Мікросхеми АЦП сімейства ICL71X6 при зниженій напрузі живлення. Схема, опис

Безкоштовна технічна бібліотека

ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ
Безкоштовна бібліотека / Схеми радіоелектронних та електротехнічних пристроїв

Мікросхеми АЦП сімейства ICL71X6 при зниженій напрузі живлення. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Безкоштовна технічна бібліотека

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Радіоаматор-конструктор

Коментарі до статті

Мікросхеми ICL7106 виробляє фірма Harris (Intersil). Фірма Maxim також випускає мікросхеми з маркуванням ICL7106 та її мікропотужний варіант МАХ130, а також ICL7136 та її покращений варіант МАХ131. Згадана в [1] мікросхема ICL7126 - мікропотужний аналог 7106. ICL7136 фірми Harris - мікропотужний аналог 7106 та замінює ICL7126.

Мікросхема КР572ПВ5 виробляється підприємством "Мікрон" (м. Зеленоград); АЦП КР1175ПВ5 випускається ПЗ "Сапфір". Існують модифікації мікросхеми 7106 з режимом Hold - це 572ПВ8 (аналог ICL7116), 572ПВ10 (виробництва "Альфа" або "Мікрон") [1].

Мікросхеми сімейства повністю збігаються за цоколівкою (для корпусу DIP-40) та схемами включення, але мають деякі схемотехнічні особливості, які призводять до відмінності в характеристиках (напруга живлення, струм споживання, шуми, стабільність). Для всіх мікросхем фірми Maxim (і ICL7136 Harris) у часовій діаграмі роботи (див. [11]) з'явилася четверта фаза - корекція нуля інтегратора, що дозволяє швидше відновити працездатність АЦП після перевантаження (overrange recovery); у мікросхемах МАХ130/131 помилка (rollover error) – менше одиниці молодшого розряду. Відмінною особливістю мікросхем МАХ130/131/138 можна назвати їхнє внутрішнє джерело зразкової напруги (ІОН), де використано ефект, пов'язаний із шириною забороненої зони для кремнію (Bandgap) [9]. Це дає більш високу температурну стабільність при нижчому рівні шуму порівняно з ІОН на основі стабілітрону. Наявність такого ІОН дозволяє розширити допустимий діапазон напруги живлення мікросхем МАХ13х до 4,5...14 В. Мікросхема МАХ138 відрізняється також вбудованим інвертором живлення, який із зовнішнього однополярного живлення робить внутрішнє двополярне.

У типових схемах застосування мікросхем АЦП зазначених серій номінали елементів дещо відрізняються. Подробиці можна уточнити у документації фірм-виробників. У [1] на с. 222-224 представлені таблиці відмінностей у параметрах цих мікросхем та рекомендованих номіналів елементів.

АЦП (ICL7107 та її аналоги), призначені для роботи зі світлодіодними індикаторами, автором не досліджувалися, але згадати про них необхідно. У фірмовій документації на різні типи мікросхем цього сімейства розглянуто конкретний приклад живлення ICL7107 від "однополярного" джерела +5 В. Умови, за яких допустиме зниження напруги живлення, такі:

вхідний сигнал обмежений допустимим інтервалом синфазної вхідної напруги і не перевищує ±1,5 В;
застосування зовнішнього джерела зразкової напруги (ІОН)

Для мікросхеми ICL7107 (КР572ПВ2) номінальним вважається двополярне живлення ±5 з середньою точкою, що підключається до відповідного висновку мікросхеми - GND (висновок 21). В результаті такого підключення напруга живлення цифрової секції АЦП виявляється фіксованою незалежно від загальної напруги живлення.

В АЦП ICL7106 при напругах живлення менше 6,8 напруга живлення цифрової частини не стабілізовано, оскільки не діє внутрішній стабілізатор. Аналогові секції, як і стабілізатори напруги мікросхем ICL7106 та ICL7107, однакові, з чого випливає, що умови живлення цифрової секції АЦП – це єдина причина, через яку фірми-виробники не допускають застосування ICL7106 при зниженій напрузі. Причини стабілізації живлення для цифрової логіки можна знайти в нестабільності частоти RC-генератора, яка не впливає на процес вимірювання тільки в обмежених межах, а також у деяких обмеженнях напруги живлення РКІ.

Питання стабільності частоти можна вирішити, застосувавши кварцовий резонатор, а сучасні РКІ нормально працюють при амплітуді напруги на сегментах не менше 3 В. Таким чином, немає причин, через які не можна спробувати використовувати ICL7106 при зниженій напрузі живлення.

Розглянемо варіант вольтметра з АЦП, у якому напруга вхідного сигналу вбирається у 200 мВ (див. рис. 1 в [12] - схема мініатюрного цифрового вольтметра). Тільки зовнішній ІОН та перемикач меж вимірювання відрізняють цей пристрій від звичайного мультиметра. З макетом вольтметра (без дільника) були проведені випробування АЦП. Такий АЦП з індикатором має хорошу повторюваність, працездатний з будь-яким з перерахованих типів мікросхем сімейства, що розглядається.

У макеті було перевірено 20 мікросхем АЦП семи різних типів та виробників. Результати випробувань зведено до таблиці.

(Натисніть для збільшення)

Деякі коментарі до результатів вимірювання параметрів мікросхем викладені нижче.

Напруга живлення U min відповідає значенню, у якому показання індикатора змінюються лише на одиницю молодшого розряду (е.м.р.).

Величина Uref (внутр.) - зразкова напруга між виведенням 1 живлення та виведенням 32 (COMMON) при напрузі живлення більше Ucr min (аналог.), тобто з внутрішніми стабілізаторами мікросхеми. При цьому внутрішній ІОН навантажений струмом живлення зовнішнього ІОН близько 105 мкА.

Параметр Uст min (аналог., цифр.) - Мінімальна напруга живлення мікросхеми, при яких включаються внутрішні стабілізатори напруги відповідно аналогової та цифрової секції АЦП.

Rінт min - мінімальний опір Rінт = R9, при якому АЦП зберігає лінійність одночасно при мінімальній напрузі живлення (Uпіт min) та максимальній напрузі на вході АЦП будь-якої полярності. Практична користь від наведених значень може бути такою: для обраного типу АЦП можна знайти в таблиці відповідний опір Rінт min і, збільшивши його на 20...30%, використовувати отримане значення конкретної конструкції. При цьому частота генератора повинна бути не менше 32,768 кГц, а ємність Синт = С6 = 0,22 мкФ повинна мати допуск не більше 5%.

У колонці "Похибка" зазначена різниця показань у кінцевих точках шкали при позитивному та негативному напрузі на вході. Для всіх типів АЦП (за паспортними даними) параметр повинен бути меншим від одиниці молодшого розряду.

В останній колонці наведено експериментальні дані про показання індикатора при підключенні +UBX АЦП до точки +Uref (лівий за схемою виведення резистора R8 потрібно з'єднати з верхнім виводом R5). Цей параметр – дуже важливий узагальнений показник правильності функціонування та якості роботи АЦП. Відповідно до внутрішньої структури мікросхеми поточні показання АЦП виражаються числом, рівним 1000Uвх/UІон- Здавалося б, за рівності цих напруг індикатор повинен завжди точно і стабільно показувати 1000. Однак навіть у документації зазначено, що допустимими вважаються показання 1000 або 999.

Для стабілізації частоти вбудованого генератора АЦП використаний звичайний кварцовий часовий резонатор на частоту 32,768 кГц. Спроба підключити кварцовий резонатор для годинника за типовою схемою (до висновків 39 і 40 АЦП) виявилася невдалою. Деякі поєднання пар мікросхеми-кварц не працюють навіть при номінальній напрузі живлення 9 В. В результаті експериментів з'явився нестандартний варіант підключення. По суті, це типовий RC-генератор, в якому перемичка між висновками 39 і 40 замінена кварцовим резонатором. Частотозадающее опір Rgen (на рис. 1 в [12] це R2 - 30 кОм) істотно менше, ніж рекомендується в документації [7, 8] - 100 кОм для ICL7106 або 180 кОм для ICL7136. Експериментально встановлено, що подібний генератор запускається і стабільно працює на частоті кварцу тільки в тому випадку, якщо вихідний RC-генератор (з замкнутим кварцом) при нижній межі напруги має власну частоту вище частоти кварцового резонатора. При зниженні напруги живлення мікросхеми та відповідному зменшенні напруги живлення RC-генератора його частота зменшується.

Поведінка RC-генератора в різних типів АЦП по-різному. Випробувана мікросхема КР572ПВ5 із зазначеними номіналами елементів стійко працювала при напрузі живлення вище 4,2 В: вимикався генератор при напрузі близько 3,3...3,5 В, а з кварцом генератор запускався і при 4 В. У мікросхеми МАХ130 напруги включення та вимикання RC-генератора відповідно перебували в інтервалах 3,2...3,5 і 2...2,3 В. RC-генератор мікросхеми ICL7136 продовжував працювати і при напрузі живлення 1,5.. 1,8 В (Fgen= 2.5...3 кГц)!

У макеті нормально працювали практично всі годинникові кварці, що були в розпорядженні автора, при зміні напруги живлення в інтервалі 4...9,5 для мікросхем АЦП, перерахованих в таблиці.

Для придушення перешкод з частотами, кратними 50 Гц, частота генератора (Fgen) повинна бути такою, щоб за час інтегрування (4000 періодів Т тактового генератора) укладалося ціле число періодів (20 мс) мережевого напруги [2]. Інакше висловлюючись, Fgen= 1/Т = 200/К, кГц, т. е. 200, 100, 67 кГц тощо. буд. Для кращого придушення перешкоди з частотою мережі обране значення частоти 32,768 кГц не ідеально, але й сильно відрізняється від найближчої розрахункової частоти: 200/6 = 33,333 кГц.

У фірмовій документації [7, 11] та статтях про застосування АЦП 1С1_71хх рекомендується використовувати конденсатори з низьким значенням коефіцієнта абсорбції в діелектриці. Зазвичай додаткових коментарів немає; тільки зазначені конкретні значення: якщо Синт - конденсатор з керамічним діелектриком, похибка лінійності перетворення має порядок 0,1%, а з полістирольним та поліпропіленовим діелектриком - відповідно 0,01 та 0,001%.

Конденсатори К73-17 (0,22 мкФ на 63, розміри 12x10x6 мм) можна вважати деяким компромісним рішенням при виборі між точністю і мінімальними габаритами конструкції. Тому конденсатор інтегратора (на макеті та в міні-вольтметрі) обраний типу К73-17, конденсатор автокорекції нуля - К73-30 (розміри К73-30, К73-39, К73-24В менше, ніж у К73-17), аС2 -К73 -17.

Для АЦП при низьковольтному живленні застосоване зовнішнє джерело зразкової напруги REF1004-1.2 (Burr-Broun/TI) у корпусі SOIC-8. Його номінальна напруга – 1,235 В, мінімальний робочий струм – 10 мкА. Можна використовувати мікросхеми LM285/LM385Z-1.2 (NSC, LT, Motorola, Telcom) у корпусі ТО-92 з номінальною напругою 1,235 В і мінімальним робочим струмом 10 мкА, а також LM4041-1.2 або АО1580 (50 м1,225А) .

Як елемент контролю живлення використаний детектор зниження напруги – КР1171СП42 у корпусі ТО-92 [14]. Користуючись орієнтовними даними з таблиці про мінімальну напругу живлення +Uпит min, можна підібрати детектор з необхідною напругою спрацьовування для конкретного типу АЦП. Точний підбір порогової напруги підвищує ефективність використання батареї живлення. У подібній конструкції можна використовувати будь-який детектор напруги живлення з типом виходу – відкритий колектор (відкритий стік) або CMOS push-pull (КМОП) та активний низький логічний рівень. Ось деякі з поширених типів (більша частина в корпусі SOT-23): МСР120, МСР809(М), ТСМ809, TC54VN, ТС12хх(Microchip), ADM809(L,M)(ADI), МC34ххх(Motorola), МАХ809 та ін.

Якщо вирішено, що стабілізоване живлення для цифрової секції АЦП не потрібно, наступний цілком логічний крок - виключити внутрішній стабілізатор, встановивши перемичку на ХР2 (див. рис. 1 в [12]). Це збільшує напругу між виведенням 1 харчування плюсової полярності і виведенням 37 (TEST) приблизно на 1 для ICL7136 і на 1,5 для інших типів. Жодного впливу на роботу аналогової частини установка перемички не робить, що було перевірено в макеті на випробуваних мікросхемах. У процесі зняття параметрів перемичка не використовувалася. Вона може знадобитися у разі "невдалого" кварцового резонатора, якщо внутрішній генератор погано запускається або з індикатором, якому потрібна велика напруга живлення.

Отже, якщо в аматорській або промисловій конструкції знадобиться використовувати мікросхему сімейства ICL71x6 з напругою живлення 5...6, то, враховуючи запас по напругі живлення, можна використовувати АЦП без перетворювачів полярності.

література

Інтегральні мікросхеми: Мікросхеми для аналого-цифрового перетворення та засобів мультимедіа. Вип. 1. - М: ДОДЕКА, 1996.
Бірюков С. Застосування АЦП КР572ПВ5. – Радіо, 1998, № 8, с. 62-65.
Бірюков С. Цифровий вимірювач RCL. – Радіо, 1996, № 3, с. 38-41; №7, с. 62; 1997 № 7, с. 32.
Цибін В. Цифровий термометр. – Радіо, 1996, № 10, с. 40; 1997 № 4, с. 56; 1998 №1,с. 50.
Сектор електронних компонентів. Росія - 2000. - М: ДОДЕКА, 2000.
Спеціалізовані мікросхеми для цифрових мультиметрів. - Компоненти та технології, 2001, № 2, с. 26.
Harris Semiconductor. ICL7106, ICL7107 - 3,5 Digit LCD/LED Display A/D Converter. File Number 3082. Harris Corporation, 1993.
Harris Semiconductor. ICL7136, ICL7137 - 3,5 Digit LCD/LED Low Power Display A/D Converter with Overrage Recovery. File Number 3086. Harris Corporation, 1993.
MAX130/MAX131 - 3.5 Digit A/D Converters with Bandgap Reference. - Maxim CD Full-Line Data Catalog. 2000 Edition, Version 4.0\products\pdf1\1288.pdf.
MAX138/MAX139/MAX14031/2-DigitADC with Reference, Charge-Pump та Direct LED Drivers - Maxim CD Full-Line Data Catalog. 2000 Edition, Version 4.0 \ products\pdfl\1292.pdf
ICL7129A / MAX7129-4.5 Digit Single-Chip A/D Converter with LCD Driver. - Maxim CD Full-Line Data Catalog. 2000 Edition, Version 4.0\products\pdf 1\1495.pdf.
Федоров О. Цифровий міні-вольтметр із РКІ. – Радіо, 2002, № 11, с. 24-26.
Analog Devices Designers' Reference Manual CD 2001 Edition, Rev. E1 – Bnalog.com.
Інтегральні мікросхеми: Мікросхеми для лінійних джерел живлення та їх застосування. - М: ДОДЕКА, 1998.

Автор: О.Федоров, м.Москва

Дивіться інші статті розділу Радіоаматор-конструктор.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Випадкова новина з Архіву

Відеокарта Radeon RX 6900 XT NITRO+ 16.12.2020

Компанія Sapphire представила флагманський графічний прискорювач Radeon RX 6900 XT у фірмовому виконанні NITRO+. Раніше виробник показував моделі Radeon RX 6800 XT та RX 6800 у тому ж виконанні.

Через свою величезну систему охолодження Sapphire Radeon RX 6900 XT NITRO+ вимагає трьох вільних слотів розширення всередині комп'ютерного корпусу. Довжина відеокарти складає 310 мм.

Представлена версія Radeon RX 6900 XT отримала невеликий заводський розгін графічного процесора.

Для ігрового та Boost-режиму виробник заявляє частоти 2050 і 2285 МГц відповідно, що на 1,6 % вище еталонних значень, озвучених AMD для даної моделі. Карта отримала подвійну систему BIOS із тихим та продуктивним режимами роботи.

Для отримання додаткового живлення картка обладнана 8-контактними роз'ємами, що досить цікаво, оскільки більшість із представлених на даний момент нереференсних варіантів Radeon RX 6900 XT оснащені трьома такими роз'ємами. З іншого боку, інтерфейс PCI Express 4.0 і два 8-контактні роз'єми здатні забезпечити передачу до 375 Вт, що має вистачити для Radeon RX 6900 XT NITRO+ навіть з невеликим запасом. Для цього варіанта компанія заявляє максимальне енергоспоживання на рівні 340 Вт. Виробник рекомендує використати для неї блок живлення потужністю 850 Вт.

У оснащення відеокарти входить нестандартний набір інтерфейсів: три DisplayPort 1.4 та один HDMI. Чи планує виробник випускати версію Radeon RX 6900 XT NITRO+ SE, як це було у випадку з моделями Radeon RX 6800 XT та RX 6800, поки що невідомо. Варіант NITRO+ SE відрізняють ARGB-підсвічування вентиляторів системи охолодження та наявність роз'єму USB Type-C.

Інші цікаві новини:

▪ Нейросеть самостійно повторила відкриття Коперника

▪ Керований мозком слуховий апарат

▪ NFC-мікросхема Infineon NLM0011 для керування LED-драйверами

▪ Електричний купе-кросовер Skoda Enyaq Coupe iV

▪ Ген прокази

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ Розділ сайту Електронні довідники. Добірка статей

▪ стаття Мертві сором не мають. Крилатий вислів

▪ стаття Скільки всього планет у Сонячній системі? Детальна відповідь

▪ стаття Машиніст автовишки та автогідропідйомника. Типова інструкція з охорони праці

▪ стаття Мило, пральні порошки. Прості рецепти та поради

▪ стаття Перетворювач напруги - зарядний пристрій. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages of this page

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт