Maxim ICL7106/ICL7107：3 1/2 位 A/D 转换器深度解析

在电子工程师的日常设计工作中，A/D 转换器是非常关键的元件，它能将模拟信号转换为数字信号，实现模拟世界与数字世界的桥梁连接。今天我们就来深入探讨 Maxim 公司推出的 ICL7106/ICL7107 这两款 3 1/2 位 A/D 转换器。

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一、产品概述

ICL7106 和 ICL7107 属于单片式模拟 - 数字转换器（ADC），具有高输入阻抗，并且无需外部显示驱动电路。片上的有源组件涵盖极性和数字驱动器、段解码器、电压基准以及时钟电路。ICL7106 可直接驱动非复用液晶显示器（LCD），而 ICL7107 则能直接驱动共阳极发光二极管（LED）显示器。

二、核心特性亮点

2.1 性能与精度出色

• 双斜率转换技术：该技术能自动抑制工业环境中常见的干扰信号，在复杂工业场景下能保证测量的准确性。大家可以思考一下，在实际工业应用中，这种抗干扰能力能为系统带来多大的稳定性提升呢？
• 零积分器相位设计：Maxim 在 ICL7106 和 ICL7107 中加入了零积分器相位，消除了超量程残留和滞后效应，同时将翻转误差降至小于 1 个计数，零读数漂移降至小于 1μV/°C，大大提高了测量的精度。

  2.2 高集成度与简易设计

• 自带显示驱动能力：无需外部电路，ICL7106 适用于 LCD 显示，ICL7107 适用于 LED 显示，减少了设计的复杂度和成本。
• 高阻抗 CMOS 差分输入：具有低噪声（<15μV P - P）特性，且无滞后或超量程残留问题。

  2.3 宽温度范围稳定性

  关键参数在温度范围内有保证，能适应不同的工作环境温度，确保在各种条件下都能稳定工作。

三、电气特性剖析

3.1 基本测量参数

参数	条件	最小值	典型值	最大值	单位
零输入读数	VIN = 0V，满量程 = 200.0mV	-000.0	000.0	+000.0	数字读数
比例读数	VIN = VREF，VREF = 100mV	999	999/1000	1000	数字读数
翻转误差	- VIN = + VIN = 200.0mV	-1	±2	+1	计数
线性度	满量程 = 200mV 或 2.000V	-1	±2	+1	计数

3.2 其他重要参数

• 共模抑制比：典型值可达 50μV/V，能有效抑制共模干扰。
• 噪声：95% 的时间内，峰 - 峰值不超过 15μV，保证了测量的稳定性。
• 输入泄漏电流：典型值为 1pA，最大值为 10pA，对输入信号的影响极小。

四、工作原理与电路分析

4.1 测量周期阶段

每个测量周期分为四个阶段：

• 自动调零（A - Z）：输入引脚内部短路到模拟公共端，参考电容充电，反馈环路闭合以补偿比较器、缓冲放大器和积分器中的失调电压。
• 信号积分（INT）：内部输入引脚连接到外部引脚，自动调零环路打开，对输入信号进行固定时间的积分。
• 参考反积分（DI）：IN - HI 连接到已充电的参考电容，IN - LO 连接到模拟公共端，积分器输出返回零，数字读数根据输入信号和参考电压计算得出。
• 零积分器（ZI）：输入低电平短路到模拟公共端，参考电容充电，反馈环路闭合使积分器输出返回零。

4.2 电路设计要点

• 差分参考：参考电压可在转换器电源电压范围内任意产生，为避免翻转误差，需选择足够大的参考电容。
• 差分输入：输入放大器能接受共模范围内的差分电压，但要注意避免积分器输出饱和。
• 模拟公共端：主要用于设置电池供电时的共模电压，ICL7107 由于 LED 显示驱动器的内部发热，可能会影响模拟公共端的稳定性，使用外部参考可避免此问题。

五、组件值的选择

5.1 自动调零电容

在 2V 量程下，0.047μF 的电容足够；在 200mV 满量程且低噪声操作要求高时，建议使用 0.47μF 的电容。

5.2 参考电容

大多数应用中，0.1μF 的电容可接受，但在存在大共模电压且使用 200mV 量程时，需使用 1.0μF 的电容以防止翻转误差。

5.3 积分电容

选择合适的积分电容可确保积分器不饱和，建议使用聚丙烯电容以减小线性误差。

5.4 积分电阻

电阻值应足够大以保持放大器在整个输入电压范围内处于线性区域，同时又要足够小以避免对 PCB 板的泄漏要求过高。

5.5 振荡器组件

推荐使用 100K 电阻，根据公式 (f = 0.45 / RC) 计算电容值。

5.6 参考电压

根据不同量程和应用需求选择合适的参考电压，可简化电路设计并提高系统性能。

六、ICL7107 电源设计

ICL7107 设计用于 ±5V 电源供电，但在没有负电源时，可通过时钟输出和简单的电路元件（如二极管、电容和 IC）生成负电源，也可使用 Maxim 的 ICL7660 和两个电容生成 - 5V 电源。在满足特定条件（使用外部参考、信号小于 ±1.5V、输入信号可参考转换器共模范围中心）时，也可使用单 +5V 电源。

七、应用与散热考虑

ICL7106/ICL7107 广泛应用于数字面板仪表，可测量压力、温度、电压等多种模拟数据。在 ICL7107 应用中，由于 LED 显示电流的吸收会产生热量，波动的芯片温度可能导致显示读数变化。可通过降低 LED 共阳极电压来减少功率损耗，如在显示电路中串联 5.1Ω 电阻或 1 安二极管，能有效降低功率损耗和显示功耗对参考电压漂移的影响。

总之，Maxim ICL7106/ICL7107 以其出色的性能、高集成度和广泛的适用性，为电子工程师在模拟信号数字化处理方面提供了优秀的解决方案。在实际设计中，我们需要根据具体应用需求，合理选择组件值和电源方案，以充分发挥这两款 A/D 转换器的优势。大家在使用过程中遇到过哪些问题呢？欢迎一起交流探讨。