探秘MAXIM ICL7136：低功耗3位半A/D转换器的卓越性能与应用

在电子工程师的世界里，A/D转换器无疑是一个至关重要的角色，它就像一座桥梁，将模拟信号与数字信号连接起来。今天，我们就来深入了解一下MAXIM的ICL7136低功耗3位半A/D转换器，看看它究竟有哪些独特之处。

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一、器件概述

MAXIM ICL7136是一款具有高输入阻抗的单片式模拟 - 数字转换器。其片上集成了段驱动器、段解码器、电压基准和时钟电路等有源组件，能够直接驱动非复用液晶（LCD）显示屏，无需外部显示驱动电路，这大大简化了设计过程。而且，显著降低的功耗使其在便携式系统中表现出色，是一款非常优秀的A/D转换器。

二、特性亮点

1. 低功耗优势

功率耗散保证小于1mW，使用9V电池时典型寿命可达3000小时。这对于需要长时间运行且依靠电池供电的设备来说，无疑是一个巨大的优势，能够有效延长设备的使用时间。

2. 高精度性能

• 采用双斜率转换技术，可自动抑制工业环境中常见的干扰信号，提高测量的准确性。
• 真正的差分输入和基准在进行比率测量（如欧姆或桥式传感器）时非常有用。
• 通过将翻转误差降低到小于一个计数，零读数漂移降低到小于1μV/°C，实现了高精度测量。

  3. 其他特性

• 保证首次从超量程恢复读数，确保测量的稳定性。
• 零输入时读数为零，提供准确的测量基准。
• 直接驱动LCD显示屏，简化了显示电路的设计。
• 低噪声（15Vp - p），无滞后或超量程残留效应。
• 具有改进的静电放电（ESD）保护，提高了器件的可靠性。

三、应用领域

ICL7136可广泛应用于各种数字面板仪表中，主要用于模拟数据的测量和显示，如压力、电压、电阻、电导、电流、速度、温度、材料厚度等。

四、电气特性

1. 关键参数

在不同的条件下，ICL7136具有一系列出色的电气特性，如零输入读数、比率读数、翻转误差、线性度、共模抑制比、噪声、输入泄漏电流、零读数漂移、比例因子温度系数等。这些参数在特定的温度范围和测试条件下都有明确的规定，确保了器件的性能稳定性和准确性。

2. 温度特性

许多关键参数在0°C至 +70°C的温度范围内都有保证，这使得ICL7136能够适应不同的工作环境，满足各种应用的需求。

五、工作原理

1. 模拟部分

每个测量周期分为四个阶段：

• 自动调零（A - Z）：输入引脚与内部模拟地短接，参考电容充电到参考电压，反馈回路闭合以补偿比较器、缓冲放大器和积分器的失调电压。系统的固有噪声决定了自动调零的精度。
• 信号积分（INT）：内部输入引脚与外部引脚连接，自动调零回路打开，转换器对输入引脚之间的差分电压进行固定时间的积分。
• 参考反积分（DI）：IN - HI连接到先前充电的参考电容，IN - LO连接到模拟地，芯片内部电路确保电容以正确的极性连接，使积分器输出返回零。数字读数由公式[1000 × frac{V{IN }}{V{REF }}]计算得出。
• 零积分（ZI）：输入低引脚短接到模拟地，参考电容充电到参考电压，反馈回路闭合使积分器输出返回零。在“重度”超量程转换后，此阶段会延长到740个时钟脉冲。

  2. 数字部分

  内部数字地由电容电流产生，背板（BP）电压切换时形成特定频率的方波。BP频率通过将时钟频率除以800计算得出，段驱动器以相同的频率和幅度驱动。极性指示根据模拟输入的正负进行显示。

六、系统定时

ICL7136的时钟电路有三种实现方式：

• 在引脚39和40之间连接晶体。
• 外部振荡器连接到引脚40。
• 使用三个引脚构建RC振荡器。 时钟频率经过分频后驱动十进制计数器，进一步分频形成四个转换周期阶段。为了实现对60Hz或50Hz干扰的最大抑制，应选择合适的振荡器频率。

七、组件值选择

1. 自动调零电容

对于2V量程，0.1μF的电容足够；对于200mV满量程，建议使用0.47μF的电容以提高噪声抑制能力。

2. 参考电容

大多数应用中，0.1μF的电容可接受；为防止量程翻转，使用1.0μF的电容可将翻转误差控制在半个计数以内。

3. 积分电容

为确保积分器不饱和，应选择合适的积分电容。在每秒一次读数（16kHz时钟）时，CINT的标称值为0.15μF。如果使用不同的振荡器频率，应按反比例改变电容值。

4. 积分电阻

积分电阻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印刷电路板的泄漏要求过高。对于200mV量程，建议使用180kΩ的电阻；对于2V量程，使用1.8MΩ的电阻。

5. 参考电压

根据不同的量程，参考电压应分别设置为1V（2V量程）和100mV（200mV量程）。在某些应用中，可根据实际需求直接使用输入电压并选择合适的参考电压，以获得更好的系统性能。

6. 振荡器组件

推荐使用50pF的电容，电阻根据公式(i ≈0.45 / RC)选择。例如，对于48kHz时钟（每秒3次读数），(R = 180kΩ)；对于16kHz时钟，(R = 560kΩ)。

八、测试与注意事项

1. 测试引脚功能

测试引脚有两个功能：一是作为7136的负电源，用于外部生成的段驱动器或其他指示器；二是进行灯测试，当TEST引脚拉高（V +）时，所有段将点亮，显示屏应显示 - 1888。但要注意，在灯测试模式下，段上有恒定的直流电压，长时间处于此模式可能会烧坏LCD显示屏。

2. 其他注意事项

在设计和使用ICL7136时，还需要注意输入电压不能超过电源电压，输入电流应限制在规定范围内，以确保器件的正常工作和可靠性。

MAXIM ICL7136以其低功耗、高精度、多功能等特点，为电子工程师在设计各种测量和显示系统时提供了一个优秀的选择。通过合理选择组件值和正确使用测试引脚，我们可以充分发挥ICL7136的性能，实现高效、准确的模拟 - 数字转换。你在使用A/D转换器时遇到过哪些挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和想法。