解析ICL7136：高性能低功耗3 1/2位A/D转换器

在电子设计领域，高性能、低功耗的A/D转换器一直是工程师们关注的焦点。Intersil的ICL7136就是这样一款令人瞩目的产品，它集高精度、多功能和经济性于一身，为各类电子设备的设计提供了强大支持。

文件下载：ICL7136CM44.pdf

一、ICL7136概述

ICL7136是一款高性能、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。它专为与液晶显示器（LCD）接口设计，具备多路复用背板驱动功能。相比ICL7126，ICL7136进行了改进，消除了超量程滞后和磁滞效应，可在所有应用中替代ICL7126；同时，在很多应用场景下，它也能作为ICL7106的直接替代品，只需更换无源元件。

（一）产品特性

1. 超量程恢复能力：能在一个转换周期内实现首次读数的超量程恢复。
2. 零输入读数保证：在所有量程下，0V输入时保证零读数。
3. 精确极性显示：零位时具有精确的极性显示，便于精确零点检测。
4. 低输入电流：典型输入电流仅1pA。
5. 真差分输入和参考：直接驱动LCD显示，具备低噪声特性，峰 - 峰值噪声小于15μV。
6. 片上时钟和参考：无需额外的有源电路，功耗低于1mW。
7. 封装形式多样：有表面贴装封装可供选择，还提供无铅加退火版本，符合RoHS标准。

（二）订购信息

ICL7136有多种型号可供选择，不同型号对应不同的温度范围和封装形式，具体如下表所示：	PART NUMBER	TEMP. RANGE (°C)	PACKAGE	PKG. DWG. #
ICL7136CPL	0 to 70	40 Ld PDIP	E40.6
ICL7136CPLZ (Note 1)	0 to 70	40 Ld PDIP (Pb - free) (Note 2)	E40.6
ICL7136CM44	0 to 70	44 Ld MQFP	Q44.10x10
ICL7136CM44Z (Note 1)	0 to 70	44 Ld MQFP (Pb - free)	Q44.10x10
ICL7136CM44ZT (Note 1)	(Pb - free)	44 Ld MQFP Tape and Reel	Q44.10x10

需要注意的是，无铅PDIP封装仅适用于通孔波峰焊工艺，不适用于回流焊工艺。

二、电气特性与性能指标

（一）绝对最大额定值

• 电源电压（V + 到V - ）：最大15V。
• 模拟输入电压（任一输入）和参考输入电压（任一输入）范围为V + 到V - 。
• 时钟输入：ICL7136的TEST到V + 。

（二）热信息

不同封装的热阻不同，PDIP封装典型热阻为50°C/W，MQFP封装为75°C/W。最大结温为150°C，最大存储温度范围为 - 65°C到150°C，MQFP封装引脚焊接10s时的最大温度为300°C（仅引脚尖端）。

（三）电气规格

在TA = 25°C、fCLOCK = 48kHz的条件下，ICL7136的各项电气性能指标表现出色，例如：

• 零输入读数：在VIN = 0V、满量程为200mV时，读数为±000.0。
• 比例读数：当VIN = VREF、VREF = 100mV时，读数为999/1000。
• 翻转误差：在接近满量程的正负输入时，读数差异小于±1计数。
• 线性度：满量程为200mV或2V时，最大偏差小于±1计数。
• 共模抑制比：在VCM = ±1V、VIN = 0V、满量程为200mV时，典型值为50μV/V。
• 噪声：VIN = 0V、满量程为200mV时，峰 - 峰值噪声不超过15μV（95%的时间）。

三、设计信息与工作原理

（一）设计参数

• 振荡器频率：(f_{OSC}=0.45 / RC) 。
• 积分时钟频率、周期等：积分周期 (t{INT}=1000×(4 / f{OSC})) ，转换周期 (t{CYC}=t{CLOCK}×4000=t_{OSC}×16,000) 。
• 积分电阻和电容：积分电容 (C{INT}=frac{(t{INT})(I{INT})}{V{INT}}) ，积分器输出电压摆幅 (V{INT}=frac{(t{INT})(I{INT})}{C{INT}}) 。
• 其他参数：如自动调零电容 (0.01μF < C{AZ}< 1μF) ，参考电容 (0.1μF < C{REF}< 1μF) 等。

（二）工作原理

ICL7136的每个测量周期分为四个阶段：

1. 自动调零阶段（A - Z）：输入高低端与引脚断开并内部短接到模拟COMMON，参考电容充电到参考电压，反馈回路闭合给自动调零电容 (C_{AZ}) 充电，以补偿缓冲放大器、积分器和比较器的失调电压，输入失调小于10μV。
2. 信号积分阶段（INT）：自动调零回路打开，内部短接去除，内部输入高低端连接到外部引脚，对IN HI和IN LO之间的差分电压进行固定时间积分，可在较宽的共模范围内工作。
3. 反积分阶段（DE）：输入低端内部连接到模拟COMMON，高端连接到之前充电的参考电容，芯片内电路确保电容极性正确，使积分器输出回到零，输出回到零所需时间与输入信号成正比，数字显示读数为 (DISPLAY READING =1000(frac{V{IN}}{V{REF}})) 。
4. 零积分阶段（ZI）：输入低端短接到模拟COMMON，参考电容充电到参考电压，反馈回路闭合使积分器输出回到零，正常情况下此阶段持续11 - 140个时钟脉冲，超量程转换后会延长到740个时钟脉冲。

四、引脚说明与应用电路

（一）引脚说明

ICL7136的引脚功能丰富，涵盖电源、显示驱动、输入输出、参考等多个方面。例如，V + 和V - 为电源引脚，D1 - D3、C1 - C3等为显示段驱动引脚，IN HI和IN LO为差分输入引脚，REF HI和REF LO为参考电压输入引脚等。

（二）典型应用电路

文档中给出了多种典型应用电路，如用于200mV满量程的测试电路，以及数字温度计、交流转直流转换器等应用电路。这些电路展示了ICL7136的多功能性，可满足不同的设计需求。

五、组件值选择

（一）积分电阻

缓冲放大器和积分器的A类输出级静态电流为100μA，可提供1μA的驱动电流且非线性可忽略。对于2V满量程，1.8MΩ的积分电阻接近最优；对于200mV量程，180kΩ较为合适。

（二）积分电容

积分电容应选择能提供最大电压摆幅，确保容差累积不会使积分器饱和（距任一电源约0.3V）。在使用模拟COMMON作为参考时，对于每秒3次读数（48kHz时钟），(C_{INT}) 分别为0.047μF（200mV量程）和0.5μF（2V量程）。同时，积分电容应具有低介电吸收特性，聚丙烯电容是不错的选择。

（三）自动调零电容

对于200mV满量程，建议使用0.47μF的电容以降低噪声；对于2V量程，0.047μF的电容可提高过载恢复速度且能满足噪声要求。

（四）参考电容

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

（五）振荡器组件

推荐使用180kΩ的电阻，电容根据公式 (f=frac{0.45}{RC}) 选择，对于48kHz时钟（每秒3次读数），(C = 50pF) 。

（六）参考电压

产生满量程输出（2000计数）所需的模拟输入为 (V{IN}=2V{REF}) 。对于200mV和2V量程，(V{REF}) 应分别为100mV和1V。在一些应用中，可直接使用输入电压并选择合适的 (V{REF}) ，以简化电路并降低噪声。

六、总结

ICL7136凭借其高性能、低功耗、多功能等特性，在电子设计领域具有广泛的应用前景。无论是在数字面板仪表、温度计、交流转直流转换器等应用中，还是在需要高精度A/D转换的场合，ICL7136都能发挥出色的性能。工程师们在设计过程中，可根据具体需求合理选择组件值，以实现最佳的设计效果。你在使用ICL7136进行设计时，遇到过哪些挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验。