Maxim ICL7106/ICL7107 3 1/2 位 A/D 转换器：高精度与多功能的完美结合

在电子设计领域，A/D 转换器是连接模拟世界和数字世界的关键桥梁。Maxim 的 ICL7106/ICL7107 3 1/2 位 A/D 转换器以其卓越的性能和广泛的应用场景，成为众多工程师的首选。今天，我们就来深入了解一下这款转换器。

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一、产品概述

ICL7106 和 ICL7107 是单片式模数转换器（ADC），具有高输入阻抗，无需外部显示驱动电路。片上有源组件包括极性和数字驱动器、段解码器、电压基准和时钟电路。ICL7106 可直接驱动非复用液晶显示器（LCD），而 ICL7107 则可直接驱动共阳极发光二极管（LED）显示器。

二、产品特性

2.1 高精度与多功能

• 双斜率转换技术：自动抑制工业环境中常见的干扰信号，在进行比率测量（如欧姆或桥式传感器）时，真正的差分输入和参考非常有用。
• 零积分器相位：消除了超量程残留和滞后效应，将翻转误差降低到小于 1 个计数，零读数漂移小于 1μV/°C，保证了高精度。

  2.2 高可靠性与稳定性

• 改进的第二源：提供升级的质量水平，保证在温度范围内的性能，并对许多关键参数进行更严格的测试。
• 低噪声：噪声小于 15μVp-p，无滞后或超量程残留。

  2.3 易于使用

• 片上显示驱动能力：无需外部电路，ICL7106 适用于 LCD，ICL7107 适用于 LED。
• 高阻抗 CMOS 差分输入：减少了对输入信号的影响。

三、电气特性

3.1 基本参数

参数	条件	最小值	典型值	最大值	单位
零输入读数	VIN = 0V，满量程 = 200.0mV	-000.0	000.0	+000.0	数字读数
比率读数	VIN = VREF，VREF = 100mV	999	999/1000	1000	数字读数
翻转误差	-VIN = +VIN = 200.0mV	-1	±0.2	+1	计数
线性度	满量程 = 200mV 或 2.000V	-1	±0.2	+1	计数
共模抑制比	VCM = ±1V，VIN = 0V，满量程 = 200.0mV		50		μV/V
噪声	VIN = 0V，满量程 = 200mV		15		μV
输入泄漏电流	VIN = 0V	1	10		pA
零读数漂移	VIN = 0V，0°C < TA < +70°C	0.2	1		μV/°C
比例因子温度系数	VIN = 199.0mV，0°C < TA < +70°C（外部参考 0ppm/°C）	1	5		ppm/°C
V+ 电源电流	VIN = 0V	0.8	1.8		mA
V- 电源电流（仅 ICL7107）		0.6	1.8		mA
模拟公共电压	公共端与正电源之间 25kΩ	2.4	2.8	3.2	V
模拟公共温度系数	公共端与正电源之间 25kΩ		80		ppm/°C

3.2 其他参数

• ICL7106 段驱动电压：V+ 到 V- = 9V 时，峰 - 峰值为 4 - 6V。
• ICL7107 段吸收电流：V+ = 5.0V，段电压 = 3V 时，引脚 19 为 16mA，其他引脚为 5 - 8.0mA。

四、工作原理

4.1 测量周期

每个测量周期分为四个阶段：

• 自动调零（A - Z）：输入与引脚断开，内部短接到模拟公共端，参考电容充电到参考电压，反馈回路闭合以补偿比较器、缓冲放大器和积分器的失调电压。
• 信号积分（INT）：内部输入与外部引脚连接，自动调零回路打开，对输入信号进行固定时间的积分。
• 参考反积分（DI）：IN - HI 连接到已充电的参考电容，IN - LO 内部连接到模拟公共端，积分器输出返回零，数字读数为 (1000 × frac{V{IN}}{V{REF}})。
• 零积分器（ZI）：输入低短接到模拟公共端，参考电容充电到参考电压，反馈回路闭合使积分器输出返回零。

4.2 差分参考与输入

• 差分参考：参考电压可在转换器电源电压范围内产生，通过选择足够大的参考电容可将翻转误差控制在小于半个计数。
• 差分输入：输入放大器可接受共模范围内的差分电压，系统在该范围内具有 86dB（典型）的共模抑制比。

五、组件值选择

5.1 自动调零电容

对于 2V 量程，0.047μF 电容足够；对于 200mV 满量程且对低噪声要求较高时，建议使用 0.47μF 电容。

5.2 参考电容

大多数应用中，0.1μF 电容可接受；存在大共模电压且使用 200mV 量程时，建议使用 1.0μF 电容以防止翻转误差。

5.3 积分电容

为确保积分器不饱和，应选择合适的积分电容。对于 ICL7106 或 ICL7107，使用模拟公共端作为参考时，标称 ±2V 满量程积分器摆幅可接受；ICL7107 使用 +5V 电源且模拟公共端连接到电源地时，标称 ±3.5 到 4V 摆幅可接受。

5.4 积分电阻

积分器和缓冲放大器具有 100μA 静态电流，20μA 驱动电流可提供可忽略的非线性。对于 200mV 量程，建议使用 47K 电阻；2V 量程使用 470k 电阻。

5.5 振荡器组件

建议使用 100K 电阻，根据公式 (f = 0.45 / RC) 计算电容值。对于 48kHz 时钟（3 次读数/秒），振荡器电容加杂散电容应等于 100pF。

5.6 参考电压

对于 2V 和 200mV 量程，VREF 应分别等于 1V 和 100mV。在许多应用中，输入电压和数字读数之间可能存在非 1 的比例因子。

六、应用场景

6.1 测量与显示

可用于测量和显示各种模拟数据，如压力、温度、速度、电压、电导、电阻、电流、厚度等。

6.2 具体电路应用

• ICL7106 内部参考电路：适用于 2V 满量程，3 次读数/秒。
• ICL7107 内部参考电路：适用于 200mV 满量程，3 次读数/秒。
• ICL7107 测量负载电池比率值：通过桥内电阻值确定所需灵敏度。
• 热电偶温度计：使用约 50mV 参考，Type J 热电偶的 50.4μV/°C 输出对应 1 计数/°C。

七、注意事项

7.1 绝对最大额定值

使用时应注意连续功率耗散、工作温度范围、存储温度范围、引脚温度和焊接温度等绝对最大额定值，避免超出范围导致设备损坏。

7.2 测试引脚

测试引脚有两个功能：作为外部生成段驱动器或其他信号器的负电源；拉高时进行灯测试，但长时间处于灯测试模式可能会烧坏 LCD。

7.3 ICL7107 电源

ICL7107 设计用于 +5V 电源，在没有负电源时，可通过时钟输出和二极管、电容等元件生成负电源；在特定条件下可使用单 +5V 电源。

Maxim 的 ICL7106/ICL7107 3 1/2 位 A/D 转换器以其高精度、多功能和易于使用的特点，为电子工程师提供了一个强大的工具。在实际应用中，我们需要根据具体需求选择合适的组件值，并注意各种注意事项，以确保转换器的性能和可靠性。大家在使用过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。