低功耗3 1/2位A/D轉(zhuǎn)換器ICL7136：技術(shù)解析與應(yīng)用指南

在電子設(shè)計領(lǐng)域，A/D轉(zhuǎn)換器是模擬信號與數(shù)字信號之間的橋梁，其性能直接影響到整個系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性。今天我們要深入探討的是Maxim公司的ICL7136，一款低功耗3 1/2位A/D轉(zhuǎn)換器，它在眾多應(yīng)用場景中展現(xiàn)出了卓越的性能。

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一、產(chǎn)品概述

ICL7136是一款具有高輸入阻抗的單片模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器。片上集成了段驅(qū)動器、段解碼器、電壓基準(zhǔn)和時鐘電路等有源組件，能夠直接驅(qū)動非復(fù)用液晶（LCD）顯示器，無需外部顯示驅(qū)動電路。顯著降低的功耗使其成為便攜式系統(tǒng)的理想選擇，同時具備多功能性和高精度的特點。

二、產(chǎn)品特性

1. 低功耗：功率耗散保證小于1mW，9V電池典型續(xù)航時間可達(dá)3000小時。
2. 快速恢復(fù)：保證從超量程狀態(tài)快速恢復(fù)到第一次讀數(shù)。
3. 零輸入零讀數(shù)：輸入為零時，輸出讀數(shù)為零。
4. 低噪聲：噪聲峰 - 峰值為15μVp - p，無滯后或超量程殘留效應(yīng)。
5. 真差分基準(zhǔn)和輸入：采用單片、低功耗CMOS設(shè)計。
6. 增強的ESD保護(hù)：所有引腳設(shè)計可承受超過2000V的靜電放電。
7. 增加輸入電流最大額定值：輸入電壓可超過電源電壓，只要輸入電流限制在1mA。

三、電氣特性

1. 零點輸入讀數(shù)

在0.0V輸入、滿量程為200.0mV、TA = 25°C的條件下，讀數(shù)在 - 000.0到 + 000.0之間。

2. 比例讀數(shù)

當(dāng)VIN = VREF，VREF = 100mV，TA = 25°C時，讀數(shù)為999/1000；在0°C ≤ TA ≤ + 70°C范圍內(nèi)，讀數(shù)在999到1001之間。

3. 翻轉(zhuǎn)誤差

在VIN = + VIN = 200.0mV、TA = 25°C、滿量程為200.0mV的條件下，誤差為±0.2計數(shù)。

4. 線性度

滿量程為200mV或2.000V時，最大偏差小于1計數(shù)。

5. 共模抑制比

在VCM = ±1V、VIN = 0V、滿量程為200.0mV的條件下，典型值為5μV/V。

6. 噪聲

在VIN = 0V、TA = 25°C時，峰 - 峰值不超過10μV；在0°C ≤ TA ≤ + 70°C范圍內(nèi)，不超過1μV。

7. 零點讀數(shù)漂移

在0°C ≤ TA ≤ + 70°C范圍內(nèi)，漂移小于1μV/°C。

8. 比例因子溫度系數(shù)

在0°C ≤ TA ≤ + 70°C范圍內(nèi)，為1 - 5ppm/°C。

9. 電源電流

在VIN = 0、0°C ≤ TA ≤ + 70°C范圍內(nèi)，為60 - 100μA。

四、工作原理

1. 模擬部分

每個測量周期分為四個階段：

• 自動調(diào)零（A - Z）：輸入引腳與內(nèi)部模擬地短接，參考電容充電至參考電壓，反饋回路閉合，自動調(diào)零電容CAZ充電以補償比較器、緩沖放大器和積分器的失調(diào)電壓。
• 信號積分（INT）：內(nèi)部輸入引腳與外部引腳連接，自動調(diào)零回路打開，轉(zhuǎn)換器對IN - HI和IN - LO之間的差分電壓進(jìn)行固定時間的積分。
• 參考反積分（DI）：IN - HI連接到已充電的參考電容，IN - LO連接到模擬地，芯片內(nèi)電路確保電容以正確極性連接，使積分器輸出回到零。數(shù)字顯示讀數(shù)為1000 × (VIN / VREF)。
• 零積分（ZI）：輸入低電平與模擬地短接，參考電容充電至參考電壓，反饋回路閉合，使積分器輸出回到零。此階段通常持續(xù)11 - 140個時鐘脈沖，在“重”超量程轉(zhuǎn)換后延長至740個時鐘脈沖。

2. 數(shù)字部分

內(nèi)部數(shù)字地由電容電流產(chǎn)生，背板（BP）電壓切換時，BP頻率為時鐘頻率除以800。段驅(qū)動器以相同頻率和幅度驅(qū)動，BP開啟和關(guān)閉時相位不同。

3. 系統(tǒng)定時

時鐘電路有三種實現(xiàn)方式：

• 在引腳39和40之間連接晶體。
• 外部振蕩器連接到引腳40。
• 使用三個引腳構(gòu)建RC振蕩器。 十進(jìn)制計數(shù)器由時鐘頻率除以4驅(qū)動，進(jìn)一步分頻形成四個轉(zhuǎn)換周期階段。信號積分應(yīng)是60Hz的倍數(shù)以實現(xiàn)最大60Hz干擾抑制，不同的振蕩器頻率可用于不同的干擾抑制需求。

五、組件值選擇

1. 自動調(diào)零電容

對于2V量程，0.1μF電容足夠；對于200mV滿量程，建議使用0.47μF電容以提高噪聲抑制能力。

2. 參考電容

大多數(shù)應(yīng)用中，0.1μF電容可接受；為防止量程翻轉(zhuǎn)，建議使用1.0μF電容。

3. 積分電容

為確保積分器不飽和，應(yīng)選擇合適的積分電容。在每秒一次讀數(shù)（16kHz時鐘）時，CINT標(biāo)稱值為0.15μF。若使用不同的振蕩器頻率，應(yīng)按反比例改變該值。

4. 積分電阻

積分電阻應(yīng)足夠大以保持放大器在整個輸入電壓范圍內(nèi)處于線性區(qū)域，同時應(yīng)足夠小以避免對PCB板的過度泄漏要求。對于200mV量程，建議使用180kΩ電阻；對于2V量程，使用1.8MΩ電阻。

5. 參考電壓

對于2V和200mV量程，VREF應(yīng)分別為1V和100mV。在許多應(yīng)用中，輸入電壓和數(shù)字讀數(shù)之間的比例因子可能不是1，可根據(jù)實際情況選擇合適的VREF和積分電阻。

6. 振蕩器組件

建議使用50pF電容，電阻根據(jù)公式i ≈ 0.45 / RC選擇。對于48kHz時鐘（每秒3次讀數(shù)），R = 180kΩ；對于16kHz時鐘，R = 560kΩ。

六、典型應(yīng)用

ICL7136可用于各種數(shù)字面板儀表應(yīng)用，如壓力、電導(dǎo)、電壓、電流、電阻、速度、溫度和材料厚度等模擬數(shù)據(jù)的測量和顯示。

七、總結(jié)

ICL7136以其低功耗、高精度和多功能性在A/D轉(zhuǎn)換領(lǐng)域占據(jù)一席之地。在設(shè)計過程中，合理選擇組件值和時鐘頻率，能夠充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢，滿足不同應(yīng)用場景的需求。你在使用ICL7136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。