数字显示可调直流稳压电源的设计(7)

f OSC =

0 . 45 R 1C 1

（式 4.1）

4.4 ICL7107 功能说明 4.4.1 模拟部分

图 4.5 表示 ICL7107 的模拟部分。 每个测试周期分为 3 个阶段， 他们分别是 1） 自动校零阶段（A-Z） 2）信号积分阶段（INT） 3）反向积分阶段（DE） 。

图 4.5 ICL7107 的模拟部分框图

(1)自动校零阶段 在自动校零阶段做三件事。

第一， 内部高端输入和低端输入与外部管脚脱开，在内部与模拟公共管脚短接。 第二， 参考电容充电到参考电压值。

第三，(1)围绕整个系统形成一个闭合回路，对自动校零电容 CAZ 进行充电，以补偿缓冲放

大器、 积分器和比较器的失调电压。由于比较器包含在回路中，因此自动校零的精度仅受 限于系统噪声。任何情况下，折合到输入端的失调电压小于 10μV。

(2)信号积分阶段 在信号积分阶段，自动校零回路断开，内部接点也脱开，内部高输入端和低输 入端与外部管脚相连。转换器将 IN HI 和 IN LO 之间输入的差动输入电压进行一固 定时间的积分，此差动输入电压可以在一很宽的共模范围内：与正‘负电源的差距 各为 1V 之内。另一方面，若该输入信号相对于转换器的电源电压没有回转，可将 IN LO 连接到模拟公共端上，以建立正确的共模电压。在此积分阶段的最后，积分信号 的极性也已经确定了。

(3)反向积分阶段 最后的一个阶段是反向积分阶段。低端输入在芯片内部连接到模拟公共端，高 端输入通过先前已充电的参考电容进行连接，内部电路能使电容的极性正确地连接 以确保积分器的输出能回到零。积分器的输出回到零的时间正比于输入信号的大小。

由于正负输入电压而在参考电容上造成的电压差异会导致反转误差。然而通过选择 电容，使得它比分布电容大许多，则最坏的情况下的误差可以控制在 0.5 个显示字 之内。 (6)模拟公共端 此管脚主要是为在电池供电的应用场合或输入信号相对与供电代能源是浮动的 系统中建立一个公共电压而设置的。COMMON 管脚设置的电压比正源约低 2.8V，这样 的选择可以使供电电压足够高使得稳压管能工作时（>7V） ，此公共点的电压才有较 低的电压系数（0.001％/V）和较低的输入阻抗（15Ω） ，典型情况下的温度系数小 于 80ppm/oc。 另外，片上参考源的一些不足也必须充分予以重视。在 ICL7107 中，由于驱动 LED 数码管而导致的内部发热会使性能下降。由于塑料的热阻比陶瓷的大，因此塑封 电路比陶瓷电路在这方面的性能要差，由于参考源的温度系数、片上功耗和封装的 热阻等原因，会使接近满量程时的噪声从 25μVp-p 上升到 80μVp-p 。 另外，高 功效（例如显示值为 1000，二十段显示）与低功耗（例如显示值为 1111，八段显示） 使得线性度之差会达到一个字，甚至更多。参考源有正温度系数的电路在量程溢出 时会多出几个字。这是因为溢出时三个低位数字均不显示，而处于低功耗状态。相 似地，参考源为负温度系数的电路会在溢出和非溢出读值之间来回交替变化。这是 由于芯片不断被加热和冷却的结果。所有这些问题在使用外部参考源时自然就解决 了。

4.4.2 数字部分

图 4.6 画出了 ICL7107 的数字部分框图，有 6V 稳压二极管和一个很大的 P 沟管 子构成的源极跟随器形成了内部数字地，这样电源连续方式在背极（BP）电压以方 波输出时可吸纳较大的容性电流。背极电压的频率为始终频率除以 800，在每次三秒 读数刷新速率时，它为 60Hz 的方波。标称电压幅度为 5V；LED 的端驱动电压与此背 极电压同频、同幅，不显示时为同相，显示时为反相，在各种条件下，字符段两端 的平均电流电压可以忽略，字符段驱动电流为 8mA.

图 4.6 ICL7107 的数字部分框图

图 4.7 和图 4.8 画出了 ICL7107 的时钟连接方式， 可在这两种基本的连接方式中 选择一种使用。 1）如图 4.7 中所示，一外接振荡器连接到第 40 脚。 2）如图 4.8

中所示，用三个管脚构成 R-C 振荡器。 该振荡频率被除以 4，然后再进入下一级计数器，以形成一个测量周期的三个阶 段。他们是信号积分阶段（1000 个计数值） ，参考源反向积分阶段（0 至 2000 个计 数值）和自动校零阶段（1000～3000 个计数值） 。在输入信号小于满量程时，自动校 零将参考源中为用足的部分进行反积分，这样，使得一个完整的测量过程为 4000 个 ，而与输入信号无关。需要每秒三次的读数刷新速率时， 计数值（16000 个时钟脉冲） 可选用 48KHz 的振荡频率。 为使电路对 60Hz 的工频有最大的抑制能力， 信号积分阶段的时间应为 60KH 的 工频的整数值， 这样， 可选的震荡频率为 240KHz、 120KHz、 80KHz、 60KHz、 48KHz、 40KHz 等，同样地，为了对 50KHz 的工频有最好的抑制能力，可选的振荡频率有 200KHz、100KHz、40KHz 等。请注意，40KHz 额振荡频率（每秒 2.5 个度数）60KHz 的工频均有抑制能力（400Hz 和 440Hz 也可以） 。

50KH 和 ，对

图 4.7 时钟电路 A

图 4.8 时钟电路 B

4.5 元器件的选择 4.5.1 积分电阻

缓冲放大器的积分器都带有甲类输出放大器，静态电流均为 100μA 左右。输 出为 4μA 时的非线性度很小，可忽略不计。积分电阻必须足够大，以使在整个输入 信号范围内的积分电流都落在这个线性度很好的区间。同时积分电流又必须大到印 刷版上的漏电电流可以忽略。对于 2V 的满量程，470KΩ是最优的，满量程为 200mV 时，可选 47KΩ。

4.5.2 积分电容

积分电容的选择须使得最大电压摆幅不达到积分器输出电压的最大饱和摆幅， （约比电源和地低 0.3V 和高 0.3V） 。当 ICL7107 的模拟公共端做参考点时，积分器 输出满量程标称为 2V 时最佳，当 ICL7107 用+5V 电源供电，模拟公共端接地时，± 3.5V 只+4.5V 的标称输出摆幅为最好。在每秒 3 个读数时，CINT 的标称值分别为 0.22 μF 和 0.10μF。当然，在使用不同的震荡频率时，该电容的值也要往相反的方向进 行修正，以保持同样的输出摆幅。 选择积分电容的另一个要求时其漏电要小，以减少翻转误差。较合适的电容式 聚丙烯电容，它的漏电几乎可以完全忽略，而成本又很低。

4.5.3 自动教校零电容

自动校零电容的大小对系统的噪声会有些影响。在 200mV 满量程时，噪声显 得很重要。推荐使用 0.047μF 电容，这样，噪声在合理范围内，同时，也加快了过 载时的恢复速度。

4.5.4 参考电容

在绝大多数使用场合下，0.1μF 的电容效果最好。然而，当存在较大的共模电 压（即 REF LO 管脚未与模拟公共端连接）和使用 200mV 的满量程时，可选用较大的 电容，以防止产生翻转误差。一般地，1μF 的电容在这种情况下可将翻转误差控制 在 0.5 个显示字范围内。

4.5.5 振荡器元件

在所有的频率范围内，推荐使用 100KΩ的振荡电阻，振荡电容的值用下式进行 推算，f=0.45/RC。在 48KHz 振荡频率时（每秒 3 个度数） ，C=100pF。

4.5.6 参考电压

产生满量程读数值输出（2000 个计数值）所需的模拟输入电压为 Vin=2VREF,这样， 对于 200mV 和 2V 的量程，VREF 应分别为 100mV 和 1V。然而在许多应用场合，该 A/D 电路直接连接到传感器的输出，在数字输出和输入电压间就存在一量程因子的问题。 例如，在一称重系统中，设计者可能会希望传感器的电压输出为 0.662V 时，A/D 转 换器的数字输出为满量程。这时，它应将传感器的输出电压直接接到 …… 此处隐藏：2155字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……