主流A/D轉換芯片學(xué)習詳解

一、ICL7106介紹

　　ICL7106是intersil公司推出的一款3½位A/D轉換器電壓應用芯片,主要用于儀器儀表，能構成3½位液晶顯示的數字電壓表。ICL7106是目前廣泛應用的一種A/D轉換器。

　　ICL7106引腳封裝圖

二、 ICL7106芯片結構簡(jiǎn)述

　　ICL7106是高性能、低功耗的三位半A/D轉換電路，具有很強的抗干擾能力。含有七段譯碼器、顯示驅動(dòng)器、參考源、時(shí)鐘系統以及背光電極驅動(dòng)，可直接驅動(dòng)LCD。

　　ICL7106將高精度、通用性和低成本很好的結合在一起，有低于10μA的自動(dòng)校零功能，零漂小于1μV/℃，低于10pA的輸入電流，極性轉換誤差小于一個(gè)字。真正的差動(dòng)輸入和差動(dòng)參考源在各種系統中都很有用。另外，只需用十個(gè)左右的無(wú)源元件和一個(gè)LCD屏就可以構成高性能的儀表面板，實(shí)現了低成本和單電源工作。

　　三、 ICL7106的工作原理

　　ICL7106 內部包括模擬電路和數字電路兩大部分，二者是互相聯(lián)系的。一方面由控制邏輯產(chǎn)生控制信號，按規定時(shí)序將多路模擬開(kāi)關(guān)接通或斷開(kāi)，保證A/D 轉換正常進(jìn)行；另一方面模擬電路中的比較器輸出信號又控制著(zhù)數字電路的工作狀態(tài)和顯示結果。下面介紹各部分的工作原理。

　?。?）模擬電路

　　模擬電路由雙積分式A/D轉換器構成。主要包括2.8V基準電壓源（E0）、緩沖器（A1）、積分器（A2）、比較器（A3）和模擬開(kāi)關(guān)等組成。緩沖器A4專(zhuān)門(mén)用來(lái)提高COM端帶負載的能力，可謂設計數字多用表的電阻擋、二極管擋和hFE擋提供便利條件。這種轉換器具有轉換準確度高、抗串模干擾能力強、電路簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，適合做低速模／數轉換。每個(gè)轉換周期分三個(gè)階段進(jìn)行：自動(dòng)調零（AZ）、正向積分（INT）、反向積分（DE），并按照AZ→INT→DE→AZ…的順序進(jìn)行循環(huán)。令計數脈沖的周期為T(mén)CP，每個(gè)測量周期共需4000TCP。其中，正向積分時(shí)間固定不變，T1＝1000TCP。儀表顯示值

　　將T1＝1000TCP，UREF＝100.0mV代入上式得

　　N＝10UIN 或UIN＝0.1N

　　只要把小數點(diǎn)定在十位上，即可直讀結果。滿(mǎn)量程時(shí)N＝2000，此時(shí)UM＝2UREF＝200mV，儀表顯示超量程符號“1”。若需改裝成2V量程的數字電壓表，可按表1選擇元件值。

　　表1 200mV與2V量程元件對照

　　欲測量2V以上的直流電壓，必須利用精密電阻分壓器對UIN進(jìn)行衰減。積分電阻應采用金屬膜電阻，積分電容宜選絕緣性好、介質(zhì)吸收系數小的聚苯乙烯電容或聚丙烯電容。

　　為了提高儀表抗串模干擾的能力，正向積分時(shí)間（亦稱(chēng)采樣時(shí)間）T1應是工頻周期的整倍數。我國采用50Hz交流電網(wǎng)，其周期為20ms，應選

　　T1＝n·20（ms）

　　式中，n＝1，2，3，…。例如取n＝2、4、5時(shí)，T1＝40ms、80ms、100ms，能有效地抑制50Hz干擾。這是因為積分過(guò)程有取平均的作用，只要干擾電壓的平均值為零，就不影響積分器輸出。但n值也不宜過(guò)大，以免測量速率太低。

（2）數字電路

　　數字電路如下圖所示。主要包括8個(gè)單元：①時(shí)鐘振蕩器；②分頻器；③計數器；④鎖存器；⑤譯碼器；⑥異或門(mén)相位驅動(dòng)器；⑦控制邏輯；⑧LCD顯示器。時(shí)鐘振蕩器由ICL7106內部反相器F1、F2以及外部阻容元件R、C組成。若取R＝120kΩ，C＝100PF，則f0＝40kHz。f0經(jīng)過(guò)4分頻后得到計數頻率fCP＝10kHz，即TCP＝0.1ms。此時(shí)測量周期T＝16000T0＝4000TCP＝0.4s，測量速率為2.5次／秒。f0還經(jīng)過(guò) 800分頻，得到50Hz方波電壓，接LCD的背電極BP。LCD須采用交流驅動(dòng)方式，當筆段電極a～g與背電極BP呈等電位時(shí)不顯示，當二者存在一定的相位差時(shí)，液晶才顯示。因此，可將兩個(gè)頻率與幅度相同而相位相反的方波電壓，分別加至某個(gè)筆段引出端與BP端之間，利用二者電位差來(lái)驅動(dòng)該筆段顯示。驅動(dòng)電路采用異或門(mén)。其特點(diǎn)是當兩個(gè)輸入端的狀態(tài)相異時(shí)（一個(gè)為高電平，另一個(gè)為低電平），輸出為高電平；反之輸出低電平。7段LCD驅動(dòng)電路如圖所示。圖中，加在a、b、c筆段上的方波電壓與BP端方波電壓的相位相反，存在電位差，使這三段顯示。而d、e、f、g段消隱，故可顯示數字“7”。顯見(jiàn)，只要在異或門(mén)輸入端加控制信號（即譯碼器輸出的高、低電平），用以改變驅動(dòng)器輸出方波的相位，就能顯示所需數字。

　　ICL7106主要參數：

四、 ICL7106的性能特點(diǎn)

　?。?）＋7V～＋15V單電源供電，可選9V疊層電池，有助于實(shí)現儀表的小型化。低功耗（約16mW），一節9V疊層電池能連續工作200小時(shí)或間斷使用半年左右。

　?。?）輸入阻抗高（1010Ω），對輸入信號無(wú)衰減作用。內設時(shí)鐘電路、＋2.8V基準電壓源、異或門(mén)輸出電路，能直接驅動(dòng)3½位LCD顯示器。

　?。?）屬于雙積分式A/D轉換器，A/D轉換準確度達±0.05％，轉換速率通常選2次／秒～5次／秒。具有自動(dòng)調零、自動(dòng)判定極性等功能。通過(guò)對芯片的功能檢查，可迅速判定其質(zhì)量好壞。

　?。?）外圍電路簡(jiǎn)單，僅需配5只電阻、5只電容和LCD顯示器，即可構成一塊DVM。其抗干擾能力強，可靠性高。

（5） 內部有時(shí)鐘電路，可接阻容元件構成多諧振蕩器，也可用外時(shí)鐘輸入。

（6）內部噪聲低，顯示穩定。

（7）具有極性識別功能，在零附近時(shí)也能正確反映極性。

（8） 低功耗。

　　封裝形式：DIP40、LQFP44或COB。

　　五、ICL7106產(chǎn)品規格分類(lèi)

六、ICL7106典型應用電路

　　1. ICL7106 組成直流電壓測量電路

　　ICL7106 是雙積分型 CMOS 工藝 4 位 BCD 碼輸出 A/D 轉換器，它包含雙積分 A/D 轉換電路、基準電壓發(fā)生器、時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生電路、自動(dòng)極性變換、調零電路、七段譯碼器、LCD 驅動(dòng)器及控制電路等。電路采用 9V 單電源供電，CMOS 差動(dòng)輸入，可直接驅動(dòng)位液晶顯示器（LCD）。 ICL7106 組成直流電壓測量電路如圖 4 所示。

　　電路中 V+對 V之間接 9V 直流電壓，通過(guò)內部基準電壓發(fā)生器在 V+到 COM 之間產(chǎn)生2.8V 基準電壓，經(jīng)分壓電阻加在 REF+、REF基準電壓輸入端。當輸入量程為 200mV 時(shí)，基準電壓調至 100mV；當輸入量程為 2V 時(shí)，基準電壓為 1V。OSC1～OSC3 是時(shí)鐘振蕩電路引出端，外 接定時(shí)電阻、電 容產(chǎn)生內部時(shí)鐘。I N+、I N是差動(dòng)輸入端，將 IN與模擬地 COM相連，IN+對 COM 之間為模擬電壓輸入。U接個(gè)位驅動(dòng)、T接十位驅動(dòng)、H 接百位驅動(dòng)、a bK是千位驅動(dòng)、P0 為“”號驅動(dòng)、BP 接液晶背板。AZ、BUFF 和 INT 分別接調零電容、積分電阻和積分電容，通過(guò)調整它們及基準電壓，可將輸入量程調至 2V（本電路為 200mV）。

2. ICL7106 典型測試測量電路（200mv滿(mǎn)量程）