意各種注意事項，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。大家在使用過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。