供給電圧を下げたICL71X6ファミリのADCチップ。スキーム、説明

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電源電圧を下げた ICL71X6 ファミリの ADC チップ。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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ICL7106 チップは Harris (Intersil) によって製造されています。マキシムは、ICL7106とそのマイクロパワーバージョンMAX130、およびICL7136とその改良バージョンMAX131というラベルの付いたマイクロ回路も製造しています。 [1] で言及されている ICL7126 マイクロ回路は、7106 のマイクロパワー類似品です。Harris ICL7136 は 7106 のマイクロパワー類似品であり、ICL7126 を置き換えます。

KR572PV5 マイクロ回路は、Mikron enterprise (Zelenograd) によって製造されています。 ADC KR1175PV5 は、Sapphire ソフトウェアによって製造されています。 7106 マイクロ回路には「ホールド」モードを備えた変更があり、572ПВ8 (ICL7116 に類似)、572ПВ10 (Alpha または Mikron 製) です [1]。

このファミリの超小型回路は、ピン配列 (DIP-40 ハウジングの場合) とスイッチング回路は完全に同一ですが、特性 (供給電圧、消費電流、ノイズ、安定性) の違いにつながる回路設計上の特徴がいくつかあります。マキシムのすべてのマイクロ回路 (および ICL7136 Harris) では、動作時間図 ([11] を参照) に 130 番目のフェーズが表示されています ([131] を参照)。積分器のゼロ補正により、過負荷 (オーバーレンジ) 後に ADC の機能を迅速に回復できます。回復）; MAX130/131マイクロ回路では、誤差(ロールオーバー誤差)は最下位138桁未満です。 MAX9/13/4,5 マイクロ回路の特徴は、シリコンのバンドギャップ (バンドギャップ) [14] に関連する効果を使用する内部基準電圧源 (VS) です。これにより、ツェナーダイオードベースのイオナイザーと比較して、より低いノイズレベルでより高い温度安定性が得られます。このような ION の存在により、MAX138x マイクロ回路の許容電源電圧範囲を XNUMX ～ XNUMX V に拡張することが可能になります。MAXXNUMX マイクロ回路は、外部ユニポーラ電源を電力変換器に変換する内蔵電力インバータによっても特徴付けられます。内部双極性のもの。

示されているシリーズの ADC マイクロ回路を使用するための一般的な方式では、素子の定格はわずかに異なります。詳細については、製造元のドキュメントを参照してください。ページの[1]にあります。 222 ～ 224 は、これらのマイクロ回路のパラメータの違いと推奨される要素の値の表を示しています。

LED インジケーターで動作するように設計された ADC (ICL7107 とその類似品) については、著者は研究していませんが、言及する必要があります。このファミリのさまざまなタイプのマイクロ回路に関する独自のドキュメントでは、「ユニポーラ」 +7107 V 電源から ICL5 に電力を供給する具体的な例について説明しています。電源電圧の低下が許容される条件は次のとおりです。

入力信号は同相入力電圧の許容範囲によって制限され、±1,5 V を超えません。
外部基準電圧源 (ION) の使用。

ICL7107 (KR572PV2) マイクロ回路の場合、バイポーラ電源 ±5 V が公称とみなされ、中間点はマイクロ回路の対応するピン - GND (ピン 21) に接続されます。この接続の結果、ADC のデジタルセクションの電源電圧は、一般的な電源電圧に関係なく固定されます。

ICL7106 ADC では、電源電圧が 6,8 V 未満の場合、内部スタビライザが動作しないため、デジタル部の電源電圧は安定しません。 ICL7106 および ICL7107 マイクロ回路のアナログセクションと電圧安定化回路は同じです。つまり、ADC のデジタルセクションの電力条件が、メーカーが ICL7106 の低消費電力での使用を許可しない唯一の理由です。電圧。デジタルロジックの電源を安定化する理由は、制限された範囲内でのみ測定プロセスに影響を与えない RC 発振器周波数の不安定性と、LCD 電源電圧の一部の制限にあります。

周波数安定性の問題は水晶振動子を使用することで解決でき、最新の LCD はセグメント間の電圧振幅が少なくとも 3 V で正常に動作します。したがって、電源電圧を下げて ICL7106 を使用できない理由はありません。。

入力信号電圧が 200 mV を超えない、ADC を備えた電圧計のバージョンを考えてみましょう ([1] の図 12 - 小型デジタル電圧計の回路図を参照)。このデバイスを従来のマルチメータと区別できるのは、外部 ION と測定リミットスイッチだけです。 ADC テストは、プロトタイプの電圧計 (分圧器なし) を使用して実行されました。このようなインジケーター付き ADC は再現性が高く、該当するファミリーのリストされたタイプのマイクロ回路のいずれとも互換性があります。

プロトタイプでは、20 つの異なるタイプとメーカーの XNUMX 個の ADC チップをテストしました。テスト結果は表にまとめられています。

（クリックして拡大）

マイクロ回路パラメータの測定結果に関するいくつかのコメントを以下に示します。

供給電圧 U min は、インジケーターの読み取り値が最下位単位 (l.m.s.) XNUMX つだけ変化する値に対応します。

Uref 値 (内部) は、Ucr min (アナログ) より高い電源電圧、つまり内部チップスタビライザーを使用した場合の、電源ピン 1 とピン 32 (COMMON) の間の基準電圧です。この場合、内部 ION には約 105 μA の外部 ION の供給電流が負荷されます。

パラメータ Ust min (アナログ、デジタル) - ADC のアナログセクションとデジタルセクションの内部電圧安定化装置がそれぞれオンになるマイクロ回路の最小電源電圧。

Rint min - 最小抵抗 Rint = R9。この値では、ADC が最小電源電圧 (Upit min) と任意の極性の ADC 入力の最大電圧で直線性を同時に維持します。指定された値の実際的な利点は次のとおりです。選択したタイプの ADC について、表で対応する抵抗 Rint min を見つけ、それを 20 ～ 30% 増加させて、結果の値を使用できます。特定のデザイン。この場合、ジェネレータの周波数は少なくとも 32,768 kHz である必要があり、容量 Syn = C6 = 0,22 μF の許容誤差は 5% 以下である必要があります。

「誤差」列には、正および負の入力電圧のスケールの終点での読み取り値の差が表示されます。すべてのタイプの ADC (パスポートデータによる) では、パラメータは最下位桁が XNUMX 未満である必要があります。

最後の列は、+UBX ADC を +Uref ポイントに接続したときのインジケーターの読み取り値に関する実験データを示しています (図によると、抵抗 R8 の左端子は上端子 R5 に接続する必要があります)。このパラメータは、ADC の正しい機能と品質を示す非常に重要な一般的な指標です。マイクロ回路の内部構造に従って、ADC の電流読み取り値は 1000Uin/UIon に等しい数値で表され、これらの電圧が等しい場合、インジケーターは常に正確かつ安定して 1000 を表示するはずです。ドキュメントには、1000 または 999 の読み取り値が許容されると考えられると記載されています。

内蔵 ADC ジェネレーターの周波数を安定させるために、周波数 32,768 kHz の従来のクロック水晶発振子が使用されます。標準回路に従ってクロック用の水晶共振器を (ADC のピン 39 と 40 に) 接続しようとしましたが、失敗しました。マイクロ回路と水晶のペアの一部の組み合わせは、公称電源電圧 9 V でも動作しません。実験の結果、非標準の接続オプションが出現しました。実際、これはピン 39 と 40 の間のジャンパが水晶共振器に置き換えられた典型的な RC 発振器です。周波数設定抵抗 Rgen ([1] の図 12 では R2 - 30 kOhm) は、文書 [7、8] で推奨されている値 (ICL100 の場合は 7106 kOhm、ICL180 の場合は 7136 kOhm) よりも大幅に低くなります。このような発電機は、供給電圧の下限にある元の RC 発振器 (密閉型水晶を使用) が水晶共振器の周波数よりも高い固有振動数を持っている場合にのみ、水晶周波数で起動して安定して動作することが実験的に確立されています。マイクロ回路の電源電圧が低下し、それに応じて RC 発振器の電源電圧が低下すると、その周波数が低下します。

RC 発振器の動作は、ADC のタイプによって異なります。示された素子定格を備えたテスト済みの KR572PV5 マイクロ回路は、4,2 V を超える電源電圧で安定して動作しました。発電機は約 3,3 ～ 3,5 V の電圧でオフになり、水晶の場合、発電機は 4 V で起動しました。MAX130 マイクロ回路には、ターンオン電圧と RC ジェネレータのスイッチオフは、それぞれ 3,2 ～ 3,5 V と 2 ～ 2,3 V の範囲でした。ICL7136 チップの RC ジェネレータは、1,5 ～ 1,8 の電源電圧で動作し続けました。 V (Fgen= 2.5...3 kHz)!

プロトタイプでは、表にリストされている ADC チップの電源電圧が 4 ～ 9,5 V の範囲で変化する場合、著者が自由に使用できるほとんどすべてのクロッククリスタルが正常に動作しました。

50 Hz の倍数の周波数による干渉を抑制するには、発生器周波数 (Fgen) は、積分時間 (クロック発生器の 4000 周期 T) 中に主電源電圧の周期 (20 ms) の整数 K が適合するようなものでなければなりません。 [2]。言い換えると、Fgen = 1/T = 200/K、kHz、つまり 200、100、67 kHz などです。主電源周波数との干渉をより効果的に抑制するには、選択した周波数値 32,768 kHz は理想的ではありませんが、理想的です。最も近い計算周波数 200/6 = 33,333 kHz ともあまり変わりません。

独自の文書 [7、11] および 1S1_71xx ADC の使用に関する記事では、誘電体の吸収係数が低いコンデンサを使用することが推奨されています。通常、追加のコメントはありません。具体的な値のみが示されています。Synth がセラミック誘電体を備えたコンデンサの場合、変換の直線性誤差は 0,1% 程度であり、ポリスチレンとポリプロピレンの誘電体ではそれぞれ 0,01 % と 0,001% です。

コンデンサ K73-17 (0,22 V で 63 uF、寸法 12x10x6 mm) は、精度と最小設計寸法の間で選択する場合の一種の妥協策と考えることができます。したがって、積分器コンデンサ (ブレッドボード上およびミニ電圧計内) は K73-17 のように選択され、オートゼロ補正コンデンサは K73-30 でした (サイズ K73-30、K73-39、K73-24V は、K73-17、K2-73、K17-XNUMXV より小さい) KXNUMX-XNUMXのもの）、aSXNUMX -KXNUMX -XNUMX。

低電圧電源を備えた ADC の場合、SOIC-1004 パッケージの外部基準電圧源 REF1.2-8 (Burr-Broun/TI) が使用されます。定格電圧は 1,235 V、最小動作電流は 10 μA です。定格電圧 285 V、最小動作電流 385 μA の TO-1.2 パッケージ内の LM92/LM1,235Z-10 マイクロ回路 (NSC、LT、Motorola、Telcom)、および LM4041-1.2 または AO1580 (50 μA、1,225V) [13] 。

TO-1171 ハウジング内の不足電圧検出器 KR42SP92 が電力制御要素として使用されました [14]。最小供給電圧 +Up min に関する表のおおよその情報を使用して、特定のタイプの ADC に必要な応答電圧を備えた検出器を選択できます。しきい値電圧を正確に選択することで、バッテリの使用効率が向上します。このような設計では、出力タイプがオープンコレクタ (オープンドレイン) または CMOS プッシュプル (CMOS) で、アクティブローの論理レベルを持つ任意の電源電圧検出器を使用できます。一般的なタイプのいくつかを次に示します (ほとんどが SOT-23 パッケージにあります): MCP120、MCP809(M)、TSM809、TC54VN、TC12xx (Microchip)、ADM809(L,M) (ADI)、MC34xxx (Motorola)、MAX809M (マキシム）など

ADC のデジタルセクションに安定化電源が必要ないと判断した場合、次の論理的なステップは、XP2 にジャンパを取り付けて内部安定化装置を削除することです ([1] の図 12 を参照)。これにより、正電源ピン 1 とピン 37 (TEST) の間の電圧が、ICL1 の場合は約 7136 V、他のタイプの場合は 1,5 V 増加します。ジャンパの取り付けはアナログ部分の動作には影響せず、テスト済みマイクロ回路のブレッドボードで検証されています。ジャンパは特性評価プロセスでは使用されませんでした。これは、水晶振動子が「故障」した場合、内部発振器がうまく起動しない場合、または高供給電圧を必要とするインジケータの場合に必要になる場合があります。

したがって、アマチュアまたは工業用の設計で、電源電圧 71 ～ 6 V の ICL5x6 ファミリの超小型回路を使用する必要がある場合は、電源電圧マージンを考慮して、極性コンバータなしで ADC を使用できます。

文学

集積回路: アナログ - デジタル変換およびマルチメディア用の超小型回路。 Vol. 1. - M.: ドデカ、1996 年。
Biryukov S. ADC KR572PV5 のアプリケーション。 - ラジオ、1998 年、第 8 号、p. 62-65。
ビリュコフ S. デジタル RCL メーター。 - ラジオ、1996 年、第 3 号、p. 38-41; No.7、p. 62; 1997 年、第 7 号、p. 32.
ツィビン V. デジタル温度計。 - ラジオ、1996 年、第 10 号、p. 40; 1997 年、第 4 号、p. 56; 1998 年、第 1 号、p. 50.
電子部品の分野。ロシア - 2000. - M.: DODEKA, 2000.
デジタルマルチメーターに特化したマイクロ回路。 - コンポーネントとテクノロジー、2001 年、No. 2、p. 26.
ハリス半導体。 ICL7106、ICL7107 - 3,5 桁 LCD/LED ディスプレイ A/D コンバータ。ファイル番号 3082。ハリス社、1993 年。
ハリス半導体。 ICL7136、ICL7137 - 過電流回復機能を備えた 3,5 桁 LCD/LED 低消費電力ディスプレイ A/D コンバータ。ファイル番号 3086。ハリス社、1993 年。
MAX130/MAX131 - バンドギャップリファレンス付き3.5桁A/Dコンバータ。 - マキシムCDフルラインデータカタログ。 2000 年版、バージョン 4.0\products\pdf1\1288.pdf。
MAX138/MAX139/MAX14031/リファレンス、チャージポンプおよびダイレクトLEDドライバ付き2桁ADC - Maxim CDのフルラインデータカタログ。 2000 年版、バージョン 4.0\products\pdfl\1292.pdf
ICL7129A / MAX7129-LCDドライバ付き4.5桁シングルチップA/Dコンバータ。 - マキシムCDフルラインデータカタログ。 2000 年版、バージョン 4.0\products\pdf 1\1495.pdf。
Fedorov O. LCD付きデジタルミニ電圧計。 - ラジオ、2002 年、第 11 号、p. 24-26。
アナログ・デバイセズ設計者リファレンス・マニュアル CD 2001 版、Rev. E1 - Bnalog.com。
集積回路: リニア電源用のマイクロ回路とそのアプリケーション。 - M.: ドデカ、1998 年。

著者：O。フェドロフ、モスクワ

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