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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Chips ADC de la familia ICL71X6 a tensión de alimentación reducida. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / diseñador radioaficionado Los chips ICL7106 son fabricados por Harris (Intersil). Maxim también produce circuitos integrados etiquetados como ICL7106 y su variante de micropotencia MAX130, así como el ICL7136 y su variante mejorada MAX131. El chip ICL1 mencionado en [7126] es un análogo de micropotencia del 7106. El Harris ICL7136 es un análogo de micropotencia del 7106 y reemplaza al ICL7126. El microcircuito KR572PV5 es fabricado por la empresa Mikron (Zelenograd); ADC KR1175PV5 es producido por el software Sapphire. Hay modificaciones del microcircuito 7106 con el modo "Retener": estas son 572PV8 (análogo a ICL7116), 572PV10 (fabricado por Alpha o Mikron) [1]. Los microcircuitos de la familia son completamente idénticos en pinout (para el paquete DIP-40) y circuitos de conmutación, pero tienen algunas características de circuito que conducen a diferencias en las características (voltaje de alimentación, consumo de corriente, ruido, estabilidad). Para todos los microcircuitos Maxim (y en ICL7136 Harris) apareció la cuarta fase en el diagrama de tiempo (ver [11]): corrección cero del integrador, que permite una recuperación más rápida del ADC después de una sobrecarga (recuperación de sobrerrango); en los microcircuitos MAX130/131, el error (error de vuelco) es menor que uno de los dígitos menos significativos. Una característica distintiva de los microcircuitos MAX130/131/138 es su fuente de voltaje de referencia interna (ION), que utiliza el efecto de banda prohibida para el silicio (Bandgap) [9]. Esto proporciona una mayor estabilidad de temperatura con un nivel de ruido más bajo en comparación con ION basado en Zener. La presencia de tal ION le permite expandir el rango de voltaje de suministro permitido de los microcircuitos MAX13x a 4,5 ... 14 V. El microcircuito MAX138 también se distingue por un inversor de potencia incorporado, que convierte un suministro unipolar externo en un bipolar interno. En esquemas típicos para el uso de microcircuitos ADC de esta serie, los valores de los elementos son algo diferentes. Los detalles se pueden encontrar en la documentación del fabricante. En [1] en la pág. Se presentan tablas 222-224 de diferencias en los parámetros de estos microcircuitos y los valores recomendados de los elementos. Los ADC (ICL7107 y sus análogos) diseñados para funcionar con indicadores LED no han sido estudiados por el autor, pero es necesario mencionarlos. En la documentación patentada para varios tipos de microcircuitos de esta familia, se considera un ejemplo específico de alimentación del ICL7107 desde una fuente "unipolar" de +5 V. Las condiciones bajo las cuales se permite una disminución en el voltaje de suministro son las siguientes:
Para el microcircuito ICL7107 (KR572PV2), la fuente de alimentación nominal es de ±5 V con un punto medio conectado a la salida correspondiente del microcircuito - GND (pin 21). Como resultado de esta conexión, la tensión de alimentación de la sección digital del ADC es fija, independientemente de la tensión de alimentación total. En el ADC ICL7106, a tensiones de alimentación inferiores a 6,8 V, la tensión de alimentación de la parte digital no se estabiliza, ya que el regulador interno no funciona. Las secciones analógicas, así como los reguladores de voltaje de ICL7106 e ICL7107, son iguales, lo que significa que las condiciones de energía de la sección digital del ADC son la única razón por la cual los fabricantes no permiten que el ICL7106 se use a voltaje reducido. . Las razones de la estabilización de la fuente de alimentación para la lógica digital se pueden encontrar en la inestabilidad de frecuencia del generador RC, que no afecta el proceso de medición solo de forma limitada, así como en algunas restricciones en la tensión de alimentación de la pantalla LCD. . El problema de la estabilidad de la frecuencia se puede resolver utilizando un resonador de cuarzo, y las pantallas LCD modernas funcionan normalmente con una amplitud de voltaje en los segmentos de al menos 3 V. Por lo tanto, no hay ninguna razón por la que no deba intentar usar el ICL7106 con un reducido voltaje de suministro Considere una variante de un voltímetro con un ADC, en el que el voltaje de la señal de entrada no exceda los 200 mV (ver Fig. 1 en [12] - un circuito de un voltímetro digital en miniatura). Solo una referencia externa y un interruptor de rango distinguen este dispositivo de un multímetro convencional. Con un diseño de voltímetro (sin divisor), se probó el ADC. Dicho ADC con un indicador tiene una buena repetibilidad y funciona con cualquiera de los tipos de microcircuitos enumerados de la familia considerada. En el diseño se probaron 20 chips ADC de siete tipos y fabricantes diferentes. Los resultados de la prueba se resumen en la tabla.
A continuación se dan algunos comentarios sobre los resultados de las mediciones de los parámetros del microchip. La tensión de alimentación U min corresponde al valor en el que las lecturas del indicador cambian en no más de un dígito menos significativo (e.m.r.). El valor de Uref (interno) es el voltaje ejemplar entre el pin de alimentación 1 y el pin 32 (COMÚN) cuando el voltaje de la fuente de alimentación es mayor que Ucr min (analógico), es decir, con estabilizadores de microcircuito interno. En este caso, el ION interno se carga con una corriente de suministro del ION externo de aproximadamente 105 μA. Parámetro Ust min (analógico, digital): el voltaje de suministro mínimo del microcircuito, en el que se encienden los estabilizadores de voltaje internos de las secciones analógica y digital del ADC, respectivamente. Rint min - resistencia mínima Rint = R9, en la que el ADC mantiene la linealidad al mismo tiempo en el voltaje de suministro mínimo (Upit min) y el voltaje máximo en la entrada del ADC de cualquier polaridad. El uso práctico de los valores dados puede ser el siguiente: para el tipo de ADC seleccionado, puede encontrar la resistencia Rint min correspondiente en la tabla y, aumentándola en un 20...30%, use el valor resultante en un diseño específico. En este caso, la frecuencia del generador debe ser de al menos 32,768 kHz, y la capacitancia Sint \u6d C0,22 \u5d XNUMX μF debe tener una tolerancia de no más del XNUMX%. La columna "Error" indica la diferencia en las lecturas en los puntos finales de la escala para voltaje positivo y negativo en la entrada. Para todos los tipos de ADC (según los datos del pasaporte), el parámetro debe ser menor que uno de los dígitos menos significativos. La última columna contiene datos experimentales sobre las lecturas del indicador cuando +UBX ADC está conectado al punto +Uref (el terminal izquierdo de la resistencia R8 según el diagrama debe conectarse al terminal superior R5). Este parámetro es un indicador generalizado muy importante del correcto funcionamiento y calidad del ADC. De acuerdo con la estructura interna del microcircuito, las lecturas actuales del ADC se expresan como un número igual a 1000 Uin / Uion. Parecería que si estos voltajes son iguales, el indicador siempre debería mostrar 1000 de manera precisa y estable. Sin embargo, incluso la documentación establece que las lecturas de 1000 o 999 se consideran aceptables. Para estabilizar la frecuencia del oscilador ADC incorporado, se utilizó un resonador de cuarzo de reloj convencional a una frecuencia de 32,768 kHz. Un intento de conectar un resonador de cuarzo para un reloj de acuerdo con un circuito típico (a las terminales 39 y 40 del ADC) no tuvo éxito. Algunas combinaciones de pares de microcircuitos y cuarzo no funcionan incluso con un voltaje de suministro nominal de 9 V. Como resultado de los experimentos, apareció una opción de conexión no estándar. De hecho, este es un generador RC típico, en el que el puente entre los pines 39 y 40 se reemplaza por un resonador de cuarzo. La resistencia de ajuste de frecuencia Rgen (en la Fig. 1 en [12] es R2 - 30 kOhm) es significativamente menor que la recomendada en la documentación [7, 8] - 100 kOhm para ICL7106 o 180 kOhm para ICL7136. Se ha establecido experimentalmente que un oscilador de este tipo arranca y funciona de manera estable a la frecuencia de cuarzo solo si el oscilador RC original (con cuarzo cerrado) en el límite inferior de la tensión de alimentación tiene su propia frecuencia más alta que la frecuencia del resonador de cuarzo. Con una disminución en el voltaje de suministro del microcircuito y una disminución correspondiente en el voltaje de suministro del generador RC, su frecuencia disminuye. El comportamiento del generador RC es diferente para diferentes tipos de ADC. El microcircuito KR572PV5 probado con los valores indicados de los elementos funcionó de manera estable a una tensión de alimentación superior a 4,2 V: el generador se apagó a una tensión de aproximadamente 3,3 ... 3,5 V, y con cuarzo el generador arrancó incluso a 4 V. ¡El apagado del generador RC, respectivamente, estaba en los intervalos de 130 ... 3,2 y 3,5 ... 2 ... 2,3 kHz)! En el diseño, casi todos los relojes de cuarzo a disposición del autor funcionaron normalmente cuando el voltaje de suministro cambió en el rango de 4 ... 9,5 V para los microcircuitos ADC enumerados en la tabla. Para suprimir la interferencia con frecuencias múltiplos de 50 Hz, la frecuencia del oscilador (Fgen) debe ser tal que durante el tiempo de integración (4000 períodos T del generador de reloj) se ajuste un número entero de K períodos (20 ms) de la tensión de red [2]. En otras palabras, Fgen \u1d 200 / T \u200d 100 / K, kHz, es decir, 67, 32,768, 200 kHz, etc. Para una mejor supresión de la interferencia con la frecuencia de la red, el valor de frecuencia seleccionado de 6 kHz no es ideal, pero tampoco muy diferente de la frecuencia calculada más próxima: 33,333/XNUMX = XNUMX kHz. En documentación de la empresa [7, 11] y artículos sobre el uso de ADC 1C1_71xx, se recomienda utilizar condensadores con un bajo coeficiente de absorción en el dieléctrico. Por lo general, no hay comentarios adicionales; sólo se indican valores específicos: si Sint es un condensador con dieléctrico cerámico, el error de linealidad de conversión es del orden del 0,1%, y con dieléctrico de poliestireno y polipropileno, 0,01 y 0,001%, respectivamente. Los condensadores K73-17 (0,22 uF a 63 V, dimensiones 12x10x6 mm) pueden considerarse una solución de compromiso al elegir entre precisión y dimensiones de diseño mínimas. Por lo tanto, el condensador integrador (en la placa de pruebas y en el minivoltímetro) se eligió del tipo K73-17, el condensador de autocorrección cero fue K73-30 (las dimensiones de K73-30, K73-39, K73-24V son más pequeños que los de K73-17), y C2 -K73 -17. Para ADC con fuente de alimentación de bajo voltaje, se utilizó una fuente de voltaje de referencia externa REF1004-1.2 (Burr-Broun/TI) en un paquete SOIC-8. Su tensión nominal es de 1,235 V, la corriente mínima de funcionamiento es de 10 µA. Puede usar microcircuitos LM285 / LM385Z-1.2 (NSC, LT, Motorola, Telcom) en el paquete TO-92 con un voltaje nominal de 1,235 V y una corriente mínima de operación de 10 μA, así como LM4041-1.2 o AO1580 (50 µA, 1,225 V) [13] . Como elemento de control de potencia se utilizó un detector de caída de tensión - KR1171SP42 en el paquete TO-92 [14]. Usando la información indicativa de la tabla sobre el voltaje de suministro mínimo +Uup min, puede elegir un detector con el voltaje de respuesta deseado para un tipo particular de ADC. La selección precisa del voltaje de umbral aumenta la eficiencia del uso de la batería. En tal diseño, puede usar cualquier detector de voltaje de suministro con un tipo de salida: colector abierto (drenaje abierto) o CMOS push-pull (CMOS) y un nivel lógico bajo activo. Estos son algunos de los tipos comunes (la mayoría en paquetes SOT-23): MCP120, MCP809(M), TCM809, TC54VN, TC12xx (Microchip), ADM809(L,M) (ADI), MC34xxx (Motorola), MAX809M (MAXIM ) etc Si se decide que no se requiere una fuente de alimentación estabilizada para la sección digital del ADC, el siguiente paso bastante lógico es excluir el regulador interno instalando un puente en XP2 (ver Fig. 1 en [12]). Esto aumenta el voltaje entre el pin 1 de alimentación positiva y el pin 37 (PRUEBA) en aproximadamente 1 V para el ICL7136 y 1,5 V para los otros tipos. La instalación del puente no tiene ningún efecto sobre el funcionamiento de la parte analógica, lo que se verificó en el diseño de los microcircuitos probados. No se utilizó puente durante la caracterización. Puede ser necesario en el caso de un resonador de cuarzo "fallido", si el oscilador interno no arranca bien, o con un indicador que requiere una gran tensión de alimentación. Entonces, si en un diseño amateur o industrial es necesario usar un microcircuito de la familia ICL71x6 con un voltaje de suministro de 5 ... 6 V, entonces, dado el margen de voltaje de suministro, puede usar un ADC sin convertidores de polaridad. Literatura
Autor: O. Fedorov, Moscú
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