深入解析Intersil ICL7106/7107系列3 1/2位A/D转换器

在电子测量与显示领域，A/D转换器扮演着至关重要的角色。Intersil的ICL7106、ICL7107、ICL7106S和ICL7107S系列3 1/2位A/D转换器，凭借其高性能、低功耗等特性，成为众多工程师的首选。今天，我们就来深入了解一下这些转换器。

文件下载：ICL7106CPL.pdf

一、产品概述

ICL7106和ICL7107是高性能、低功耗的3 1/2位A/D转换器，内部集成了七段译码器、显示驱动器、参考源和时钟。其中，ICL7106适用于液晶显示（LCD），具备多路复用背板驱动；ICL7107则可直接驱动仪器尺寸的发光二极管（LED）显示。

二、产品特性

2.1 精准测量特性

• 零输入读数精准：在所有量程下，0V输入时保证零读数，真正的零极性便于精确零位检测。
• 低输入电流：典型输入电流仅1pA，对测量电路的影响极小。
• 低噪声：噪声小于15µVP - P，有效减少测量误差。

2.2 电路设计优势

• 真差分输入与参考：在测量各种传感器信号时具有独特优势，尤其适用于测量称重传感器、应变计等桥型传感器。
• 片上时钟与参考：减少外部元件，简化电路设计。
• 低功耗：典型功耗小于10mW，适合电池供电设备。
• 无需额外有源电路：降低设计成本和复杂度。

2.3 稳定性增强

ICL7106S和ICL7107S型号具有增强的显示稳定性，能在复杂环境下提供更可靠的测量结果。

三、产品选型

PART NO.	TEMP. RANGE (°C)	PACKAGE	PKG. NO.
ICL7106CPL	0 to 70	40 Ld PDIP	E40.6
ICL7106RCPL	0 to 70	40 Ld PDIP (Note)	E40.6
ICL7106CM44	0 to 70	44 Ld MQFP	Q44.10x10
ICL7106SCPL	0 to 70	40 Ld PDIP	E40.6
ICL7107SCPL	0 to 70	40 Ld PDIP	E40.6
ICL7107CPL	0 to 70	40 Ld PDIP	E40.6
ICL7107RCPL	0 to 70	40 Ld PDIP (Note)	E40.6
ICL7107CM44	0 to 70	44 Ld MQFP	Q44.10x10

注：“R”表示引脚反向，便于安装在PCB板底面；“S”表示增强稳定性。

四、电气特性

4.1 系统性能

• 零输入读数：在(V_{IN}=0.0V)，满量程为200mV时，读数为±000.0。
• 稳定性：ICL7106S和ICL7107S在固定输入电压下，最后一位数字稳定性高。
• 比例读数：当(V{IN}=V{REF})，(V_{REF}=100mV)时，读数接近1000。
• 翻转误差：接近满量程时，正负极性输入读数差异小，最大误差±1计数。
• 线性度：满量程为200mV或2V时，最大偏差±1计数。
• 共模抑制比：在特定条件下，可达50mV/V。
• 噪声：(V_{IN}=0V)，满量程200mV时，峰 - 峰值不超过15µV的概率达95%。
• 泄漏电流输入：最大为10pA。
• 零读数漂移：在(0^{circ}C)至(70^{circ}C)范围内，最大漂移1mV/°C。
• 比例因子温度系数：在特定条件下，最大为5ppm/°C。

4.2 电源特性

• V + 电源电流：典型值1.0mA，最大值1.8mA（不包括ICL7107的LED电流）。
• V - 电源电流（ICL7107）：典型值0.6mA，最大值1.8mA。

4.3 显示驱动特性

• ICL7106：段驱动电压峰 - 峰值为4 - 6V。
• ICL7107：段灌电流因引脚而异，部分引脚可达16mA。

五、工作原理

5.1 模拟部分

每个测量周期分为三个阶段：

• 自动调零阶段（A - Z）：输入引脚内部短路到模拟公共端，参考电容充电，反馈回路闭合给自动调零电容充电，补偿放大器、积分器和比较器的失调电压，输入失调小于10µV。
• 信号积分阶段（INT）：自动调零回路断开，内部输入引脚连接外部引脚，对IN HI和IN LO之间的差分电压进行固定时间积分，确定积分信号极性。
• 反积分阶段（DE）：输入低电平连接模拟公共端，输入高电平连接参考电容，积分器输出返回零的时间与输入信号成正比，显示数字读数为(DISPLAY COUNT = 1000left(frac{V{IN}}{V{REF}}right))。

5.2 数字部分

ICL7106内部通过6V齐纳二极管和P沟道源极跟随器产生数字地，背板（BP）频率为时钟频率的1/800，段驱动与BP同频同相（关断时）或反相（导通时），段间直流电压可忽略。ICL7107与ICL7106类似，但取消了稳压电源和背板驱动，段驱动电流增大。

5.3 系统时序

可采用外部振荡器或R - C振荡器，振荡器频率先除以4，再进一步分频形成三个转换周期阶段：信号积分（1000计数）、参考反积分（0 - 2000计数）和自动调零（1000 - 3000计数），一个完整测量周期为4000计数（16000个时钟脉冲）。为实现对60Hz或50Hz干扰的最大抑制，需选择合适的振荡器频率。

六、元件值选择

6.1 积分电阻

对于2V满量程，470kΩ接近最佳值；200mV量程，47kΩ为宜，确保在输入电压范围内保持线性，同时降低PCB板的泄漏要求。

6.2 积分电容

应选择能提供最大电压摆幅且不使积分器饱和的电容，如ICL7106或ICL7107使用模拟公共端作为参考时，典型满量程积分器摆幅为+2V；ICL7107采用±5V电源且模拟公共端接地时，摆幅为±3.5V至+4V。对于3次读数/秒（48kHz时钟），(C_{INT})分别为0.22µF和0.10µF。同时，电容应具有低介质吸收特性，聚丙烯电容是不错的选择。

6.3 自动调零电容

200mV满量程时，推荐使用0.47µF电容以降低噪声；2V量程时，0.047µF电容可提高过载恢复速度。

6.4 参考电容

多数应用中，0.1µF电容效果良好；存在大共模电压且使用200mV量程时，需使用1µF电容以防止翻转误差。

6.5 振荡器元件

推荐使用100kΩ电阻，电容根据公式(f=frac{0.45}{RC})选择，例如48kHz时钟（3次读数/秒）时。

6.6 参考电压

满量程输出（2000计数）所需的模拟输入为(V{IN}=2V{REF})，200mV和2V量程时，(V_{REF})分别为100mV和1V。在某些应用中，可根据实际情况选择合适的参考电压，以简化电路并提高系统性能。

七、电源供应

7.1 ICL7106

采用单9V电源，内部产生数字电源，(V{GND} cong V{+}-4.5V)。

7.2 ICL7107

设计使用±5V电源，若没有负电源，可通过时钟输出和简单电路产生；在特定条件下，也可使用单+5V电源。

八、典型应用

这些转换器可用于多种配置，如数字面板表、温度计、AC - DC转换器等。文档中给出了多个典型应用电路，为工程师提供了设计参考。

九、注意事项

9.1 静电放电

这些器件对静电放电敏感，使用时应遵循正确的IC处理程序。

9.2 绝对最大额定值

使用时应避免超过绝对最大额定值，否则可能导致器件永久性损坏。

9.3 显示测试

在进行“灯测试”时，长时间保持会使LCD显示有烧毁风险，需注意测试时间。

Intersil的ICL7106/7107系列A/D转换器以其丰富的特性和广泛的应用场景，为电子工程师提供了强大的工具。在实际设计中，我们需要根据具体需求合理选择元件值和电源供应，同时注意各种注意事项，以确保系统的稳定性和可靠性。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。