解析ICL7106、ICL7107、ICL7107S：高性能3 1/2位A/D转换器

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桥梁，其性能直接影响到整个系统的精度和稳定性。Intersil公司的ICL7106、ICL7107和ICL7107S就是这样三款高性能、低功耗的3 1/2位A/D转换器，它们集成了七段解码器、显示驱动器、参考源和时钟等功能，为工程师们提供了便捷且高效的解决方案。

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产品概述

ICL7106和ICL7107具有高精度、多功能和经济性的特点。ICL7106适用于液晶显示器（LCD），包含多路复用背板驱动；ICL7107则可直接驱动仪器尺寸的发光二极管（LED）显示器。它们具备自动调零至小于10µV、零漂移小于1µV/°C、输入偏置电流最大为10pA以及翻转误差小于一个计数等优点。真正的差分输入和参考在各种系统中都非常有用，尤其在测量称重传感器、应变计和其他桥式传感器时，为设计师提供了独特的优势。此外，ICL7106的单电源操作特性，仅需添加10个无源元件和一个显示器，就能构建高性能的面板仪表。

产品特性

高精度与稳定性

• 零输入读数保证：在所有量程下，0V输入时保证零读数，确保测量的准确性。
• 精确极性检测：在零值时具有真正的极性，便于精确的零点检测。
• 低输入电流：典型输入电流仅为1pA，减少了对测量信号的干扰。
• 低噪声：噪声小于15µVP - P，提高了测量的稳定性。

集成度与经济性

• 片上时钟和参考：无需额外的外部时钟和参考电路，降低了设计成本和复杂度。
• 低功耗：功耗通常小于10mW，适合电池供电的应用。
• 无需额外有源电路：简化了设计，减少了元件数量。

环保与兼容性

• 无铅设计：符合RoHS标准，环保且兼容SnPb和无铅焊接工艺。

订购信息

产品提供多种封装选项，包括40引脚的PDIP和44引脚的MQFP，工作温度范围为0°C至70°C。其中，“S”表示增强稳定性。需要注意的是，无铅PDIP仅适用于通孔波峰焊工艺，不适用于回流焊工艺。对于湿度敏感度等级（MSL），可参考产品信息页和技术简报TB363；关于卷轴规格的详细信息，请参考TB347。

引脚配置

ICL7106、ICL7107和ICL7107S的引脚配置在PDIP和MQFP封装中有所不同。PDIP封装的引脚布局清晰，包含了振荡器、电源、输入、参考等关键引脚；MQFP封装则更加紧凑，适用于对空间要求较高的应用。了解引脚功能对于正确使用和设计电路至关重要。

电气规格

系统性能

• 零输入读数：在输入电压为0V、满量程为200mV时，数字读数为±000.0。
• 比例读数：比例读数为999/1000，确保了测量的准确性。
• 线性度：在满量程为200mV或2V时，最大偏差小于±1计数。
• 噪声：在输入电压为0V、满量程为200mV时，噪声峰 - 峰值不超过10µV，且95%的时间内不超过1µV。
• 比例因子温度系数：温度系数为1 - 5ppm/°C，保证了在不同温度环境下的稳定性。

其他规格

• 公共引脚模拟公共电压：在V + = V - = 9V时，公共引脚电压为4V。

设计信息

振荡器与时钟

• 振荡器频率：(f{osc} = 0.45 / RC)，其中(C{osc} > 50pF)，(R_{osc} > 50kΩ)，典型频率为48kHz。
• 振荡器周期：(t_{osc} = RC / 0.45)。
• 积分时钟频率：(f{clock} = f{osc} / 4)。
• 积分周期：(t{int} = 1000 × (4 / f{osc}))。

积分与显示

• 积分电流：最佳积分电流为4µA。
• 满量程模拟输入电压：典型值为200mV或2V。
• 积分电阻：(R{int} = V{infs} / I_{int})。
• 积分电容：(C{int} = (t{int}) (I{int}) / V{int})。
• 积分器输出电压摆幅：(V{int} = (t{int}) (I{int}) / C{int})，最大摆幅为((V - + 0.5V) < V_{int} < (V + - 0.5V))，典型值为2V。
• 显示计数：(COUNT = 1000 × (V{in} / V{ref}))。

电源与显示

• ICL7106：单9V电源，(V + - V - = 9V)，数字电源内部生成，(V_{gnd} ≅ V + - 4.5V)，适用于LCD显示。
• ICL7107：双±5.0V电源，(V + = +5V)至GND，(V - = -5V)至GND，适用于LED显示。

详细描述

模拟部分

每个测量周期分为三个阶段：自动调零（A - Z）、信号积分（INT）和去积分（DE）。

• 自动调零阶段：输入高低端与引脚断开并内部短接到模拟公共端，参考电容充电至参考电压，反馈回路闭合以补偿缓冲放大器、积分器和比较器的失调电压。
• 信号积分阶段：自动调零回路打开，内部输入高低端连接到外部引脚，转换器对IN HI和IN LO之间的差分电压进行积分，确定积分信号的极性。
• 去积分阶段：输入低端内部连接到模拟公共端，输入高端连接到已充电的参考电容，积分器输出返回零的时间与输入信号成正比。

数字部分

ICL7106和ICL7107的数字部分有所不同。ICL7106内部通过6V齐纳二极管和大P沟道源极跟随器生成数字地，背板（BP）频率为时钟频率的1/800，段驱动与BP同相或反相，确保段间无直流电压。ICL7107则取消了稳压电源和背板驱动，段驱动电流从2mA增加到8mA，适用于仪器尺寸的共阳极LED显示器。

系统时序

可采用外部振荡器或R - C振荡器，振荡器频率除以4后驱动十进制计数器，再进一步分频形成三个转换周期阶段。为了最大程度地抑制60Hz或50Hz的干扰，应选择合适的振荡器频率。

组件值选择

积分电阻

对于2V满量程，470kΩ为最佳选择；对于200mV量程，47kΩ较为合适，以确保在输入电压范围内保持线性。

积分电容

应选择能够提供最大电压摆幅且不会使积分器饱和的电容，同时要求具有低介电吸收特性，以防止翻转误差。

自动调零电容

对于200mV满量程，推荐使用0.47µF的电容；对于2V量程，0.047µF的电容可提高过载恢复速度。

参考电容

一般情况下，0.1µF的电容即可满足要求；在存在较大共模电压且使用200mV量程时，建议使用1µF的电容以防止翻转误差。

振荡器组件

推荐使用100kΩ的电阻，电容根据公式(f = 0.45 / RC)选择，对于48kHz的时钟频率，电容为100pF。

参考电压

对于200mV和2V量程，参考电压应分别为100mV和1V。在某些应用中，可根据实际需求选择合适的参考电压，以提高系统的性能。

典型应用

ICL7106和ICL7107可用于多种配置，包括使用内部参考、外部带隙参考、齐纳二极管参考等。它们还可用于测量比例值、温度、交流到直流转换等应用，展示了其卓越的通用性。

总结

ICL7106、ICL7107和ICL7107S作为高性能的3 1/2位A/D转换器，具有高精度、低功耗、多功能和经济性等优点。通过合理选择组件值和应用电路，工程师们可以充分发挥这些转换器的性能，满足各种测量和显示需求。在实际设计中，我们需要根据具体的应用场景和要求，综合考虑各个因素，以实现最佳的设计效果。你在使用这些转换器的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。