降低电源电压的 ICL71X6 系列 ADC 芯片。方案、说明

ICL71X6 系列 ADC 芯片的电源电压较低。无线电电子电气工程百科全书

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ICL7106 芯片由 Harris (Intersil) 制造。 Maxim还生产标记为ICL7106及其微功耗变体MAX130的IC，以及ICL7136及其改进变体MAX131。 [1] 中提到的 ICL7126 芯片是 7106 的微功耗类似物。Harris ICL7136 是 7106 的微功耗类似物，并取代了 ICL7126。

KR572PV5微电路由Mikron企业（Zelenograd）制造； ADC KR1175PV5是Sapphire软件生产的。 7106 微电路有一些具有“保持”模式的修改 - 这些是 572PV8（类似于 ICL7116）、572PV10（由 Alpha 或 Mikron 制造）[1]。

该系列的微电路在引脚排列（对于 DIP-40 封装）和开关电路方面完全相同，但它们具有一些电路特性，导致特性（电源电压、电流消耗、噪声、稳定性）存在差异。对于所有 Maxim 微电路（以及 ICL7136 Harris），第四阶段出现在时序图中（参见 [11]）——积分器零校正，它允许在过载后更快地恢复 ADC（超范围恢复）；在MAX130/131微电路中，误差（翻转误差）小于最低有效数字之一。 MAX130/131/138 微电路的一个显着特点是其内部参考电压源 (ION)，它利用了硅的带隙效应 (Bandgap) [9]。与基于齐纳二极管的 ION 相比，这可以在更低的噪声水平下提供更高的温度稳定性。这种 ION 的存在使您可以将 MAX13x 微电路的允许电源电压范围扩展到 4,5 .... 14 V。MAX138 微电路的另一个特点是内置电源逆变器，它将外部单极电源转换为内部双极一。

在使用这些系列ADC微电路的典型方案中，元件的值有些不同。详细信息可以在制造商的文档中找到。在第 1 页的 [222] 中。 224-XNUMX表列出了这些微电路的参数差异以及元件的推荐值。

作者尚未研究设计用于与 LED 指示器配合使用的 ADC（ICL7107 及其类似物），但有必要提及它们。在该系列各种类型微电路的专有文档中，考虑了从+7107V“单极”电源为ICL5供电的具体示例。允许电源电压降低的条件如下：

输入信号受共模输入电压允许范围限制，不超过±1,5V；
应用外部参考电压源（ION）。

对于 ICL7107 (KR572PV2) 微电路，标称电源为 ±5 V，中点连接到微电路的相应输出 - GND（引脚 21）。由于这种连接，ADC 数字部分的电源电压是固定的，与总电源电压无关。

在 ICL7106 ADC 中，当电源电压低于 6,8 V 时，数字部分的电源电压不稳定，因为内部稳压器不工作。 ICL7106 和 ICL7107 的模拟部分以及稳压器是相同的，这意味着 ADC 数字部分的电源条件是制造商不允许 ICL7106 在降低电压下使用的唯一原因。数字逻辑电源稳定的原因可以在RC发生器的频率不稳定中找到，它仅在有限的范围内不影响测量过程，以及对LCD电源电压的一些限制。

频率稳定性问题可以通过使用石英谐振器来解决，并且现代 LCD 在各段上的电压幅度至少为 3 V 的情况下正常工作。因此，您没有理由不尝试使用 ICL7106 来降低功耗。电源电压。

考虑带有 ADC 的电压表的变体，其中输入信号电压不超过 200 mV（参见[1]中的图 12 - 微型数字电压表电路）。该设备与传统万用表的区别仅在于外部基准和量程开关。使用电压表布局（无分压器）对 ADC 进行测试。这种带有指示器的 ADC 具有良好的可重复性，并且可与所考虑系列的任何列出类型的微电路一起操作。

在布局中，测试了20种不同类型和制造商的XNUMX颗ADC芯片。测试结果总结于表中。

（点击放大）

下面给出了对微芯片参数测量结果的一些评论。

电源电压 U min 对应于指示器读数变化不超过一位最低有效数字 (e.m.r.) 的值。

Uref (int.) 的值 - 电源引脚 1 和引脚 32 (COMMON) 之间的示例电压，电源电压大于 Ucr min（模拟），即使用内部微电路稳定器。在这种情况下，内部ION加载有约105μA的外部ION的电源电流。

参数 Ust min（模拟、数字）- 微电路的最小电源电压，在该电压下，ADC 的模拟部分和数字部分的内部稳压器分别打开。

Rint min - 最小电阻 Rint = R9，此时 ADC 在最小电源电压 (Upit min) 和任意极性 ADC 输入的最大电压下同时保持线性。给定值的实际用途如下：对于所选类型的 ADC，您可以在表中找到相应的电阻 Rint min，并将其增加 20...30%，将所得值用于具体设计。在这种情况下，发生器频率必须至少为 32,768 kHz，并且电容 Sint × C6 × 0,22 μF 的容差必须不超过 5%。

在“误差”列中，记录了输入正电压和负电压时秤端点处的读数差异。对于所有类型的 ADC（根据护照数据），参数必须小于最低有效数字之一。

最后一列显示了+UBX ADC连接到+Uref点时指示器读数的实验数据（根据图中电阻R8的左端子必须连接到上端子R5）。该参数是 ADC 正确运行和质量的非常重要的综合指标。根据微电路的内部结构，ADC的电流读数表示为等于1000 Uin / Uion的数字 - 似乎如果这些电压相等，则指示器应该始终准确且稳定地显示1000。然而，甚至文档中也指出 1000 或 999 的读数被认为是可以接受的。

为了稳定内置 ADC 振荡器的频率，使用了频率为 32,768 kHz 的传统时钟石英谐振器。尝试根据典型电路（连接至 ADC 的端子 39 和 40）连接时钟石英谐振器，但未成功。即使在 9 V 的标称电源电压下，某些微电路-石英对的组合也无法工作。实验的结果是，出现了非标准连接选项。事实上，这是一个典型的 RC 发生器，其中引脚 39 和 40 之间的跳线被石英谐振器取代。频率设置电阻 Rgen（在[1]的图 12 中为 R2 - 30 kOhm）明显小于文档 [7, 8] 中建议的值 - ICL100 为 7106 kOhm，ICL180 为 7136 kOhm。经实验证明，只有在电源电压下限的原始RC振荡器（带有封闭石英）其自身频率高于石英谐振器的频率时，这种振荡器才能在石英频率下启动并稳定工作。随着微电路电源电压的降低以及RC发生器电源电压的相应降低，其频率降低。

对于不同类型的 ADC，RC 发生器的行为有所不同。经测试的具有元件指示值的 KR572PV5 微电路在电源电压高于 4,2 V 时稳定工作：发电机在约 3,3 ... 3,5 V 的电压下关闭，而对于石英，发电机甚至在 4 V 时启动。 RC 发生器的关闭时间间隔分别为 130 ... 3,2 和 3,5 ... 2 V。即使电源电压为 2,3. 7136...1,5，ICL1,8 芯片的 RC 发生器仍能继续工作。千赫）！

在布局中，对于表中列出的 ADC 微电路，当电源电压在 4 ... 9,5 V 范围内变化时，作者所使用的几乎所有时钟石英都可以正常工作。

为了抑制 50 Hz 倍数频率的干扰，振荡器频率 (Fgen) 必须确保在积分时间（时钟发生器的 4000 个周期 T）内，电源电压适合整数 K 个周期 (20 ms) [2]。也就是说，Fgen≤1/T≤200/K，kHz，即200、100、67 kHz等。为了更好地抑制对市电频率的干扰，选择的频率值32,768 kHz并不理想，但它与最接近的计算频率没有太大区别：200/6 = 33,333 kHz。

在公司文档 [7, 11] 和有关使用 ADC 1C1_71xx 的文章中，建议使用电介质中吸收系数较低的电容器。通常没有额外的注释；仅指示具体值：如果 Sint 是陶瓷电介质的电容器，则转换线性误差约为 0,1%，而聚苯乙烯和聚丙烯电介质的转换线性误差分别为 0,01 和 0,001%。

在精度和最小设计尺寸之间进行选择时，电容器 K73-17（0,22 V 时为 63 uF，尺寸 12x10x6 mm）可被视为折衷解决方案。因此，积分器电容器（位于面包板和微型电压表中）选择K73-17型，零位自动校正电容器为K73-30（K73-30、K73-39、K73-24V的尺寸）小于K73-17)和C2-K73 -17。

对于采用低压电源的 ADC，使用 SOIC-1004 封装的外部参考电压源 REF1.2-8 (Burr-Broun/TI)。其标称电压为1,235 V，最小工作电流为10 µA。您可以使用标称电压为 285 V、最小工作电流为 385 μA 的 TO-1.2 封装中的 LM92 / LM1,235Z-10 微电路（NSC、LT、Motorola、Telcom），以及 LM4041-1.2 或 AO1580（50 μA，1,225V）[13]。

作为功率控制元件，使用了 TO-1171 封装 [42] 中的压降检测器 - KR92SP14。使用表中有关最小电源电压 +Uup min 的指示性信息，您可以为特定类型的 ADC 选择具有所需响应电压的检测器。精确选择阈值电压可以提高电池的使用效率。在此类设计中，您可以使用任何具有输出类型的电源电压检测器 - 集电极开路（开漏）或 CMOS 推挽 (CMOS) 以及低电平有效逻辑电平。以下是一些常见类型（大多数采用 SOT-23 封装）：MCP120、MCP809(M)、TCM809、TC54VN、TC12xx (Microchip)、ADM809(L,M) (ADI)、MC34xxx (Motorola)、MAX809M (MAXIM) ）等

如果确定 ADC 的数字部分不需要稳定电源，那么下一个非常合乎逻辑的步骤是通过在 XP2 上安装跳线来排除内部稳压器（参见[1]中的图 12）。这会使正电源引脚 1 和引脚 37（测试）之间的电压增加大约 1V（对于 ICL7136）和 1,5V（对于其他类型）。跳线的安装对模拟部分的操作没有任何影响，这一点在被测微电路的布局中得到了验证。表征期间未使用跳线。在石英谐振器“故障”、内部振荡器无法正常启动或指示器需要大电源电压的情况下，可能需要它。

因此，如果在业余或工业设计中需要使用电源电压为 71 ... 6 V 的 ICL5x6 系列微电路，那么，考虑到电源电压裕度，您可以使用不带极性转换器的 ADC。

文学

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ICL7129A / MAX7129-4.5 位单芯片 A/D 转换器，带 LCD 驱动器。 - Maxim CD 全线数据目录。 2000 年版，版本 4.0\products\pdf 1\1495.pdf。
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作者：O. Fedorov，莫斯科

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