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ICL7106/ICL7107三位半LCD/LED显示&A/D转换器ICL7106和ICL7107是高性能、低功耗的3位半A/D转换器，包含七段译码器、显示驱动器、参考源和时钟系统。ICL7106含有一背电极驱动线，适用于液晶显示（LCD）；ICL7107可直接驱动发光二极管（LED）管脚排列主要特点●保证零电平输入时，各量程的读值均为零●1pA典型输入电流●真正的差动输入和差动参考源，直接LCD显示驱动（IC7106）和LED显示驱动（IC7107）●低噪声（小于15μVp-p）●芯片集成基准时钟●低功耗--典型值小于10mW●无需外接有源电路极限参数（最大额定值）除非特别说明，Tamb=25℃参数符号范围单位电源电压ICL7106V+～V-15VICL7107V+～GND6ICL7107V-～GND-9模拟输入电压（任一输入注1）V+～V-参考源输入（任一输入）V+～V-时钟输入ICL7106Test～V+ICL7107Test～GND工作温度Topr0～+70℃贮存温度Tstg-65～+150℃热阻（典型值注2）ΦJA50℃/W最大结温150℃注1：输入电压允许超过电源电压，但输入电流必须限制在±100μA注2：电路安装在实验板上，在自由流通空气中测试ΦJA电气参数（除非特别说明，ICL7106和ICL7107均在环境温度Tamb=25℃，时钟频率Fclock=48Khz条件下测试。ICL7107的测试图见图2，所有元件管脚均焊接在PCB上）参数测试条件最小值典型值最大值单位系统性能指标零输入读值VIN=0.0V，满量程=200mV-000.0±000.0+000.0数字读数比例值读数VIN=VREF，VREF=100mV999999/10001000数字读数极性转换误差-VIN=+VIN≈200mV，当输入分别为两个极性相反、数值相等且接近满量程的电压时读数值的差异--±0.2±1字线性度满量程=200mV或2V，最直线间的最大偏差（注3）--±0.2±1字共模抑制比VCM=1V，VIN=1V，满量程=200mV--50--μV/V噪声VIN=0V，满量程=200mV（峰-峰间数值，不超过95%的时间）--15--μV输入端漏电流VIN=0（注3）110pA零读值漂移VIN=0，0℃至70℃（注3）--0.21μV/℃量程温度系数VIN=199mV，0℃至70℃（外部参考源0ppm/℃）（注3）--15ppm/℃正电源端电流VIN=0（不包括7107的LED输出电流）--1.01.8mA负电源端电流仅指ICL7107--0.61.8mA公共端模拟公共电压公共端与正电源间接25KΩ电阻（相对于正电源）2.43.03.2V模拟公共端温度系数公共端与正电源间接25KΩ电阻（相对于正电源）--80--ppm/℃显示驱动部分（仅指7106）字符段驱动电压峰峰值，背极驱动电压峰峰值V+至V-=9V（注4）45.56V显示驱动部分（仅指7107）字符段陷电流（19、20脚除外）V+=5V，字符段电压=3V58-mA19脚陷电流1016-mA20脚陷电流47-mA注3：设计保证，不作批生产测试注4：背电极驱动信号相位与不显示的字符段一致，与要显示的字符段成180°的相位，频率为20倍的转换频率，平均直流电压小于50mV应用参数选用参考振荡器频率fOSC=0.45/RC；COSC50pF；ROSC50kΩ；fOSC=48kHz（典型值）震荡周期tOSC=RC/0.45积分时钟频率Fclock=fOSC/4积分周期tINT=1000×（4/fOSC)60/50Hz工频抑制原则tINT/t60Hz或tINT/t50Hz=整数最佳积分电流IINT=4μA满量程模拟输入电压VINFS（典型值）=200mV或2V积分电阻RINT=VINFS/IINT积分电容CINT=（tINT）（IINT）/（VINT）积分器输出电压摆幅VINT=（tINT）（IINT）/（CINT）积分电压VINT最大摆幅（V-+0.5V）VINT（V+-0.5V），VINT典型值=2V显示数字显示字=1000×（Vin/VREF）转换周期tCYC=tCLOCK×4000；tCYC=tOSC×16000；当fOSC=48kHz，tCYC=333ms共模输入电压（V-+1V）VIN（V+-1V）自动校零电容0.01μFCAZ1μF参考电容0.1μFCREF1μF公共端电压VCOM偏置于Vi和V-之间VCOM≈V+-2.8VV+与V-间的电压差小于6.8V时，失去稳压功能；若VCOM被拉低至低于V+至V-间的一半，则VCOM电路关闭ICL7106的供电：单电源9VV+与V-之差为9V，部分的供电由内部产生，VGND≈V+-4.5VICL7106显示：LCD类型：由数字逻辑部分的电压摆动直接驱动ICL7107的供电：双电源±5.0VV+与GND之间为+5V；V–与GND之间为-5V；数字逻辑电路和LED的驱动电压为V+与GND之间的电压ICL7107显示：LED类型：未编码的共阳LED数码管功能说明1.模拟部分图3表示ICL7106和ICL7107的模拟部分。每个测量周期分为三个阶段，它们分别是1）自动校零阶段（A～Z）2）信号积分阶段（INT）3）反向积分阶段（DE）2.自动校零阶段在自动校零阶段做三件事。①内部高端输入和低端输入与外部管脚脱开，在内部与模拟公共管脚短接。②参考电容充电到参考电压值。③围绕整个系统形成一个闭合回路，对自动校零电容CAZ充电，补偿缓冲放大器、积分器和比较器的失调电压。由于比较器包含在回路中，因此自动校零的精度仅受限于系统噪声。任何情况下，折合到输入端的失调电压小于10μV。3.信号积分阶段在信号积分阶段，自动校零回路断开，内部断接点也脱开，内部高端输入和低端输入于外部管脚连接。转换器将INHI和INLO之间输入的差动输入电压进行一固定时间的积分，此差动输入电压可以在一个很宽的固定范围内：与正负电源的各为1V之内。另一方面，若该输入信号相对于转换器的电源电压没有回转，可将INLO连接到模拟公共端上，以建立正确的共模电压。在此积分阶段的最后，积分信号的极性也已经确定了。4.反向积分阶段最后一个阶段是反向积分阶段。低端输入在芯片内部连接到公共输入端，高端输入通过先前已充电的参考电容进行连接，内部电路能使电容的极性正确地连接以确保积分器的输入能回零。积分器的输出回零的时间正比于输入信号的大小。对应的数字输出为：显示值=1000×（VIN/VREF）。5.差动输入输入端能承受输入放大器允许的共模电压范围内的差动电压，即在比正电源低0.5V和比负电源高1V的范围。在此范围内，电路有86dB的共模抑制比。然而必须注意的是积分器的输出不能进入饱和区，一种最坏的情况可能是在输入端有一接近满量程的负向差动电压，同时又有一个较大的共模正向电压，负向的差动电压使得积分器的输出向正方向走，而此时积分器输出的正向摆幅又被正向共模电压所挤占；在这种严格的应用条件下，可适当的牺牲一些精度，将积分器输出电压摆幅降低到低于所推荐的2V满量程。积分器的输出可在比正电源低0.3V或比负电源高0.3V的范围内摆动而不影响线性度。6.差动参考源参考电压能够在转换器的电源电压范围内的任意位置产生。共模误差的主要来源是翻转电压，这是由于参考电容对其接点上的分布电容充电或放电而造成的。如果有一个较大的共模电压，在正电压输入下进行反向积分时，参考电容会得以充电（电压增加）；反之，在负电压输入下进行反向积分时，参考电容会失去电荷。这种由于正负输入电压而在参考电容上造成的电压差异会导致翻转误差。然而通过选择参考电容，使得它比分布电容大许多，则最坏情况下的误差可以控制在0.5个显示字之内。（参见元件值选用表）7.模拟公共端此管脚主要是在为电池供电的应用场合（ICL7106）或输入信号相对于供电电源是浮动的系统中建立一个公共电压而设置的。COMMON管脚设置的电压比正电源约低2.8V，这样的选择能使电池电压低至接近6V时仍能工作。然而，此模拟公共端有一些参考电压的特征。只有当总的供电电压足够高使得稳压管能工作时（7V），此公共点的电压才有较低的电压系数（0.001%/V）和较低的输入阻抗（≈15Ω），典型情况下温度系数小于80ppm/℃。另外，片上参考源的一些不足也必须充分予以重视。在ICL7107中，由于驱动LED数码管而导致的内部发热会使性能下降。由于塑封的热阻比陶瓷的大，因此塑封电路比瓷封电路在这方面的性能要差，由于参考源的温度系数、片上功耗和封装的热阻等原因，会使接近满量程的噪声从25μVP-P上升到80μVP-P。另外，高功耗（例如显示值为1000，二十段显示）与低功耗（例如显示值为1111，八段显示）使得线性度之差会达到一个字，甚至更多。参考源有正温度系数的电路在量程溢出时会多出几个字。这是因为溢出时三个低位数字均不显示，而处于低功耗状态。相似的，参考源为负温度系数的电路会在溢出和非溢出读值之间来回交替变化。这是由于芯片不断被加热和冷却的结果。所有这些问题在使用外部参考源时自然就解决了。ICL7106由于功耗很小，可以忽略，基本上没有上述这些问题。在两种电路的应用中，都可以方便的加上外部参考源，见图4.8.测试管脚TEST管脚提供两个功能。在ICL7106电路中，它通过一500Ω的电阻连接到内部产生的数字部分电源。这样，它能提供外部产生的LCD字符端驱动电路的负电源。这些LCD驱动器可用来驱动显示小数点或其它用户希望在LCD上显示的图形和字符。图5和图6表示了这样的应用，注意这时所加的负载电流不能超过1mA。第二个功能是“显示测试”。当TEST管脚置于高电平时（接V+），所有的LCD驱动端都显示，显示为“1888”，在这种方式下，TEST管脚可陷入大约15mA的电流。注：在显示测试方式下，所有的显示端都有一固定的直流电压（没有方波），如果持续时间较长会损坏LCD。9.数字部分图7和图8分别画出了ICL7106和ICL7107的数字部分框图。在ICL7106中，有6V的稳压二极管和一个很大的P沟道场效应管构成的源极跟随器形成了内部数字地，这样的电源连接方式在背极（BP）电压以方波输出时可吸纳较大的容性电流。背极电压的频率为时钟频率除以800，在每次三秒读数刷新速率时，它为60Hz的方波。标称电压幅度为5V；LCD的端驱动电压与此背极电压同频、同幅，不显示时为同相，显示时为反向。在各种条件下，字符段两端的平均直流电压可以忽略。ICL7107的数字部分，除了去掉了稳压部分和背极驱动以及将字符驱动电流由2mA增加至8mA以满足仪表上用的共阳LED数码管的驱动要求外，其余与ICL7106是一样的。由于千位的输出（19脚）要驱动两个LED段，它的驱动能力加大一倍，达到16mA。在这两种器件中，有负电压输入时，极性符号会被显示（点亮）。必要时若低端输入（INLO）和高端输入（INHI）反接，则该指示也会反过来。10.系统定时图9画出了ICL7106和ICL7107的时钟连接方式，用户可在这两种基本连接方式中选择一种使用。1）如图9A中所示，一外接振荡器连接到40脚2）如图9B中所示，用38、39、40三个管脚构成R-C振荡器该振荡频率被除以4，然后再进入下一级计数器，以形成一个测量周期的三个阶段。它们是信号积分阶段（1000个计数值）、参考源反向积分阶段（0至2000个计数值）和自动校零阶段（1000至3000个计数值）。在输入信号小于满量程时，自动校零将参考源中未用足的部分进行反积分。这样，使得一个完整的测量过程为4000个计数值（16000个时钟脉冲），而与输入信号无关。需要每秒三次的读数刷新速率时，可选用48KHz的振荡频率。为使电路对60KHz的工频有最大的抑制能力，信号积分阶段的时间应为60KHz工频的整数值，这样可选的振荡频率为240KHz、120KHz、80KHz、60KHz、48KHz、40KHz、3313KHz等；同样地，为了对50KHz工频有最好的抑制