Микросхемы АЦП семейства ICL71X6 при пониженном напряжении питания. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Радиолюбителю-конструктору

 Комментарии к статье

Микросхемы ICL7106 производит фирма Harris (Intersil). Фирма Maxim также выпускает микросхемы с маркировкой ICL7106 и ее микромощный вариант МАХ130, а также ICL7136 и ее улучшенный вариант МАХ131. Упомянутая в [1] микросхема ICL7126 - микромощный аналог 7106. ICL7136 фирмы Harris - микромощный аналог 7106 и заменяет ICL7126.

Микросхема КР572ПВ5 производится предприятием "Микрон" (г. Зеленоград); АЦП КР1175ПВ5 выпускается ПО "Сапфир". Существуют модификации микросхемы 7106 с режимом "Hold" - это 572ПВ8 (аналог ICL7116), 572ПВ10 (производства "Альфа" или "Микрон") [1].

Микросхемы семейства полностью совпадают по цоколевке (для корпуса DIP-40) и схемам включения, но имеют некоторые схемотехнические особенности, которые приводят к различию в характеристиках (напряжение питания, ток потребления, шумы, стабильность). Для всех микросхем фирмы Maxim (и в ICL7136 Harris) во временной диаграмме работы (см. [11]) появилась четвертая фаза - коррекция нуля интегратора, что позволяет быстрее восстановить работоспособность АЦП после перегрузки (overrange recovery); в микросхемах МАХ130/131 ошибка (rollover error) - менее единицы младшего разряда. Отличительной особенностью микросхем МАХ130/131/138 можно назвать их внутренний источник образцового напряжения (ИОН), где использован эффект, связанный с шириной запрещенной зоны для кремния (Bandgap) [9]. Это дает более высокую температурную стабильность при более низком уровне шума в сравнении с ИОН на основе стабилитрона. Наличие такого ИОН позволяет расширить допустимый диапазон напряжения питания микросхем МАХ13х до 4,5....14 В. Микросхема МАХ138 отличается также встроенным инвертором питания, который из внешнего однополярного питания делает внутреннее двухполярное.

В типовых схемах применения микросхем АЦП указанных серий номиналы элементов несколько отличаются. Подробности можно уточнить в документации фирм-производителей. В [1] на с. 222-224 представлены таблицы отличий в параметрах этих микросхем и рекомендуемых номиналов элементов.

АЦП (ICL7107 и ее аналоги), предназначенные для работы со светодиодными индикаторами, автором не исследовались, но упомянуть о них необходимо. В фирменной документации на различные типы микросхем этого семейства рассмотрен конкретный пример питания ICL7107 от "однополярного" источника +5 В. Условия, при которых допустимо снижение напряжения питания, следующие:

• входной сигнал ограничен допустимым интервалом синфазных входных напряжений и не превышает ±1,5 В;
• применение внешнего источника образцового напряжения (ИОН).

Для микросхемы ICL7107 (КР572ПВ2) номинальным считается двухполярное питание ±5 В со средней точкой, подключаемой к соответствующему выводу микросхемы - GND (вывод 21). В результате такого подключения напряжение питания цифровой секции АЦП оказывается фиксированным, независимо от общего напряжения питания.

В АЦП ICL7106 при напряжениях питания менее 6,8 В напряжение питания цифровой части не стабилизировано, поскольку не действует внутренний стабилизатор. Аналоговые секции, как и стабилизаторы напряжения микросхем ICL7106 и ICL7107, одинаковы, из чего следует, что условия питания цифровой секции АЦП - это единственная причина, по которой фирмы-изготовители не допускают применение ICL7106 при пониженном напряжении. Причины стабилизации питания для цифровой логики можно найти в нестабильности частоты RC-генератора, которая не влияет на процесс измерения только в ограниченных пределах, а также в некоторых ограничениях по напряжению питания ЖКИ.

Вопрос стабильности частоты можно решить, применив кварцевый резонатор, а современные ЖКИ нормально работают при амплитуде напряжения на сегментах не менее 3 В. Таким образом, нет причин, по которым нельзя попробовать использовать ICL7106 при пониженном напряжении питания.

Рассмотрим вариант вольтметра с АЦП, в котором напряжение входного сигнала не превышает 200 мВ (см. рис. 1 в [12] - схема миниатюрного цифрового вольтметра). Только внешний ИОН и переключатель пределов измерения отличают это устройство от обычного мультиметра. С макетом вольтметра (без делителя) и были проведены испытания АЦП. Такой АЦП с индикатором имеет хорошую повторяемость, работоспособен с любой из перечисленных типов микросхем рассматриваемого семейства.

В макете было проверено 20 микросхем АЦП семи различных типов и производителей. Результаты испытаний сведены в таблицу.

(нажмите для увеличения)

Некоторые комментарии к результатам измерений параметров микросхем изложены ниже.

Напряжение питания U min соответствует значению, при котором показания индикатора изменяются не более чем на единицу младшего разряда (е.м.р.).

Величина Uref (внутр.) - образцовое напряжение между выводом 1 питания и выводом 32 (COMMON) при напряжении питания больше Ucr min (аналог.), т. е. с внутренними стабилизаторами микросхемы. При этом внутренний ИОН нагружен током питания внешнего ИОН около 105 мкА.

Параметр Uст min (аналог., цифр.) - минимальные напряжения питания микросхемы, при которых включаются внутренние стабилизаторы напряжения соответственно аналоговой и цифровой секции АЦП.

Rинт min - минимальное сопротивление Rинт = R9, при котором АЦП сохраняет линейность одновременно при минимальном напряжении питания (Uпит min) и максимальном напряжении на входе АЦП любой полярности. Практическая польза от приведенных значений может быть такой: для выбранного типа АЦП можно найти в таблице соответствующее сопротивление Rинт min и, увеличив его на 20...30 %, использовать полученное значение в конкретной конструкции. При этом частота генератора должна быть не менее 32,768 кГц, а емкость Синт = С6 = 0,22 мкФ должна иметь допуск не более 5 %.

В колонке "Погрешность" отмечена разница показаний в конечных точках шкалы при положительном и отрицательном напряжении на входе. Для всех типов АЦП (по паспортным данным) параметр должен быть меньше единицы младшего разряда.

В последней колонке приведены экспериментальные данные о показаниях индикатора при подключении +UBX АЦП к точке +Uref (левый по схеме вывод резистора R8 нужно соединить с верхним выводом R5). Этот параметр - весьма важный обобщенный показатель правильности функционирования и качества работы АЦП. В соответствии с внутренней структурой микросхемы текущие показания АЦП выражаются числом, равным 1000Uвх/UИон- Казалось бы, при равенстве этих напряжений индикатор должен всегда точно и стабильно показывать 1000. Однако даже в документации указано, что допустимыми считаются показания 1000 или 999.

Для стабилизации частоты встроенного генератора АЦП использован обычный часовой кварцевый резонатор на частоту 32,768 кГц. Попытка подключить кварцевый резонатор для часов по типовой схеме (к выводам 39 и 40 АЦП) оказалась неудачной. Некоторые сочетания пар микросхема-кварц не работают даже при номинальном напряжении питания 9 В. В результате экспериментов появился нестандартный вариант подключения. По сути, это типовой RC-генера-тор, в котором перемычка между выводами 39 и 40 заменена кварцевым резонатором. Частотозадающее сопротивление Rgen (на рис. 1 в [12] это R2 - 30 кОм) существенно меньше, чем рекомендуется в документации [7, 8] - 100 кОм для ICL7106 или 180 кОм для ICL7136. Экспериментально установлено, что подобный генератор запускается и стабильно работает на частоте кварца только в том случае, если исходный RC-генератор (с замкнутым кварцем) при нижнем пределе напряжения питания имеет собственную частоту выше частоты кварцевого резонатора. При снижении напряжения питания микросхемы и соответствующем уменьшении напряжения питания RC-генератора его частота уменьшается.

Поведение RC-генератора у разных типов АЦП различно. Испытанная микросхема КР572ПВ5 с указанными номиналами элементов устойчиво работала при напряжении питания выше 4,2 В: выключался генератор при напряжении около 3,3...3,5 В, а с кварцем генератор запускался и при 4 В. У микросхемы МАХ130 напряжения включения и выключения RC-генератора соответственно находились в интервалах 3,2...3,5 и 2...2,3 В. RC-генератор микросхемы ICL7136 продолжал работать и при напряжении питания 1,5.. 1,8 В (Fgen= 2.5...3 кГц)!

В макете нормально работали практически все часовые кварцы, имевшиеся в распоряжении автора, при изменении напряжения питания в интервале 4...9,5 В для микросхем АЦП, перечисленных в таблице.

Для подавления помех с частотами, кратными 50 Гц, частота генератора (Fgen) должна быть такой, чтобы за время интегрирования (4000 периодов Т тактового генератора) укладывалось целое число К периодов (20 мс) сетевого напряжения [2]. Иначе говоря, Fgen= 1/Т = 200/К, кГц, т. е. 200, 100, 67 кГц и т. д. Для лучшего подавления помехи с частотой сети выбранное значение частоты 32,768 кГц не идеально, но и не сильно отличается от ближайшей расчетной частоты: 200/6 = 33,333 кГц.

В фирменной документации [7, 11] и статьях о применении АЦП 1С1_71хх рекомендуется использовать конденсаторы с низким значением коэффициента абсорбции в диэлектрике. Обычно дополнительных комментариев не бывает; только указаны конкретные значения: если Синт - конденсатор с керамическим диэлектриком, погрешность линейности преобразования имеет порядок 0,1 %, а с полистирольным и полипропиленовым диэлектриком - соответственно 0,01 и 0,001 %.

Конденсаторы К73-17 (0,22 мкФ на 63 В, размеры 12x10x6 мм) можно считать неким компромиссным решением при выборе между точностью и минимальными габаритами конструкции. Поэтому конденсатор интегратора (на макете и в мини-вольтметре) выбран типа К73-17, конденсатор автокоррекции нуля - К73-30 (размеры К73-30, К73-39, К73-24В меньше, чем у К73-17), аС2 -К73-17.

Для АЦП при низковольтном питании применен внешний источник образцового напряжения REF1004-1.2 (Burr-Broun/TI) в корпусе SOIC-8. Его номинальное напряжение - 1,235 В, минимальный рабочий ток - 10 мкА. Можно использовать микросхемы LM285/LM385Z-1.2 (NSC, LT, Motorola, Telcom) в корпусе ТО-92 с номинальным напряжением 1,235 В и минимальным рабочим током 10 мкА, а также LM4041-1.2 либоАО1580 (50 мкА, 1,225 В) [13].

В качестве элемента контроля питания использован детектор понижения напряжения - КР1171СП42 в корпусе ТО-92 [14]. Пользуясь ориентировочными сведениями из таблицы о минимальном напряжении питания +Uпит min, можно подобрать детектор с нужным напряжением срабатывания для конкретного типа АЦП. Точный подбор порогового напряжения увеличивает эффективность использования батареи питания. В подобной конструкции можно использовать любой детектор напряжения питания с типом выхода - открытый коллектор (открытый сток) или CMOS push-pull (КМОП) и активный низкий логический уровень. Вот некоторые из распространенных типов (большая часть в корпусе SOT-23): МСР120, МСР809(М), ТСМ809, TC54VN, ТС12хх (Microchip), ADM809(L,M) (ADI), МC34ххх (Motorola), МАХ809М (MAXIM) и пр.

Если решено, что стабилизированное питание для цифровой секции АЦП не требуется, следующий, вполне логичный шаг - исключить внутренний стабилизатор, установив перемычку на ХР2 (см. рис. 1 в [12]). Это увеличивает напряжение между выводом 1 питания плюсовой полярности и выводом 37 (TEST) приблизительно на 1 В для ICL7136 и на 1,5 В для остальных типов. Никакого воздействия на работу аналоговой части установка перемычки не оказывает, что было проверено в макете на испытанных микросхемах. В процессе снятия характеристик перемычка не использовалась. Она может понадобиться в случае "неудачного" кварцевого резонатора, если внутренний генератор плохо запускается, либо с индикатором, которому требуется большое напряжение питания.

Итак, если в любительской или промышленной конструкции понадобится использовать микросхему семейства ICL71x6 с напряжением питания 5...6 В, то, учитывая запас по напряжению питания, можно использовать АЦП без преобразователей полярности.

Литература

1. Интегральные микросхемы: Микросхемы для аналого-цифрового преобразования и средств мультимедиа. Вып. 1. - М.: ДОДЭКА, 1996.
2. Бирюков С. Применение АЦП КР572ПВ5. - Радио, 1998, № 8, с. 62-65.
3. Бирюков С. Цифровой измеритель RCL. - Радио, 1996, № 3, с. 38-41; № 7, с. 62; 1997, № 7, с. 32.
4. Цибин В. Цифровой термометр. - Радио, 1996, № 10, с. 40; 1997, № 4, с. 56; 1998, №1,с. 50.
5. Сектор электронных компонентов. Россия - 2000. - М.: ДОДЭКА, 2000.
6. Специализированные микросхемы для цифровых мультиметров. - Компоненты и технологии, 2001, № 2, с. 26.
7. Harris Semiconductor. ICL7106, ICL7107 - 3,5 Digit LCD/LED Display A/D Converter. File Number 3082. Harris Corporation, 1993.
8. Harris Semiconductor. ICL7136, ICL7137 - 3,5 Digit LCD/LED Low Power Display A/D Converter with Overrage Recovery. File Number 3086. Harris Corporation, 1993.
9. 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.
10. MAX138/MAX139/MAX14031/2-DigitADC with Reference, Charge-Pump and Direct LED Drivers - Maxim CD Full-Line Data Catalog. 2000 Edition, Version 4.0 \ products\pdfl\1292.pdf
11. 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.
12. Федоров О. Цифровой мини-вольтметр с ЖКИ. - Радио, 2002, № 11, с. 24-26.
13. Analog Devices Designers' Reference Manual CD 2001 Edition, Rev. E1 - Bnalog.com.
14. Интегральные микросхемы: Микросхемы для линейных источников питания и их применение. - М.: ДОДЭКА, 1998.

Автор: О.Федоров, г.Москва

Смотрите другие статьи раздела Радиолюбителю-конструктору.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Искусственная кожа для эмуляции прикосновений 15.04.2024

В мире современных технологий, где удаленность становится все более обыденной, сохранение связи и чувства близости играют важную роль. Недавние разработки немецких ученых из Саарского университета в области искусственной кожи представляют новую эру в виртуальных взаимодействиях. Немецкие исследователи из Саарского университета разработали ультратонкие пленки, которые могут передавать ощущение прикосновения на расстоянии. Эта передовая технология предоставляет новые возможности для виртуального общения, особенно для тех, кто оказался вдали от своих близких. Ультратонкие пленки, разработанные исследователями, толщиной всего 50 микрометров, могут быть интегрированы в текстильные изделия и носиться как вторая кожа. Эти пленки действуют как датчики, распознающие тактильные сигналы от мамы или папы, и как исполнительные механизмы, передающие эти движения ребенку. Прикосновения родителей к ткани активируют датчики, которые реагируют на давление и деформируют ультратонкую пленку. Эта ...>>

Кошачий унитаз Petgugu Global 15.04.2024

Забота о домашних животных часто может быть вызовом, особенно когда речь заходит о поддержании чистоты в доме. Представлено новое интересное решение стартапа Petgugu Global, которое облегчит жизнь владельцам кошек и поможет им держать свой дом в идеальной чистоте и порядке. Стартап Petgugu Global представил уникальный кошачий унитаз, способный автоматически смывать фекалии, обеспечивая чистоту и свежесть в вашем доме. Это инновационное устройство оснащено различными умными датчиками, которые следят за активностью вашего питомца в туалете и активируются для автоматической очистки после его использования. Устройство подключается к канализационной системе и обеспечивает эффективное удаление отходов без необходимости вмешательства со стороны владельца. Кроме того, унитаз имеет большой объем смываемого хранилища, что делает его идеальным для домашних, где живут несколько кошек. Кошачий унитаз Petgugu разработан для использования с водорастворимыми наполнителями и предлагает ряд доп ...>>

Привлекательность заботливых мужчин 14.04.2024

Стереотип о том, что женщины предпочитают "плохих парней", долгое время был широко распространен. Однако, недавние исследования, проведенные британскими учеными из Университета Монаша, предлагают новый взгляд на этот вопрос. Они рассмотрели, как женщины реагируют на эмоциональную ответственность и готовность помогать другим у мужчин. Результаты исследования могут изменить наше представление о том, что делает мужчин привлекательными в глазах женщин. Исследование, проведенное учеными из Университета Монаша, приводит к новым выводам о привлекательности мужчин для женщин. В рамках эксперимента женщинам показывали фотографии мужчин с краткими историями о их поведении в различных ситуациях, включая их реакцию на столкновение с бездомным человеком. Некоторые из мужчин игнорировали бездомного, в то время как другие оказывали ему помощь, например, покупая еду. Исследование показало, что мужчины, проявляющие сочувствие и доброту, оказались более привлекательными для женщин по сравнению с т ...>>

Случайная новость из Архива Флуоресцентая микроскопия высокого разрешения 17.10.2014 Чтобы рассмотреть клетку и ее содержимое, мы должны взять микроскоп. Его принцип работы относительно прост: лучи света проходят через объект, а потом попадают в увеличительные линзы, так что мы можем разглядеть и клетку, и некоторые органеллы внутри нее, например, ядро или митохондрии. Но если мы захотим увидеть молекулу белка или ДНК, или рассмотреть крупный надмолекулярный комплекс вроде рибосомы, или вирусную частицу, то обычный световой микроскоп окажется бесполезен. Еще в 1873 году немецкий физик Эрнст Аббе вывел формулу, полагающую предел возможностям любого светового микроскопа: оказывается, в него нельзя увидеть объект, размером меньше половины длины волны видимого света - то есть меньше 0,2 микрометров. Решение, очевидно, состоит в том, чтобы выбрать нечто, что смогло бы заменить видимый свет. Можно использовать пучок электронов, и тогда мы получим электронный микроскоп - в него можно наблюдать вирусы и белковые молекулы, но наблюдаемые объекты при электронной микроскопии попадают в совершенно неестественные условия. Поэтому исключительно удачной оказалась идея Штефана Хелля (Stefan W. Hell) из Института биофизической химии Общества Макса Планка (Германия), которому в начале 90-х голов пришла в голову мысль использовать для визуализации макромолекул и их комплексов стимулированное флуоресцентное излучение. Суть идеи состояла в том, что объект можно облучить лазерным лучом, который переведет биологические молекулы в возбужденное состояние. Из этого состояния они начнут переходить в обычное, освобождаясь от излишков энергии в виде светового излучения - то есть начнется флуоресценция, и молекулы станут видимыми. Но излучаемые волны будут самой разной длины, и у нас перед глазами будет неопределенное пятно. Чтобы такого не случилось, вместе с возбуждающим лазером объект обрабатывается гасящим лучом, который подавляет все волны, кроме тех, которые обладают нанометровой длиной. Излучение с длиной волны порядка нанометров как раз позволяет отличить одну молекулу от другой. Метод получил название STED (stimulated emission depletion), и как раз за него Штефан Хелль получил свою часть Нобелевской премии. При STED-микроскопии объект не охватывается лазерным возбуждением сразу целиком, а как бы прорисовывается двумя тонкими пучками лучей (возбудителем и гасителем), потому что чем меньше область, которая флуоресцирует в данный момент времени, тем выше разрешение изображения. Метод STED впоследствии дополнился так называемой одномолекулярной микроскопией, разработанной в конце XX века независимо двумя другими нынешними лауреатами, Эриком Бетцигом (Eric Betzig) из Института Говарда Хьюза и Уильямом Мернером (William E. Moerner) из Стэнфорда. В большинстве физико-химических методов, полагающихся на флуоресценцию, мы наблюдаем суммарное излучение сразу множества молекул. Уильям Мернер как раз предложил способ, с помощью которого можно наблюдать за излучением одной молекулы. Экспериментируя с зеленым флуоресцентным белком (GFP), он заметил, что у его молекул свечение можно произвольно включать и выключать, манипулируя длиной возбуждающей волны. Включая и выключая флуоресценцию разных молекул GFP, их можно было наблюдать в световой микроскоп, не обращая внимания на нанометровое ограничение Аббе. Целое изображение можно было получить, просто совместив несколько снимков с разными светящимися молекулами в поле наблюдения. Эти данные были дополнены идеями Эрика Бетцига, который предложил увеличить разрешение флуоресцентной микроскопии, использовав белки с разными оптическим свойствами (то есть, грубо говоря, разноцветные). Совмещение метода возбуждения-гашения Хелля с методом суммы наложений Бетцига и Мернера позволило разработать микроскопию с нанометровым разрешением. С ее помощью мы можем наблюдать не только органеллы и их фрагменты, но и взаимодействия молекул друг с другом (если молекулы пометить флуоресцентными белками), что, повторим, далеко не всегда возможно с электронно-микроскопическими методами. Значение метода трудно переоценить, ведь межмолекулярные контакты - это то, на чем стоит молекулярная биология и без чего невозможно, например, ни создание новых лекарств, ни расшифровка генетических механизмов, ни многие другие вещи, лежащие в поле современной науки и техники.

Другие интересные новости:

▪ Растительный миноискатель

▪ Жесткие диски Toshiba MG10F

▪ Графен скрещен с нанотрубками

▪ Швейная машина с компьютером

▪ Представлен полный геном человека

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Искусство видео. Подборка статей

▪ статья Грызть гранит науки. Крылатое выражение

▪ статья На чем держалась дисциплина в наполеоновской армии? Подробный ответ

▪ статья Лечебно-профилактическое питание

▪ статья Как связать несколько устройств по интерфейсу RS-232. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Иранские пословицы и поговорки. Большая подборка

Оставьте свой комментарий к этой статье:

All languages of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Главная страница | Библиотека | Статьи | Карта сайта | Отзывы о сайте

www.diagram.com.ua
2000-2024