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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Puces ADC de la famille ICL71X6 à tension d'alimentation réduite. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Concepteur radioamateur Les puces ICL7106 sont fabriquées par Harris (Intersil). Maxim produit également des microcircuits étiquetés ICL7106 et sa version micro-puissance MAX130, ainsi que ICL7136 et sa version améliorée MAX131. Le microcircuit ICL1 mentionné dans [7126] est un analogue micropuissance du 7106. Le Harris ICL7136 est un analogue micropuissance du 7106 et remplace l'ICL7126. Le microcircuit KR572PV5 est produit par l'entreprise Mikron (Zelenograd) ; L'ADC KR1175PV5 est produit par le logiciel Sapphire. Il existe des modifications du microcircuit 7106 avec le mode "Hold" - il s'agit du 572ПВ8 (analogue à ICL7116), du 572ПВ10 (fabriqué par Alpha ou Mikron) [1]. Les microcircuits de la famille sont complètement identiques en termes de brochage (pour boîtier DIP-40) et de circuits de commutation, mais présentent certaines caractéristiques de conception de circuits qui entraînent des différences de caractéristiques (tension d'alimentation, consommation de courant, bruit, stabilité). Pour tous les microcircuits Maxim (et dans l'ICL7136 Harris), une quatrième phase est apparue dans le diagramme des temps de fonctionnement (voir [11]) - correction du zéro de l'intégrateur, qui permet de restaurer rapidement la fonctionnalité de l'ADC après une surcharge (dépassement récupération); dans les microcircuits MAX130/131, l'erreur (erreur de retournement) est inférieure à un chiffre le moins significatif. Une caractéristique distinctive des microcircuits MAX130/131/138 est leur source de tension de référence interne (VS), qui utilise l'effet associé à la bande interdite pour le silicium (Bandgap) [9]. Cela donne une stabilité de température plus élevée avec des niveaux de bruit plus faibles par rapport aux ions à base de diode Zener. La présence d'un tel ION permet d'étendre la plage de tension d'alimentation admissible des microcircuits MAX13x à 4,5....14 V. Le microcircuit MAX138 se distingue également par un onduleur intégré, qui convertit une alimentation unipolaire externe en un bipolaire interne. Dans les schémas typiques d'utilisation de microcircuits ADC de la série indiquée, les valeurs nominales des éléments sont légèrement différentes. Les détails peuvent être trouvés dans la documentation du fabricant. Dans [1] à la p. 222-224 présente des tableaux de différences dans les paramètres de ces microcircuits et les valeurs d'éléments recommandées. L'ADC (ICL7107 et ses analogues) conçu pour fonctionner avec des indicateurs LED n'a pas été étudié par l'auteur, mais il faut les mentionner. La documentation propriétaire pour différents types de microcircuits de cette famille traite d'un exemple spécifique d'alimentation de l'ICL7107 à partir d'une source « unipolaire » + 5 V. Les conditions dans lesquelles il est permis de réduire la tension d'alimentation sont les suivantes :
Pour le microcircuit ICL7107 (KR572PV2), l'alimentation bipolaire ±5 V est considérée comme nominale avec le point médian connecté à la broche correspondante du microcircuit - GND (broche 21). Grâce à cette connexion, la tension d'alimentation de la section numérique de l'ADC est fixe, quelle que soit la tension d'alimentation générale. Dans le CAN ICL7106, à des tensions d'alimentation inférieures à 6,8 V, la tension d'alimentation de la partie numérique n'est pas stabilisée, car le stabilisateur interne ne fonctionne pas. Les sections analogiques, ainsi que les stabilisateurs de tension des microcircuits ICL7106 et ICL7107, sont les mêmes, ce qui signifie que les conditions d'alimentation de la section numérique de l'ADC sont la seule raison pour laquelle les fabricants n'autorisent pas l'utilisation de l'ICL7106 à des températures réduites. tension. Les raisons de la stabilisation de l'alimentation de la logique numérique peuvent être trouvées dans l'instabilité de la fréquence de l'oscillateur RC, qui n'affecte le processus de mesure que dans des limites limitées, ainsi que dans certaines restrictions sur la tension d'alimentation de l'écran LCD. Le problème de la stabilité de fréquence peut être résolu en utilisant un résonateur à quartz, et les écrans LCD modernes fonctionnent normalement avec une amplitude de tension entre les segments d'au moins 3 V. Ainsi, il n'y a aucune raison pour que vous ne puissiez pas essayer d'utiliser l'ICL7106 avec une tension d'alimentation réduite. . Considérons une version d'un voltmètre avec un CAN, dans laquelle la tension du signal d'entrée ne dépasse pas 200 mV (voir Fig. 1 dans [12] - schéma de circuit d'un voltmètre numérique miniature). Seuls l'ION externe et le fin de course de mesure distinguent cet appareil d'un multimètre classique. Les tests ADC ont été réalisés à l'aide d'un prototype de voltmètre (sans diviseur). Un tel CAN avec indicateur a une bonne répétabilité et est compatible avec tous les types de microcircuits répertoriés de la famille en question. Le prototype a testé 20 puces ADC de sept types et fabricants différents. Les résultats des tests sont résumés dans un tableau.
Quelques commentaires sur les résultats des mesures des paramètres du microcircuit sont présentés ci-dessous. La tension d'alimentation U min correspond à la valeur à laquelle les lectures de l'indicateur ne changent pas de plus d'une unité la moins significative (l.m.s.). La valeur Uref (interne) est la tension de référence entre la broche d'alimentation 1 et la broche 32 (COMMON) à une tension d'alimentation supérieure à Ucr min (analogique), c'est-à-dire avec des stabilisateurs de puce internes. Dans ce cas, l'ION interne est chargé d'un courant d'alimentation de l'ION externe d'environ 105 μA. Paramètre Ust min (analogique, numérique) - la tension d'alimentation minimale du microcircuit à laquelle les stabilisateurs de tension internes des sections analogiques et numériques de l'ADC sont activés, respectivement. Rint min - résistance minimale Rint = R9, à laquelle l'ADC maintient simultanément la linéarité à la tension d'alimentation minimale (Upit min) et à la tension maximale à l'entrée de l'ADC de n'importe quelle polarité. L'avantage pratique des valeurs données peut être le suivant : pour le type d'ADC sélectionné, vous pouvez trouver la résistance correspondante Rint min dans le tableau et, en l'augmentant de 20...30 %, utiliser la valeur résultante dans un conception spécifique. Dans ce cas, la fréquence du générateur doit être d'au moins 32,768 kHz et la capacité Syn = C6 = 0,22 µF doit avoir une tolérance ne dépassant pas 5 %. La colonne « Erreur » affiche la différence entre les lectures aux extrémités de l'échelle pour les tensions d'entrée positives et négatives. Pour tous les types d'ADC (selon les données du passeport), le paramètre doit être inférieur à un dans le chiffre le moins significatif. La dernière colonne montre des données expérimentales sur les lectures de l'indicateur lors de la connexion du +UBX ADC au point +Uref (la borne gauche de la résistance R8 selon le schéma doit être connectée à la borne supérieure R5). Ce paramètre est un indicateur général très important du bon fonctionnement et de la qualité de l'ADC. Conformément à la structure interne du microcircuit, les lectures de courant de l'ADC sont exprimées sous la forme d'un nombre égal à 1000 1000 Uin/UIon. Il semblerait que si ces tensions sont égales, l'indicateur devrait toujours afficher 1000 999 avec précision et stabilité. la documentation indique que des lectures de XNUMX XNUMX ou XNUMX sont considérées comme acceptables. Pour stabiliser la fréquence du générateur ADC intégré, un résonateur à quartz d'horloge conventionnel à une fréquence de 32,768 kHz est utilisé. Une tentative de connexion d'un résonateur à quartz pour une horloge selon un circuit standard (aux broches 39 et 40 de l'ADC) a échoué. Certaines combinaisons de paires microcircuit-quartz ne fonctionnent pas même à une tension d'alimentation nominale de 9 V. À la suite d'expériences, une option de connexion non standard est apparue. En fait, il s'agit d'un oscillateur RC typique dans lequel le cavalier entre les broches 39 et 40 est remplacé par un résonateur à quartz. La résistance de réglage de fréquence Rgen (sur la Fig. 1 dans [12], il s'agit de R2 - 30 kOhm) est nettement inférieure à celle recommandée dans la documentation [7, 8] - 100 kOhm pour ICL7106 ou 180 kOhm pour ICL7136. Il a été établi expérimentalement qu'un tel générateur démarre et fonctionne de manière stable à la fréquence du quartz uniquement si l'oscillateur RC d'origine (à quartz fermé) à la limite inférieure de la tension d'alimentation a une fréquence propre supérieure à la fréquence du résonateur à quartz. Lorsque la tension d'alimentation du microcircuit diminue et que la tension d'alimentation de l'oscillateur RC diminue en conséquence, sa fréquence diminue. Le comportement de l'oscillateur RC est différent pour différents types d'ADC. Le microcircuit testé KR572PV5 avec les valeurs nominales d'éléments indiquées a fonctionné de manière stable à une tension d'alimentation supérieure à 4,2 V : le générateur s'est éteint à une tension d'environ 3,3...3,5 V et avec le quartz, le générateur a démarré à 4 V. Le microcircuit MAX130 a tourné Les tensions d'activation et les coupures du générateur RC étaient respectivement comprises entre 3,2...3,5 et 2...2,3 V. Le générateur RC de la puce ICL7136 a continué à fonctionner à une tension d'alimentation de 1,5... 1,8 V ( Fgen= 2.5...3 kHz) ! Dans le prototype, presque tous les cristaux d'horloge dont disposait l'auteur fonctionnaient normalement lorsque la tension d'alimentation variait entre 4 et 9,5 V pour les puces ADC répertoriées dans le tableau. Pour supprimer les perturbations avec des fréquences multiples de 50 Hz, la fréquence du générateur (Fgen) doit être telle que pendant le temps d'intégration (4000 périodes T du générateur d'horloge) s'adapte un nombre entier K de périodes (20 ms) de la tension secteur. [2]. En d'autres termes, Fgen = 1/T = 200/K, kHz, soit 200, 100, 67 kHz, etc. Pour une meilleure suppression des interférences avec la fréquence du secteur, la valeur de fréquence sélectionnée de 32,768 kHz n'est pas idéale, mais elle est pas très différent non plus de la fréquence calculée la plus proche : 200/6 = 33,333 kHz. Dans la documentation propriétaire [7, 11] et les articles sur l'utilisation du CAN 1S1_71xx, il est recommandé d'utiliser des condensateurs à faible coefficient d'absorption dans le diélectrique. Il n'y a généralement pas de commentaires supplémentaires ; seules des valeurs spécifiques sont indiquées : si Synth est un condensateur avec un diélectrique céramique, l'erreur de linéarité de la conversion est de l'ordre de 0,1%, et avec les diélectriques en polystyrène et polypropylène elle est respectivement de 0,01 et 0,001%. Les condensateurs K73-17 (0,22 uF à 63 V, dimensions 12x10x6 mm) peuvent être considérés comme une sorte de solution de compromis lors du choix entre précision et dimensions de conception minimales. Par conséquent, le condensateur intégrateur (sur la maquette et dans le mini-voltmètre) a été choisi comme K73-17, le condensateur de correction automatique du zéro était K73-30 (les tailles K73-30, K73-39, K73-24V sont plus petites que ceux de K73-17), aS2 -K73 -17. Pour l'ADC avec une alimentation basse tension, une source de tension de référence externe REF1004-1.2 (Burr-Broun/TI) dans un boîtier SOIC-8 est utilisée. Sa tension nominale est de 1,235 V, le courant de fonctionnement minimum est de 10 μA. Vous pouvez utiliser des microcircuits LM285/LM385Z-1.2 (NSC, LT, Motorola, Telcom) dans un boîtier TO-92 avec une tension nominale de 1,235 V et un courant de fonctionnement minimum de 10 μA, ainsi que LM4041-1.2 ou AO1580 (50 µA, 1,225 V) [13] . Un détecteur de sous-tension, KR1171SP42, dans un boîtier TO-92 a été utilisé comme élément de contrôle de puissance [14]. En utilisant les informations approximatives du tableau sur la tension d'alimentation minimale +Up min, vous pouvez sélectionner un détecteur avec la tension de réponse requise pour un type spécifique d'ADC. Une sélection précise de la tension de seuil augmente l'efficacité de l'utilisation de la batterie. Dans une telle conception, vous pouvez utiliser n'importe quel détecteur de tension d'alimentation avec un type de sortie - collecteur ouvert (drain ouvert) ou push-pull CMOS (CMOS) et un niveau logique bas actif. Voici quelques-uns des types courants (la plupart dans le package SOT-23) : MCP120, MCP809(M), TSM809, TC54VN, TC12xx (Microchip), ADM809(L,M) (ADI), MC34xxx (Motorola), MAX809M ( MAXIMALE) etc. S'il est décidé qu'une alimentation stabilisée n'est pas requise pour la section numérique de l'ADC, l'étape logique suivante consiste à éliminer le stabilisateur interne en installant un cavalier sur XP2 (voir Fig. 1 dans [12]). Cela augmente la tension entre la broche d'alimentation positive 1 et la broche 37 (TEST) d'environ 1 V pour l'ICL7136 et de 1,5 V pour les autres types. L'installation du cavalier n'a aucun effet sur le fonctionnement de la partie analogique, ce qui a été vérifié sur une maquette sur des microcircuits testés. Le cavalier n’a pas été utilisé lors du processus de caractérisation. Cela peut être nécessaire dans le cas d'un résonateur à quartz « en panne », si l'oscillateur interne ne démarre pas bien, ou avec un indicateur nécessitant une tension d'alimentation élevée. Ainsi, si dans une conception amateur ou industrielle, vous devez utiliser un microcircuit de la famille ICL71x6 avec une tension d'alimentation de 5...6 V, alors, en tenant compte de la marge de tension d'alimentation, vous pouvez utiliser un CAN sans convertisseurs de polarité. littérature
Auteur : O. Fedorov, Moscou
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