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(1) 3_1/2位雙積分型A/D轉換器ICL7107功能與特點



① ICL7107是3_1/2位雙積分型A/D轉換器，屬于CMoS大規模集成電路，它的最大顯示值為士1999，最小分辨率為100uV，轉換精度為0.05士1 個字。

② 能直接驅動共陽極LED數碼管，不需要另加驅動器件，使整機線路簡化，采用士5V兩組電源供電，并將第21腳的GND接第30腳的IN 。

③ 在芯片內部從V+與COM之間有一個穩定性很高的2.8V基準電源，通過電阻分壓器可獲得所需的基準電壓V_REF 。

④ 能通過內部的模擬開關實現自動調零和自動極性顯示功能。

⑤ 輸入阻抗高，對輸入信號無衰減作用。

⑥ 整機組裝方便，無需外加有源器件，配上電阻、電容和LED共陽極數碼管，就能構成一只直流數字電壓表頭。

⑦ 噪音低，溫漂小，具有良好的可靠性，壽命長。

⑧ 芯片本身功耗小于15mw（不包括LED）。

⑨ 不設有一專門的小數點驅動信號。使用時可將LED共陽極數數碼管公共陽極接V+.

⑩ 可以方便的進行功能檢查。

圖1 ICL7107的引腳圖及典型電路。

(2) ICL7107引腳功能及主要電氣參數



V＋和V-分別為電源的正極和負極，

au-gu,aT-gT,aH-gH：分別為個位、十位、百位筆畫的驅動信號，依次接個位、十位、百位LED顯示器的相應筆畫電極。

Bck：千位筆畫驅動信號。接千位LEO顯示器的相應的筆畫電極。

PM：液晶顯示器背面公共電極的驅動端，簡稱背電極。

Oscl-OSc3 ：時鐘振蕩器的引出端，外接阻容或石英晶體組成的振蕩器。第38腳至第40腳電容量的選擇是根據下列公式來決定：

Fosl = 0.45/RC

COM ：模擬信號公共端，簡稱“模擬地”，使 用時一般與輸入信號的負端以及基準電壓的負極相連。

TEST ：測試端，該端經過500歐姆電阻接至邏輯電路的公共地，故也稱“邏輯地”或“數字地”。

VREF＋ VREF- ：基準電壓正負端。

CREF：外接基準電容端。

INT：27是一個積分電容器，必須選擇溫度系數小不致使積分器的輸入電壓產生漂移現象的元件

IN＋和IN- ：模擬量輸入端，分別接輸入信號的正端和負端。

AZ：積分器和比較器的反向輸入端，接自動調零電容CAz 。如果應用在200mV滿刻度的場合是使用0.47μF，而2V滿刻度是0.047μF。

BUF：緩沖放大器輸出端，接積分電阻Rint。其輸出級的無功電流( idling current )是100μA，而緩沖器與積分器能夠供給20μA的驅動電流，從此腳接一個Rint至積分電容器，其值在滿刻度200mV時選用47K，而2V滿刻度則使用470K。

ICL7107主要參數：

其振蕩周期Tc=2RCIn1.5=2.2RC 。

圖2 ICL7107A/D轉換器原理

計數器對反向積分過程的時鐘脈沖進行計數。控制邏輯包括分頻器、譯碼器、相位驅動器、控制器和鎖存器。

分頻器用來對時鐘脈沖逐漸分頻，得到所需的計數脈沖fc和共陽極LED數碼管公共電極所需的方波信號fc。

譯碼器為BCD-7段譯碼器，將計數器的BCD碼譯成LED數碼管七段筆畫組成數字的相應編碼。

驅動器是將譯碼器輸出對應于共陽極數碼管七段筆畫的邏輯電平變成驅動相應筆畫的方波。

控制器的作用有三個：第一，識別積分器的工作狀態，適時發出控制信號，使各模擬開關接通或斷開，A/D轉換器能循環進行。第二，識別輸入電壓極性，控制LED數碼管的負號顯示。第二，當輸入電壓超量限時發出溢出信號，使千位顯示“1" ，其余碼全部熄滅。

釣鎖存器用來存放A/D轉換的結果，鎖存器的輸出經譯碼器后驅動LED 。它的每個測量周期自動調零（AZ）、信號積分（INT）和反向積分（DE）三個階段。

第一階段：自動調零階段AZ

轉換開始前（轉換控制信號VL=0) ，先將計時器清零，并接通開關S0 ，使積分電容C完全放電。

第二階段：信號積分INT

令開關S1合到輸入信號V1一側，積分器對V1進行固定時間Tl的積分，積分結果為：

上式說明，在Tl固定條件下V0與Vl成正比。

第三階段：反向積分DE

令開關S1轉至參考電壓VREF一側，積分器反向積分。如果積分器的輸出電壓上升至必零時，所經過的積分時間T2則可得，

故可得到，

可見，反向積分到V0=0這段時間T2與Vl成正比。令時鐘脈沖CD的周期為Tc，計數扔器在T2時間內計數值為N得：T2=NTc

代入上式得：



分析可知：T1,Tc，V_REF固定不變，計數值N僅與VIN成正比，實現了模擬量到數字量的轉變。

下面介紹A/D轉化過程的時間分配。假設時鐘脈沖頻率為40KHz，每個周期為4000Tc,

如圖3所示，每個測量周期中三個階段工作自動循環。

圖3 雙積分型A/D轉換器的電壓波形圖

各階段時間分配如下

①信號積分時間Tl用1000Tc 。

②信號反向積分時間T2用0一2000Tc ，這段時間的長短是由V_IN的大小決定的。

③自動調零時間T0用1000－3000Tc 。

從上面的分析可知，Tl 侍定不變的，但T2隨V_IN的大小而改變。因為，



選基準電壓V_RFF = 100.0mv ,



由：得：V_IN=0.1N

滿量程時N=2000，同樣由上式可導出滿量程時V_IN與基準電壓的關系為：V_IN=2V_REF 。為了提高儀表的抗干擾能力，通常選定的采樣時間Tl 為工頻周期的整數倍。我國采用50Hz交流電網，其周期為20ms，應選T1=n×20ms。n= l,2,3……n越大，對串模干擾的抑制能力越強，但n越大，A/D轉換的時間越長。因此，一般取Tl=100ms，即f0＝40KHz 。

由T0=2RC105=2.2RC，得



式中T0為振蕩周期。

由上式可知，當f0=40KHz時，阻容元件的選取并不唯一，只要滿足要求即可。

圖4 ICL7107與LED接線電路圖

(3) ICL7107的工作原理

雙積分型A/D轉換器ICL7107是一種間接A/D轉換器。它通過對輸入模擬電壓和參考電壓分別進行兩次積分，將輸入電壓平均值變換成與之成正比的時間間隔，然后利用脈沖時間間隔，進而得出相應的數字性輸出。

它的原理性框圖如圖2所示，它包括積分器、比較器、計數器，控制邏輯和時鐘信號源。積分器是A/D轉換器的心臟，在一個測量周期內，積分器先后對輸入信號電壓和基準電壓進行兩次積分。比較器將積分器的輸出信號與零電平進行比較，比較的結果作為數字電路的控制信一號。時鐘信號源的標準周期Tc作為測量時間間隔的標準時間。它是由內部的兩個反向器以及外部的RC組成的。