解析ICL7106、ICL7107、ICL7107S：高性能3 1/2位A/D轉(zhuǎn)換器

在電子設(shè)計領(lǐng)域，A/D轉(zhuǎn)換器是連接模擬世界和數(shù)字世界的橋梁，其性能直接影響到整個系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性。Intersil公司的ICL7106、ICL7107和ICL7107S就是這樣三款高性能、低功耗的3 1/2位A/D轉(zhuǎn)換器，它們集成了七段解碼器、顯示驅(qū)動器、參考源和時鐘等功能，為工程師們提供了便捷且高效的解決方案。

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產(chǎn)品概述

ICL7106和ICL7107具有高精度、多功能和經(jīng)濟性的特點。ICL7106適用于液晶顯示器（LCD），包含多路復(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）顯示器。它們具備自動調(diào)零至小于10μV、零漂移小于1μV/°C、輸入偏置電流最大為10pA以及翻轉(zhuǎn)誤差小于一個計數(shù)等優(yōu)點。真正的差分輸入和參考在各種系統(tǒng)中都非常有用，尤其在測量稱重傳感器、應(yīng)變計和其他橋式傳感器時，為設(shè)計師提供了獨特的優(yōu)勢。此外，ICL7106的單電源操作特性，僅需添加10個無源元件和一個顯示器，就能構(gòu)建高性能的面板儀表。

產(chǎn)品特性

高精度與穩(wěn)定性

• 零輸入讀數(shù)保證：在所有量程下，0V輸入時保證零讀數(shù)，確保測量的準確性。
• 精確極性檢測：在零值時具有真正的極性，便于精確的零點檢測。
• 低輸入電流：典型輸入電流僅為1pA，減少了對測量信號的干擾。
• 低噪聲：噪聲小于15μVP - P，提高了測量的穩(wěn)定性。

集成度與經(jīng)濟性

• 片上時鐘和參考：無需額外的外部時鐘和參考電路，降低了設(shè)計成本和復(fù)雜度。
• 低功耗：功耗通常小于10mW，適合電池供電的應(yīng)用。
• 無需額外有源電路：簡化了設(shè)計，減少了元件數(shù)量。

環(huán)保與兼容性

• 無鉛設(shè)計：符合RoHS標準，環(huán)保且兼容SnPb和無鉛焊接工藝。

訂購信息

產(chǎn)品提供多種封裝選項，包括40引腳的PDIP和44引腳的MQFP，工作溫度范圍為0°C至70°C。其中，“S”表示增強穩(wěn)定性。需要注意的是，無鉛PDIP僅適用于通孔波峰焊工藝，不適用于回流焊工藝。對于濕度敏感度等級（MSL），可參考產(chǎn)品信息頁和技術(shù)簡報TB363；關(guān)于卷軸規(guī)格的詳細信息，請參考TB347。

引腳配置

ICL7106、ICL7107和ICL7107S的引腳配置在PDIP和MQFP封裝中有所不同。PDIP封裝的引腳布局清晰，包含了振蕩器、電源、輸入、參考等關(guān)鍵引腳；MQFP封裝則更加緊湊，適用于對空間要求較高的應(yīng)用。了解引腳功能對于正確使用和設(shè)計電路至關(guān)重要。

電氣規(guī)格

系統(tǒng)性能

• 零輸入讀數(shù)：在輸入電壓為0V、滿量程為200mV時，數(shù)字讀數(shù)為±000.0。
• 比例讀數(shù)：比例讀數(shù)為999/1000，確保了測量的準確性。
• 線性度：在滿量程為200mV或2V時，最大偏差小于±1計數(shù)。
• 噪聲：在輸入電壓為0V、滿量程為200mV時，噪聲峰 - 峰值不超過10μV，且95%的時間內(nèi)不超過1μV。
• 比例因子溫度系數(shù)：溫度系數(shù)為1 - 5ppm/°C，保證了在不同溫度環(huán)境下的穩(wěn)定性。

其他規(guī)格

• 公共引腳模擬公共電壓：在V + = V - = 9V時，公共引腳電壓為4V。

設(shè)計信息

振蕩器與時鐘

• 振蕩器頻率：(f{osc} = 0.45 / RC)，其中(C{osc} > 50pF)，(R_{osc} > 50kΩ)，典型頻率為48kHz。
• 振蕩器周期：(t_{osc} = RC / 0.45)。
• 積分時鐘頻率：(f{clock} = f{osc} / 4)。
• 積分周期：(t{int} = 1000 × (4 / f{osc}))。

積分與顯示

• 積分電流：最佳積分電流為4μA。
• 滿量程模擬輸入電壓：典型值為200mV或2V。
• 積分電阻：(R{int} = V{infs} / I_{int})。
• 積分電容：(C{int} = (t{int}) (I{int}) / V{int})。
• 積分器輸出電壓擺幅：(V{int} = (t{int}) (I{int}) / C{int})，最大擺幅為((V - + 0.5V) < V_{int} < (V + - 0.5V))，典型值為2V。
• 顯示計數(shù)：(COUNT = 1000 × (V{in} / V{ref}))。

電源與顯示

• ICL7106：單9V電源，(V + - V - = 9V)，數(shù)字電源內(nèi)部生成，(V_{gnd} ? V + - 4.5V)，適用于LCD顯示。
• ICL7107：雙±5.0V電源，(V + = +5V)至GND，(V - = -5V)至GND，適用于LED顯示。

詳細描述

模擬部分

每個測量周期分為三個階段：自動調(diào)零（A - Z）、信號積分（INT）和去積分（DE）。

• 自動調(diào)零階段：輸入高低端與引腳斷開并內(nèi)部短接到模擬公共端，參考電容充電至參考電壓，反饋回路閉合以補償緩沖放大器、積分器和比較器的失調(diào)電壓。
• 信號積分階段：自動調(diào)零回路打開，內(nèi)部輸入高低端連接到外部引腳，轉(zhuǎn)換器對IN HI和IN LO之間的差分電壓進行積分，確定積分信號的極性。
• 去積分階段：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，積分器輸出返回零的時間與輸入信號成正比。

數(shù)字部分

ICL7106和ICL7107的數(shù)字部分有所不同。ICL7106內(nèi)部通過6V齊納二極管和大P溝道源極跟隨器生成數(shù)字地，背板（BP）頻率為時鐘頻率的1/800，段驅(qū)動與BP同相或反相，確保段間無直流電壓。ICL7107則取消了穩(wěn)壓電源和背板驅(qū)動，段驅(qū)動電流從2mA增加到8mA，適用于儀器尺寸的共陽極LED顯示器。

系統(tǒng)時序

可采用外部振蕩器或R - C振蕩器，振蕩器頻率除以4后驅(qū)動十進制計數(shù)器，再進一步分頻形成三個轉(zhuǎn)換周期階段。為了最大程度地抑制60Hz或50Hz的干擾，應(yīng)選擇合適的振蕩器頻率。

組件值選擇

積分電阻

對于2V滿量程，470kΩ為最佳選擇；對于200mV量程，47kΩ較為合適，以確保在輸入電壓范圍內(nèi)保持線性。

積分電容

應(yīng)選擇能夠提供最大電壓擺幅且不會使積分器飽和的電容，同時要求具有低介電吸收特性，以防止翻轉(zhuǎn)誤差。

自動調(diào)零電容

對于200mV滿量程，推薦使用0.47μF的電容；對于2V量程，0.047μF的電容可提高過載恢復(fù)速度。

參考電容

一般情況下，0.1μF的電容即可滿足要求；在存在較大共模電壓且使用200mV量程時，建議使用1μF的電容以防止翻轉(zhuǎn)誤差。

振蕩器組件

推薦使用100kΩ的電阻，電容根據(jù)公式(f = 0.45 / RC)選擇，對于48kHz的時鐘頻率，電容為100pF。

參考電壓

對于200mV和2V量程，參考電壓應(yīng)分別為100mV和1V。在某些應(yīng)用中，可根據(jù)實際需求選擇合適的參考電壓，以提高系統(tǒng)的性能。

典型應(yīng)用

ICL7106和ICL7107可用于多種配置，包括使用內(nèi)部參考、外部帶隙參考、齊納二極管參考等。它們還可用于測量比例值、溫度、交流到直流轉(zhuǎn)換等應(yīng)用，展示了其卓越的通用性。

總結(jié)

ICL7106、ICL7107和ICL7107S作為高性能的3 1/2位A/D轉(zhuǎn)換器，具有高精度、低功耗、多功能和經(jīng)濟性等優(yōu)點。通過合理選擇組件值和應(yīng)用電路，工程師們可以充分發(fā)揮這些轉(zhuǎn)換器的性能，滿足各種測量和顯示需求。在實際設(shè)計中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用場景和要求，綜合考慮各個因素，以實現(xiàn)最佳的設(shè)計效果。你在使用這些轉(zhuǎn)換器的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。