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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Chip ADC della famiglia ICL71X6 a tensione di alimentazione ridotta. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Progettista radioamatore I chip ICL7106 sono prodotti da Harris (Intersil). Maxim produce anche circuiti integrati etichettati ICL7106 e la sua variante a micropotenza MAX130, nonché ICL7136 e la sua variante migliorata MAX131. Il chip ICL1 citato in [7126] è un analogo a micropotenza del 7106. L'Harris ICL7136 è un analogo a micropotenza del 7106 e sostituisce l'ICL7126. Il microcircuito KR572PV5 è prodotto dall'impresa Mikron (Zelenograd); ADC KR1175PV5 è prodotto dal software Sapphire. Esistono modifiche del microcircuito 7106 con la modalità "Hold": si tratta di 572PV8 (analogo a ICL7116), 572PV10 (prodotto da Alpha o Mikron) [1]. I microcircuiti della famiglia sono completamente identici nel pinout (per il pacchetto DIP-40) e nei circuiti di commutazione, ma presentano alcune caratteristiche circuitali che portano a differenze nelle caratteristiche (tensione di alimentazione, consumo di corrente, rumore, stabilità). Per tutti i microcircuiti Maxim (e in ICL7136 Harris) la quarta fase è apparsa nel diagramma di temporizzazione (vedi [11]) - correzione dello zero dell'integratore, che consente un ripristino ADC più rapido dopo il sovraccarico (ripristino dell'overrange); nei microcircuiti MAX130/131 l'errore (rollover error) è minore di una delle cifre meno significative. Una caratteristica distintiva dei microcircuiti MAX130/131/138 è la loro sorgente di tensione di riferimento interna (ION), che utilizza l'effetto band gap per il silicio (Bandgap) [9]. Ciò offre una maggiore stabilità della temperatura a un livello di rumore inferiore rispetto a ION basato su Zener. La presenza di un tale ION consente di espandere l'intervallo di tensione di alimentazione consentito dei microcircuiti MAX13x a 4,5 .... 14 V. Il microcircuito MAX138 si distingue anche per un inverter di potenza integrato, che converte un'alimentazione unipolare esterna in un bipolare interno. Negli schemi tipici per l'utilizzo dei microcircuiti ADC di queste serie, i valori degli elementi sono leggermente diversi. I dettagli possono essere trovati nella documentazione del produttore. In [1] a pag. Vengono presentate le tabelle 222-224 delle differenze nei parametri di questi microcircuiti e i valori consigliati degli elementi. Gli ADC (ICL7107 e suoi analoghi) progettati per funzionare con indicatori LED non sono stati studiati dall'autore, ma è necessario menzionarli. Nella documentazione proprietaria per vari tipi di microcircuiti di questa famiglia, viene considerato un esempio specifico di alimentazione dell'ICL7107 da una sorgente "unipolare" di +5 V. Le condizioni in cui è consentita una diminuzione della tensione di alimentazione sono le seguenti:
Per il microcircuito ICL7107 (KR572PV2), l'alimentazione nominale è ±5 V con un punto medio collegato all'uscita corrispondente del microcircuito - GND (pin 21). Come risultato di questa connessione, la tensione di alimentazione della sezione digitale dell'ADC è fissa, indipendentemente dalla tensione di alimentazione totale. Nell'ADC ICL7106, a tensioni di alimentazione inferiori a 6,8 V, la tensione di alimentazione della parte digitale non è stabilizzata, poiché il regolatore interno non funziona. Le sezioni analogiche, così come i regolatori di tensione dell'ICL7106 e dell'ICL7107, sono le stesse, il che significa che le condizioni di alimentazione della sezione digitale dell'ADC sono l'unico motivo per cui i produttori non consentono l'utilizzo dell'ICL7106 a tensione ridotta . Le ragioni della stabilizzazione dell'alimentazione per la logica digitale possono essere trovate nell'instabilità di frequenza del generatore RC, che non influisce solo in misura limitata sul processo di misurazione, nonché in alcune restrizioni sulla tensione di alimentazione dell'LCD . Il problema della stabilità della frequenza può essere risolto utilizzando un risonatore al quarzo e i moderni LCD funzionano normalmente con un'ampiezza di tensione sui segmenti di almeno 3 V. Pertanto, non vi è alcun motivo per cui non si dovrebbe provare a utilizzare l'ICL7106 con un ridotto tensione di alimentazione. Considera una variante di un voltmetro con un ADC, in cui la tensione del segnale di ingresso non supera i 200 mV (vedi Fig. 1 in [12] - un circuito di un voltmetro digitale in miniatura). Solo un riferimento esterno e un interruttore di portata distinguono questo dispositivo da un multimetro convenzionale. Con un layout voltmetro (senza divisore), è stato testato l'ADC. Tale ADC con un indicatore ha una buona ripetibilità ed è utilizzabile con uno qualsiasi dei tipi di microcircuiti elencati della famiglia considerata. Nel layout sono stati testati 20 chip ADC di sette diversi tipi e produttori. I risultati del test sono riassunti nella tabella.
Di seguito sono riportati alcuni commenti sui risultati delle misurazioni dei parametri del microchip. La tensione di alimentazione U min corrisponde al valore al quale le letture dell'indicatore cambiano di non più di una cifra meno significativa (e.m.r.). Il valore di Uref (interno) è la tensione esemplare tra il pin di alimentazione 1 e il pin 32 (COMUNE) quando la tensione di alimentazione è maggiore di Ucr min (analogico), cioè con stabilizzatori interni del microcircuito. In questo caso, lo ION interno è caricato con una corrente di alimentazione dello ION esterno di circa 105 μA. Parametro Ust min (analogico, digitale) - la tensione di alimentazione minima del microcircuito, alla quale vengono attivati rispettivamente gli stabilizzatori di tensione interni delle sezioni analogica e digitale dell'ADC. Rint min - resistenza minima Rint = R9, alla quale l'ADC mantiene la linearità contemporaneamente alla minima tensione di alimentazione (Upit min) e alla massima tensione all'ingresso dell'ADC di qualsiasi polarità. L'utilizzo pratico dei valori riportati può essere il seguente: per il tipo di ADC selezionato, è possibile trovare nella tabella la corrispondente resistenza Rint min e, aumentandola del 20...30%, utilizzare il valore risultante in un disegno specifico. In questo caso, la frequenza del generatore deve essere di almeno 32,768 kHz e la capacità Sint \u6d C0,22 \u5d XNUMX μF deve avere una tolleranza non superiore al XNUMX%. La colonna "Errore" indica la differenza nelle letture ai punti estremi della scala per tensione positiva e negativa all'ingresso. Per tutti i tipi di ADC (secondo i dati del passaporto), il parametro deve essere inferiore a una delle cifre meno significative. L'ultima colonna contiene dati sperimentali sulle letture dell'indicatore quando +UBX ADC è collegato al punto +Uref (il terminale sinistro del resistore R8 secondo lo schema deve essere collegato al terminale superiore R5). Questo parametro è un indicatore generalizzato molto importante del corretto funzionamento e della qualità dell'ADC. In accordo con la struttura interna del microcircuito, le letture correnti dell'ADC sono espresse come un numero pari a 1000 Uin / Uion - Sembrerebbe che se queste tensioni sono uguali, l'indicatore dovrebbe sempre mostrare in modo accurato e stabile 1000. Tuttavia, anche la documentazione afferma che le letture di 1000 o 999 sono considerate accettabili. Per stabilizzare la frequenza dell'oscillatore ADC incorporato, è stato utilizzato un risonatore al quarzo di clock convenzionale a una frequenza di 32,768 kHz. Un tentativo di collegare un risonatore al quarzo per un orologio secondo un circuito tipico (ai terminali 39 e 40 dell'ADC) non ha avuto successo. Alcune combinazioni di coppie microcircuito-quarzo non funzionano nemmeno con una tensione di alimentazione nominale di 9 V. A seguito di esperimenti, è apparsa un'opzione di connessione non standard. Si tratta infatti di un tipico generatore RC, in cui il jumper tra i pin 39 e 40 è sostituito da un risonatore al quarzo. La resistenza di impostazione della frequenza Rgen (in Fig. 1 in [12] è R2 - 30 kOhm) è significativamente inferiore a quella raccomandata nella documentazione [7, 8] - 100 kOhm per ICL7106 o 180 kOhm per ICL7136. È stato sperimentato sperimentalmente che un tale oscillatore si avvia e funziona stabilmente alla frequenza del quarzo solo se l'oscillatore RC originale (con quarzo chiuso) al limite inferiore della tensione di alimentazione ha una propria frequenza superiore alla frequenza del risonatore al quarzo. Con una diminuzione della tensione di alimentazione del microcircuito e una corrispondente diminuzione della tensione di alimentazione del generatore RC, la sua frequenza diminuisce. Il comportamento del generatore RC è diverso per i diversi tipi di ADC. Il microcircuito KR572PV5 testato con i valori indicati degli elementi ha funzionato stabilmente a una tensione di alimentazione superiore a 4,2 V: il generatore si è spento a una tensione di circa 3,3 ... 3,5 V, e con il quarzo il generatore si è avviato anche a 4 V. spegnimento del generatore RC, rispettivamente, erano negli intervalli di 130 ... 3,2 e 3,5 ... 2...2,3 kHz)! Nel layout, quasi tutti i quarzi dell'orologio a disposizione dell'autore hanno funzionato normalmente quando la tensione di alimentazione è cambiata nell'intervallo 4 ... 9,5 V per i microcircuiti ADC elencati nella tabella. Per sopprimere i disturbi con frequenze multiple di 50 Hz, la frequenza dell'oscillatore (Fgen) deve essere tale che durante il tempo di integrazione (4000 periodi T del generatore di clock) si adatti un numero intero di K periodi (20 ms) della tensione di rete [2]. In altre parole, Fgen \u1d 200 / T \u200d 100 / K, kHz, ad es. 67, 32,768, 200 kHz, ecc. Per una migliore soppressione delle interferenze con la frequenza di rete, il valore di frequenza selezionato di 6 kHz non è l'ideale, ma non molto diverso neanche dalla frequenza calcolata più vicina: 33,333/XNUMX = XNUMX kHz. Nella documentazione aziendale [7, 11] e negli articoli sull'uso dell'ADC 1C1_71xx, si consiglia di utilizzare condensatori con un basso coefficiente di assorbimento nel dielettrico. Di solito non ci sono commenti aggiuntivi; sono indicati solo valori specifici: se Sint è un condensatore con dielettrico ceramico, l'errore di linearità di conversione è dell'ordine dello 0,1%, e con dielettrico in polistirene e polipropilene, rispettivamente 0,01 e 0,001%. I condensatori K73-17 (0,22 uF a 63 V, dimensioni 12x10x6 mm) possono essere considerati una soluzione di compromesso quando si sceglie tra precisione e dimensioni minime di progettazione. Pertanto, il condensatore integratore (sulla breadboard e nel minivoltmetro) è stato scelto del tipo K73-17, il condensatore di autocorrezione zero era K73-30 (le dimensioni di K73-30, K73-39, K73-24V sono più piccoli di quelli di K73-17) e C2 -K73 -17. Per l'ADC con alimentazione a bassa tensione, è stata utilizzata una sorgente di tensione di riferimento esterna REF1004-1.2 (Burr-Broun/TI) in un contenitore SOIC-8. La sua tensione nominale è di 1,235 V, la corrente minima di funzionamento è di 10 µA. È possibile utilizzare i microcircuiti LM285 / LM385Z-1.2 (NSC, LT, Motorola, Telcom) nel pacchetto TO-92 con una tensione nominale di 1,235 V e una corrente operativa minima di 10 μA, nonché LM4041-1.2 o AO1580 (50 μA, 1,225 V) [13] . Come elemento di controllo dell'alimentazione, è stato utilizzato un rilevatore di caduta di tensione - KR1171SP42 nel pacchetto TO-92 [14]. Utilizzando le informazioni indicative della tabella sulla tensione minima di alimentazione +Uup min, è possibile scegliere un rivelatore con la tensione di risposta desiderata per un particolare tipo di ADC. La selezione precisa della tensione di soglia aumenta l'efficienza dell'uso della batteria. In tale progetto, è possibile utilizzare qualsiasi rilevatore di tensione di alimentazione con un tipo di uscita: collettore aperto (drain aperto) o CMOS push-pull (CMOS) e un livello logico basso attivo. Ecco alcuni dei tipi più comuni (la maggior parte nei pacchetti SOT-23): MCP120, MCP809(M), TCM809, TC54VN, TC12xx (Microchip), ADM809(L,M) (ADI), MC34xxx (Motorola), MAX809M (MAXIM ) ecc. Se si decide che non è necessaria un'alimentazione stabilizzata per la sezione digitale dell'ADC, il passo successivo, abbastanza logico, è escludere il regolatore interno installando un ponticello su XP2 (vedi Fig. 1 in [12]). Ciò aumenta la tensione tra il pin di alimentazione positivo 1 e il pin 37 (TEST) di circa 1 V per ICL7136 e 1,5 V per gli altri tipi. L'installazione del ponticello non ha alcun effetto sul funzionamento della parte analogica, che è stata verificata nel layout sui microcircuiti testati. Nessun ponticello è stato utilizzato durante la caratterizzazione. Potrebbe essere necessario nel caso di un risonatore al quarzo "guasto", se l'oscillatore interno non si avvia bene o con un indicatore che richiede una grande tensione di alimentazione. Quindi, se in un progetto amatoriale o industriale è necessario utilizzare un microcircuito della famiglia ICL71x6 con una tensione di alimentazione di 5 ... 6 V, allora, dato il margine della tensione di alimentazione, è possibile utilizzare un ADC senza convertitori di polarità. Letteratura
Autore: O. Fedorov, Mosca
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