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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Chips ADC da família ICL71X6 com tensão de alimentação reduzida. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Designer de rádio amador Os chips ICL7106 são fabricados pela Harris (Intersil). A Maxim também produz ICs rotulados como ICL7106 e sua variante de micropotência MAX130, bem como o ICL7136 e sua variante aprimorada MAX131. O chip ICL1 mencionado em [7126] é um análogo de microalimentação do 7106. O Harris ICL7136 é um análogo de microalimentação do 7106 e substitui o ICL7126. O microcircuito KR572PV5 é fabricado pela empresa Mikron (Zelenograd); ADC KR1175PV5 é produzido pelo software Sapphire. Existem modificações do microcircuito 7106 com o modo "Hold" - são 572PV8 (análogo ao ICL7116), 572PV10 (fabricado pela Alpha ou Mikron) [1]. Os microcircuitos da família são completamente idênticos em pinagem (para o pacote DIP-40) e circuitos de comutação, mas possuem algumas características de circuito que levam a diferenças de características (tensão de alimentação, consumo de corrente, ruído, estabilidade). Para todos os microcircuitos Maxim (e no ICL7136 Harris), a quarta fase apareceu no diagrama de temporização (consulte [11]) - correção de zero do integrador, que permite uma recuperação mais rápida do ADC após sobrecarga (recuperação de sobrefaixa); nos microcircuitos MAX130/131, o erro (erro de rollover) é menor que um dos dígitos menos significativos. Uma característica distintiva dos microcircuitos MAX130/131/138 é sua fonte de tensão de referência interna (ION), que usa o efeito de intervalo de banda para silício (Bandgap) [9]. Isso proporciona maior estabilidade de temperatura com menor nível de ruído em comparação com o ION baseado em Zener. A presença de tal ION permite expandir a faixa de tensão de alimentação permitida dos microcircuitos MAX13x para 4,5 .... 14 V. O microcircuito MAX138 também se distingue por um inversor de energia embutido, que converte uma alimentação unipolar externa em uma bipolar interna. Em esquemas típicos para o uso de microcircuitos ADC dessas séries, os valores dos elementos são um pouco diferentes. Detalhes podem ser encontrados na documentação do fabricante. Em [1] na pág. 222-224 tabelas de diferenças nos parâmetros desses microcircuitos e os valores recomendados dos elementos são apresentados. Os ADCs (ICL7107 e seus análogos) projetados para funcionar com indicadores LED não foram estudados pelo autor, mas é necessário mencioná-los. Na documentação proprietária de vários tipos de microcircuitos desta família, é considerado um exemplo específico de alimentação do ICL7107 a partir de uma fonte "unipolar" de +5 V. As condições sob as quais uma diminuição na tensão de alimentação é permitida são as seguintes:
Para o microcircuito ICL7107 (KR572PV2), a fonte de alimentação nominal é de ±5 V com um ponto médio conectado à saída correspondente do microcircuito - GND (pino 21). Como resultado desta conexão, a tensão de alimentação da seção digital do ADC é fixa, independentemente da tensão de alimentação total. No ADC ICL7106, em tensões de alimentação inferiores a 6,8 V, a tensão de alimentação da parte digital não é estabilizada, pois o regulador interno não funciona. As seções analógicas, bem como os reguladores de tensão do ICL7106 e ICL7107, são os mesmos, o que significa que as condições de energia da seção digital do ADC são a única razão pela qual os fabricantes não permitem que o ICL7106 seja usado em tensão reduzida. As razões para a estabilização da fonte de alimentação para lógica digital podem ser encontradas na instabilidade de frequência do gerador RC, que não afeta o processo de medição apenas de forma limitada, bem como em algumas restrições na tensão de alimentação do LCD. A questão da estabilidade de frequência pode ser resolvida usando um ressonador de quartzo, e os LCDs modernos funcionam normalmente com uma amplitude de tensão nos segmentos de pelo menos 3 V. Portanto, não há razão para não tentar usar o ICL7106 com uma tensão de alimentação reduzida. Considere uma variante de um voltímetro com um ADC, no qual a tensão do sinal de entrada não exceda 200 mV (consulte a Fig. 1 em [12] - um circuito de um voltímetro digital em miniatura). Somente uma referência externa e uma chave de faixa distinguem este dispositivo de um multímetro convencional. Com um layout de voltímetro (sem divisor), o ADC foi testado. Tal ADC com um indicador tem boa repetibilidade e é operável com qualquer um dos tipos listados de microcircuitos da família considerada. No layout, foram testados 20 chips ADC de sete tipos e fabricantes diferentes. Os resultados do teste estão resumidos na tabela.
Alguns comentários sobre os resultados das medições dos parâmetros do microchip são dados abaixo. A tensão de alimentação U min corresponde ao valor no qual as leituras do indicador mudam em não mais do que um dígito menos significativo (e.m.r.). O valor de Uref (interno) é a tensão exemplar entre o pino de alimentação 1 e o pino 32 (COMUM) quando a tensão da fonte de alimentação é maior que Ucr min (analógico), ou seja, com estabilizadores de microcircuito interno. Neste caso, o ION interno é carregado com uma corrente de alimentação do ION externo de cerca de 105 μA. Parâmetro Ust min (analógico, digital) - a tensão mínima de alimentação do microcircuito, na qual os estabilizadores de tensão internos das seções analógica e digital do ADC são ativados, respectivamente. Rint min - resistência mínima Rint = R9, na qual o ADC mantém a linearidade ao mesmo tempo na tensão mínima de alimentação (Upit min) e na tensão máxima na entrada do ADC de qualquer polaridade. O uso prático dos valores fornecidos pode ser o seguinte: para o tipo de ADC selecionado, você pode encontrar a resistência Rint min correspondente na tabela e, aumentando-a em 20...30%, use o valor resultante em um projeto específico. Nesse caso, a frequência do gerador deve ser de pelo menos 32,768 kHz e a capacitância Sint \u6d C0,22 \u5d XNUMX μF deve ter tolerância não superior a XNUMX%. A coluna "Error" indica a diferença nas leituras nos pontos finais da escala para tensão positiva e negativa na entrada. Para todos os tipos de ADC (de acordo com os dados do passaporte), o parâmetro deve ser menor que um dos dígitos menos significativos. A última coluna contém dados experimentais sobre as leituras do indicador quando +UBX ADC está conectado ao ponto +Uref (o terminal esquerdo do resistor R8 de acordo com o diagrama deve ser conectado ao terminal superior R5). Este parâmetro é um indicador generalizado muito importante do correto funcionamento e qualidade do ADC. De acordo com a estrutura interna do microcircuito, as leituras atuais do ADC são expressas como um número igual a 1000 Uin / Uion - Parece que, se essas tensões forem iguais, o indicador deve sempre mostrar 1000 com precisão e estabilidade. Para estabilizar a frequência do oscilador ADC embutido, foi usado um ressonador de quartzo de relógio convencional a uma frequência de 32,768 kHz. Uma tentativa de conectar um ressonador de quartzo a um relógio de acordo com um circuito típico (aos terminais 39 e 40 do ADC) não teve sucesso. Algumas combinações de pares microcircuito-quartzo não funcionam mesmo com uma tensão de alimentação nominal de 9 V. Como resultado de experimentos, apareceu uma opção de conexão não padrão. Na verdade, este é um gerador RC típico, no qual o jumper entre os pinos 39 e 40 é substituído por um ressonador de quartzo. A resistência de ajuste de frequência Rgen (na Fig. 1 em [12] é R2 - 30 kOhm) é significativamente menor do que o recomendado na documentação [7, 8] - 100 kOhm para ICL7106 ou 180 kOhm para ICL7136. Foi estabelecido experimentalmente que tal oscilador inicia e opera de forma estável na frequência de quartzo somente se o oscilador RC original (com quartzo fechado) no limite inferior da tensão de alimentação tiver sua própria frequência maior que a frequência do ressonador de quartzo. Com uma diminuição na tensão de alimentação do microcircuito e uma diminuição correspondente na tensão de alimentação do gerador RC, sua frequência diminui. O comportamento do gerador RC é diferente para diferentes tipos de ADC. O chip KR572PV5 testado com os valores indicados dos elementos funcionou de forma estável com uma tensão de alimentação acima de 4,2 V: o gerador desligou com uma tensão de cerca de 3,3 ... 3,5 continuou a funcionar mesmo com uma tensão de alimentação de 4 .. 130 V (Fgen = 3,2 ... 3,5 kHz)! No layout, quase todos os quartzos de relógio à disposição do autor funcionaram normalmente quando a tensão de alimentação mudou na faixa de 4 ... 9,5 V para os microcircuitos ADC listados na tabela. Para suprimir a interferência com frequências múltiplas de 50 Hz, a frequência do oscilador (Fgen) deve ser tal que durante o tempo de integração (4000 períodos T do gerador de clock) um número inteiro de K períodos (20 ms) da tensão de rede se encaixe [2]. Em outras palavras, Fgen \u1d 200 / T \u200d 100 / K, kHz, ou seja, 67, 32,768, 200 kHz etc. Na documentação da empresa [7, 11] e nos artigos sobre o uso do ADC 1C1_71xx, recomenda-se o uso de capacitores com baixo coeficiente de absorção no dielétrico. Normalmente não há comentários adicionais; apenas valores específicos são indicados: se Sint for um capacitor com dielétrico cerâmico, o erro de linearidade de conversão é da ordem de 0,1%, e com dielétrico de poliestireno e polipropileno, 0,01 e 0,001%, respectivamente. Os capacitores K73-17 (0,22 uF a 63 V, dimensões 12x10x6 mm) podem ser considerados uma solução de compromisso ao escolher entre precisão e dimensões mínimas de design. Portanto, o capacitor integrador (na protoboard e no minivoltímetro) foi escolhido do tipo K73-17, o capacitor de autocorreção zero foi K73-30 (as dimensões de K73-30, K73-39, K73-24V são menores que as de K73-17) e C2 -K73-17. Para ADC com fonte de alimentação de baixa tensão, uma fonte de tensão de referência externa REF1004-1.2 (Burr-Broun/TI) em um pacote SOIC-8 foi usada. Sua tensão nominal é de 1,235 V, a corrente operacional mínima é de 10 µA. Você pode usar microcircuitos LM285/LM385Z-1.2 (NSC, LT, Motorola, Telcom) no pacote TO-92 com uma tensão nominal de 1,235 V e uma corrente operacional mínima de 10 μA, bem como LM4041-1.2 ou AO1580 (50 μA, 1,225 V) [13]. Como elemento de controle de potência, foi utilizado um detector de queda de tensão - KR1171SP42 no pacote TO-92 [14]. Usando as informações indicativas da tabela sobre a tensão mínima de alimentação +Uup min, você pode escolher um detector com a tensão de resposta desejada para um determinado tipo de ADC. A seleção precisa da tensão limite aumenta a eficiência do uso da bateria. Em tal projeto, você pode usar qualquer detector de tensão de alimentação com um tipo de saída - coletor aberto (dreno aberto) ou CMOS push-pull (CMOS) e um nível lógico baixo ativo. Aqui estão alguns dos tipos comuns (a maioria no pacote SOT-23): MCP120, MCP809(M), TCM809, TC54VN, TC12xx (Microchip), ADM809(L,M) (ADI), MC34xxx (Motorola), MAX809M (MAXIM), etc. Se for decidido que uma fonte de alimentação estabilizada não é necessária para a seção digital do ADC, o próximo passo bastante lógico é excluir o regulador interno instalando um jumper no XP2 (ver Fig. 1 em [12]). Isso aumenta a tensão entre o pino de alimentação positiva 1 e o pino 37 (TEST) em aproximadamente 1 V para o ICL7136 e 1,5 V para os outros tipos. A instalação do jumper não afeta o funcionamento da parte analógica, o que foi verificado no layout dos microcircuitos testados. Nenhum jumper foi usado durante a caracterização. Pode ser necessário no caso de um ressonador de quartzo "com falha", se o oscilador interno não iniciar bem ou com um indicador que requer uma grande tensão de alimentação. Portanto, se em um projeto amador ou industrial for necessário usar um microcircuito da família ICL71x6 com tensão de alimentação de 5 ... 6 V, então, dada a margem de tensão de alimentação, você pode usar um ADC sem conversores de polaridade. Literatura
Autor: O. Fedorov, Moscou
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