深入剖析ICL7106、ICL7107、ICL7107S 3 1/2位A/D转换器

在电子设计领域，A/D转换器是实现模拟信号到数字信号转换的关键部件。今天，我们将聚焦于Intersil的ICL7106、ICL7107和ICL7107S这三款高性能、低功耗的3 1/2位A/D转换器，深入探讨它们的特性、应用及设计要点。

文件下载：ICL7106CM44Z.pdf

产品概述

ICL7106和ICL7107集成了七段解码器、显示驱动器、参考源和时钟等功能。其中，ICL7106专为液晶显示器（LCD）设计，具备多路复用背板驱动；而ICL7107则可直接驱动仪器尺寸的发光二极管（LED）显示器。ICL7107S则在稳定性上有进一步提升。它们以高精度、多功能和高经济性的特点，在众多电子系统中得到广泛应用。

产品特性

高精度与稳定性

• 零输入读数：在所有量程下，0V输入时保证零读数，且零点极性精确，便于精确零检测。
• 低输入电流：典型输入电流仅1pA，有效减少测量误差。
• 低噪声：噪声小于15µV（峰 - 峰值），确保测量结果的准确性。
• 低漂移：零读数漂移小于1µV/°C，在不同温度环境下仍能保持稳定。

其他特性

• 真差分输入和参考：适用于各种系统，在测量称重传感器、应变计和其他桥式传感器时具有独特优势。
• 片上时钟和参考：无需额外的有源电路，简化设计。
• 低功耗：典型功耗小于10mW，适合电池供电应用。
• 增强的显示稳定性：确保显示结果清晰、稳定。
• 无铅环保：符合RoHS标准，满足环保要求。

产品选型与订购信息

这三款产品提供了多种封装形式和温度范围选择，具体如下表所示：	PART NUMBER ( Note 2 )	PART MARKING	TEMP. RANGE (°C)	PACKAGE (Pb-Free)	PKG. DWG. #
ICL7106CPLZ	ICL7106CPLZ	0 to 70	40 Ld PDIP ( Note 3 )	E40.6
ICL7106CM44Z ( Note 4 )	ICL7106 CM44Z	0 to 70	44 Ld MQFP	Q44.10x10
ICL7106CM44ZT ( Notes 4 , 5 )	ICL7106 CM44Z	0 to 70	44 Ld MQFP Tape and Reel	Q44.10x10
ICL7107CPLZ	ICL7107CPLZ	0 to 70	40 Ld PDIP ( Note 3 )	E40.6
ICL7107SCPLZ	ICL7107SCPLZ	0 to 70	40 Ld PDIP ( Notes 1 , 3 )	E40.6
ICL7107CM44Z ( Note 4 )	ICL7107 CM44Z	0 to 70	44 Ld MQFP	Q44.10x10
ICL7107CM44ZT ( Notes 4 , 5 )	ICL7107 CM44Z	0 to 70	44 Ld MQFP Tape and Reel	Q44.10x10

需要注意的是，“S”表示增强稳定性；Pb - free PDIPs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；卷轴规格详情可参考TB347。

引脚配置

ICL7106、ICL7107和ICL7107S提供了PDIP和MQFP两种封装形式，不同封装的引脚配置有所不同。在设计时，需要根据具体的封装形式和应用需求，合理连接引脚，确保芯片正常工作。

电气特性

绝对最大额定值

Supply Voltage
ICL7106, V+ to V- ............... ... ICL71.07, V+ to G.	......15V
Analog Input Voltage (Either Input) (Note 6)......V+ to V-
Reference Input Voltage (Either Input)......V+ to V-
Clock Input
ICL7106 ...... TEST to V+
ICL7107......GND to V+

电气规格

在室温（TA = +25°C）、时钟频率为48kHz的条件下，对ICL7106和ICL7107进行了多项电气性能测试，包括系统性能、显示驱动等方面。例如，零输入读数在全量程为200mV时，读数为±000.0；线性度在全量程为200mV或2V时，最大偏差不超过±1计数。具体的电气规格参数可参考数据表。

工作原理与设计要点

模拟部分

每个测量周期分为自动归零（A - Z）、信号积分（INT）和反积分（DE）三个阶段。

• 自动归零阶段：输入高低端与引脚断开，内部短接到模拟公共端，参考电容充电到参考电压，反馈回路闭合给自动归零电容充电，以补偿缓冲放大器、积分器和比较器的失调电压，输入失调小于10µV。
• 信号积分阶段：自动归零环路打开，内部短接去除，内部输入高低端连接到外部引脚，对IN HI和IN LO之间的差分电压进行固定时间积分，可在较宽的共模范围内工作。
• 反积分阶段：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，芯片内电路确保电容极性正确，使积分器输出回到零，输出回到零所需时间与输入信号成正比，数字显示读数为 (DISPLAY COUNT =1000left(frac{V{I N}}{V{REF }}right)) 。

数字部分

ICL7106内部通过6V齐纳二极管和大P沟道源极跟随器产生数字地，背板（BP）电压切换时可吸收较大电容电流，BP频率为时钟频率的1/800，段驱动与BP同频同幅，关断时同相，导通时反相，段间直流电压可忽略不计。ICL7107与ICL7106类似，但取消了稳压电源和背板驱动，段驱动电流从2mA提高到8mA，适用于仪器尺寸的共阳极LED显示器。

系统定时

可采用外部振荡器连接到引脚40或R - C振荡器（使用三个引脚）两种基本时钟配置。振荡器频率先除以4，再进一步分频形成三个转换周期阶段：信号积分（1000计数）、参考反积分（0 - 2000计数）和自动归零（1000 - 3000计数），完整测量周期为4000计数（16000个时钟脉冲），与输入电压无关。为实现对60Hz或50Hz干扰的最大抑制，应选择合适的振荡器频率。

元件值选择

积分电阻

缓冲放大器和积分器的A类输出级静态电流为100µA，可提供4µA驱动电流且非线性极小。对于2V满量程，470kΩ接近最佳值；对于200mV量程，47kΩ较为合适。

积分电容

应选择能提供最大电压摆幅的电容，以确保容差累积不会使积分器饱和。对于ICL7106或ICL7107，使用模拟公共端作为参考时，+2V满量程积分器摆幅较为合适；对于ICL7107，±5V电源且模拟公共端连接到电源地时，±3.5V至+4V摆幅为标称值。对于每秒三次读数（48kHz时钟），CINT的标称值分别为0.22µF和0.10µF。此外，积分电容应具有低介质吸收特性，以防止翻转误差，聚丙烯电容是不错的选择。

自动归零电容

其大小对系统噪声有一定影响。对于200mV满量程，建议使用0.47µF电容；对于2V量程，0.047µF电容可提高过载恢复速度，且噪声也能满足要求。

参考电容

大多数应用中，0.1µF电容效果良好。但在存在较大共模电压且使用200mV量程时，需使用更大值的电容（如1µF）以防止翻转误差。

振荡器元件

建议使用100kΩ电阻，电容值根据公式 (f=frac{0.45}{RC}) 选择，对于48kHz时钟（每秒三次读数），C = 100pF。

参考电压

产生满量程输出（2000计数）所需的模拟输入为 (V{IN}=2 ~V{REF}) 。在许多应用中，可根据实际情况选择合适的参考电压，以简化系统设计并提高性能。

典型应用

ICL7106和ICL7107具有出色的通用性，可用于多种配置，如数字面板表、电池供电自动量程数字电压表、数字温度计、AC - DC转换器等。文档中给出了多种典型应用电路，包括使用内部参考、外部带隙参考、齐纳二极管参考等不同情况，为工程师提供了丰富的设计参考。

总结

ICL7106、ICL7107和ICL7107S在3 1/2位A/D转换领域展现出了卓越的性能。它们不仅具备高精度、低功耗、多功能等优点，而且提供了丰富的应用电路和详细的设计指南。在实际应用中，电子工程师们可以根据具体的需求和场景，合理选择封装形式、元件值，并参考典型应用电路进行设计，以充分发挥这些芯片的优势。同时，在设计过程中，要注意遵循绝对最大额定值和电气规格要求，避免因操作不当而影响产品的可靠性和性能。你在使用这些A/D转换器时，是否遇到过一些特殊的问题或挑战呢？欢迎在评论区分享交流。