一、ICL7106介紹

　　ICL7106是intersil公司推出的一款3?位A/D轉換器電壓應用芯片,主要用于儀器儀表，能構成3?位液晶顯示的數字電壓表。ICL7106是目前廣泛應用的一種A/D轉換器。

　　ICL7106引腳封裝圖

　　二、 ICL7106芯片結構簡述

　　ICL7106是高性能、低功耗的三位半A/D轉換電路，具有很強的抗干擾能力。含有七段譯碼器、顯示驅動器、參考源、時鐘系統以及背光電極驅動，可直接驅動LCD。

　　ICL7106將高精度、通用性和低成本很好的結合在一起，有低于10μA的自動校零功能，零漂小于1μV/℃，低于10pA的輸入電流，極性轉換誤差小于一個字。真正的差動輸入和差動參考源在各種系統中都很有用。另外，只需用十個左右的無源元件和一個LCD屏就可以構成高性能的儀表面板，實現了低成本和單電源工作。

　　三、 ICL7106的工作原理

　　ICL7106 內部包括模擬電路和數字電路兩大部分，二者是互相聯系的。一方面由控制邏輯產生控制信號，按規定時序將多路模擬開關接通或斷開，保證A/D 轉換正常進行；另一方面模擬電路中的比較器輸出信號又控制著數字電路的工作狀態和顯示結果。下面介紹各部分的工作原理。

　　（1）模擬電路

　　模擬電路由雙積分式A/D轉換器構成。主要包括2.8V基準電壓源（E0）、緩沖器（A1）、積分器（A2）、比較器（A3）和模擬開關等組成。緩沖器A4專門用來提高COM端帶負載的能力，可謂設計數字多用表的電阻擋、二極管擋和hFE擋提供便利條件。這種轉換器具有轉換準確度高、抗串模干擾能力強、電路簡單、成本低等優點，適合做低速模／數轉換。每個轉換周期分三個階段進行：自動調零（AZ）、正向積分（INT）、反向積分（DE），并按照AZ→INT→DE→AZ…的順序進行循環。令計數脈沖的周期為TCP，每個測量周期共需4000TCP。其中，正向積分時間固定不變，T1＝1000TCP。儀表顯示值

　　將T1＝1000TCP，UREF＝100.0mV代入上式得

　　N＝10UIN 或UIN＝0.1N

　　只要把小數點定在十位上，即可直讀結果。滿量程時N＝2000，此時UM＝2UREF＝200mV，儀表顯示超量程符號“1”。若需改裝成2V量程的數字電壓表，可按表1選擇元件值。

　　表1 200mV與2V量程元件對照

　　欲測量2V以上的直流電壓，必須利用精密電阻分壓器對UIN進行衰減。積分電阻應采用金屬膜電阻，積分電容宜選絕緣性好、介質吸收系數小的聚苯乙烯電容或聚丙烯電容。

　　為了提高儀表抗串模干擾的能力，正向積分時間（亦稱采樣時間）T1應是工頻周期的整倍數。我國采用50Hz交流電網，其周期為20ms，應選

　　T1＝n·20（ms）

　　式中，n＝1，2，3，…。例如取n＝2、4、5時，T1＝40ms、80ms、100ms，能有效地抑制50Hz干擾。這是因為積分過程有取平均的作用，只要干擾電壓的平均值為零，就不影響積分器輸出。但n值也不宜過大，以免測量速率太低。

　　（2）數字電路

　　數字電路如下圖所示。主要包括8個單元：①時鐘振蕩器；②分頻器；③計數器；④鎖存器；⑤譯碼器；⑥異或門相位驅動器；⑦控制邏輯；⑧LCD顯示器。時鐘振蕩器由ICL7106內部反相器F1、F2以及外部阻容元件R、C組成。若取R＝120kΩ，C＝100PF，則f0＝40kHz。f0經過4分頻后得到計數頻率fCP＝10kHz，即TCP＝0.1ms。此時測量周期T＝16000T0＝4000TCP＝0.4s，測量速率為2.5次／秒。f0還經過 800分頻，得到50Hz方波電壓，接LCD的背電極BP。LCD須采用交流驅動方式，當筆段電極a～g與背電極BP呈等電位時不顯示，當二者存在一定的相位差時，液晶才顯示。因此，可將兩個頻率與幅度相同而相位相反的方波電壓，分別加至某個筆段引出端與BP端之間，利用二者電位差來驅動該筆段顯示。驅動電路采用異或門。其特點是當兩個輸入端的狀態相異時（一個為高電平，另一個為低電平），輸出為高電平；反之輸出低電平。7段LCD驅動電路如圖所示。圖中，加在a、b、c筆段上的方波電壓與BP端方波電壓的相位相反，存在電位差，使這三段顯示。而d、e、f、g段消隱，故可顯示數字“7”。顯見，只要在異或門輸入端加控制信號（即譯碼器輸出的高、低電平），用以改變驅動器輸出方波的相位，就能顯示所需數字。

　　ICL7106主要參數：

　　四、 ICL7106的性能特點

　　（1）＋7V～＋15V單電源供電，可選9V疊層電池，有助于實現儀表的小型化。低功耗（約16mW），一節9V疊層電池能連續工作200小時或間斷使用半年左右。

　　（2）輸入阻抗高（1010Ω），對輸入信號無衰減作用。內設時鐘電路、＋2.8V基準電壓源、異或門輸出電路，能直接驅動3?位LCD顯示器。

　　（3）屬于雙積分式A/D轉換器，A/D轉換準確度達±0.05％，轉換速率通常選2次／秒～5次／秒。具有自動調零、自動判定極性等功能。通過對芯片的功能檢查，可迅速判定其質量好壞。

　　（4）外圍電路簡單，僅需配5只電阻、5只電容和LCD顯示器，即可構成一塊DVM。其抗干擾能力強，可靠性高。

??????? （5） 內部有時鐘電路，可接阻容元件構成多諧振蕩器，也可用外時鐘輸入。

??????? （6）內部噪聲低，顯示穩定。

??????? （7）具有極性識別功能，在零附近時也能正確反映極性。

????????（8） 低功耗。

　　封裝形式：DIP40、LQFP44或COB。

　　五、ICL7106產品規格分類

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　　六、ICL7106典型應用電路

　　1. ICL7106 組成直流電壓測量電路

　　ICL7106 是雙積分型 CMOS 工藝 4 位 BCD 碼輸出 A/D 轉換器，它包含雙積分 A/D 轉換電路、基準電壓發生器、時鐘脈沖產生電路、自動極性變換、調零電路、七段譯碼器、LCD 驅動器及控制電路等。電路采用 9V 單電源供電，CMOS 差動輸入，可直接驅動位液晶顯示器（LCD）。 ICL7106 組成直流電壓測量電路如圖 4 所示。

　　電路中 V+對 V之間接 9V 直流電壓，通過內部基準電壓發生器在 V+到 COM 之間產生2.8V 基準電壓，經分壓電阻加在 REF+、REF基準電壓輸入端。當輸入量程為 200mV 時，基準電壓調至 100mV；當輸入量程為 2V 時，基準電壓為 1V。OSC1～OSC3 是時鐘振蕩電路引出端，外 接定時電阻、電 容產生內部時鐘。I N+、I N是差動輸入端，將 IN與模擬地 COM相連，IN+對 COM 之間為模擬電壓輸入。U接個位驅動、T接十位驅動、H 接百位驅動、a bK是千位驅動、P0 為“”號驅動、BP 接液晶背板。AZ、BUFF 和 INT 分別接調零電容、積分電阻和積分電容，通過調整它們及基準電壓，可將輸入量程調至 2V（本電路為 200mV）。

　　2. ICL7106 典型測試測量電路（200mv滿量程）

　　八、ICL7106典型熱門方案參考應用

　　1. 數字電壓表ICL7106/7107的應用

　　數字電壓表（數字面板表）是當前電子、電工、儀器、儀表和測量領域大量使用的一種基本測量工具有關數字電壓表的書籍和應用已經非常普及了。這里展示的一份由 ICL7106 A/D 轉換電路組成的數字電壓表（數字面板表）電路，就是一款最通用和最基本的電路。

　　與 ICL7106 相似的是 ICL7107 ，前者使用 LCD 液晶顯示，后者則是驅動 LED 數碼管作為顯示，除此之外，兩者的應用基本是相通的。

　　電路圖中，僅僅使用一只 DC9V 電池，數字電壓表就可以正常使用了。按照圖示的元器件數值，該表頭量程范圍是±200.0mV。當需要測量 ±200mV 的電壓時，信號從 V-IN 端輸入，當需要測量 ±200mA 的電流時，信號從 A-IN 端輸入，不需要加接任何轉換開關，就可以得到兩種測量內容。

　　也有許多場合，希望數字電壓表（數字面板表）的量程大一些，那么，只需要更改 2 只元器件的數值，就可以實現量程為 ±2.000V 了。更改的元器件具體位置和數值見下圖的 28 和 29 兩只引腳：

　　在有了一只數字電壓表（數字面板表）之后，按照下面的圖示，給它配置一組分流電阻，就可以實現多量程數字電流表，分檔從 ±200uA 到 ±20A 。但是要注意：在使用 20A 大電流檔的時候，不能再有開關來切換量程，應該專門配置一只測量插孔，以防燒毀切換開關。

　　與多量程電流表對應的是經常需要使用多量程電壓表，按照下圖配置一組分壓電阻，就可以得到量程從 ±200.0mV 至 ±1000V 的多量程電壓表。

　　測量電阻與測量電流或者電壓一樣重要，俗稱“三用表”，利用數字電壓表做成的多量程電阻表，采用的是“比例法”測量，因此，它比起指針萬用表的電阻測量來具有非常準確的精度，而且耗電很小，下圖示中所配置的一組電阻就叫“基準電阻”，就是通過切換各個接點得到不同的基準電阻值，再由 Vref 電壓與被測電阻上得到的 Vin 電壓進行“比例讀數”，當 Vref = Vin 時，顯示就是 Vin/Vref*1000=1000 ，按照需要點亮屏幕上的小數點，就可以直接讀出被測電阻的阻值來了。

　　在產品數字萬用表中，為了節省成本和簡化電路，測量電流的分流電阻和測量電壓的分壓電阻以及測量電阻的基準電阻往往就是同一組電阻。這里不討論數字萬用表的電路，僅僅是幫助讀者在單獨需要使用某種功能時，可以有一定的參考作用。

　　下圖是一個最簡單的 10 倍放大電路，運算放大器使用的是精度比較高的 OP07 ，利用它，可以把 0～200mV 的電壓放大到 0～2.000V。在使用的數字電壓表量程為 2.000V 時，（例如 ICL7135 組成的 41/2 數字電壓表，基本量程就是 2.000V。）特別有用。

　　如果把它應用在基本量程為 ±200.0mV 的數字電壓表上，就相當于把分辨力提高了 10 倍，在一些測量領域中，傳感器的信號往往覺得太小了，這時，可以考慮在數字電壓表前面加上這種放大器來提高分辨力。

　　在電流或者電壓的測量中，經常遇見測量的并不是直流而是交流，這時候，絕對不可以把交流信號直接輸入到數字電壓表去，必須先把被測的交流信號變成直流信號后，才可以送入數字電壓表進行測量。下圖就是一個把交流信號轉換成為直流信號的參考電路。（說明：更好的交流轉換成為直流的電路是一種“真有效值”轉換電路，但是由于其專用芯片價格昂貴，多應用在一些高檔場合。）

　　本電路中，輸入的是 0～200.0mV 的交流信號，輸出的是 0～200.0mV 的直流信號，從信號幅度來看，并不要求電路進行任何放大，但是，正是電路本身具有的放大作用，才保證了其幾乎沒有損失地進行 AC - DC 的信號轉換。因此，這里使用的是低功耗的高阻輸入運算放大器，其不靈敏區僅僅只有 2mV 左右，在普通數字萬用表中大量使用，電路大同小異。

　　在溫度測量和其他物理及化學量的測量中，經常會出現“零點”的時候信號不是零的情況，這時候，下面的“電橋輸入”電路就被優先采用了。可以根據被測信號的特點，用傳感器替換電橋回路中的某一個電阻元件。數字電壓表的兩個輸入端也不再有接地點，作為一種典型的“差分”輸入來使用了。

　　電橋輸入電路的變種還可以延伸到下面的電路，這是一個把 4～20mA 電流轉換為數字顯示的電路。它的零點就是 4mA 而不是 0mA 。當輸入零點電流為 4 mA 的時候，利用 IN- 上面建立起來的電壓，抵消掉 IN+ 由于 4mA 出現的無用信號，使得數字電壓表差分輸入=0，就實現了 4mA 輸入時顯示為 0 的要求。隨著信號的繼續增大，例如到了 20mA ，對數字電壓表來說，相當于差分輸入電流為 20-4=16mA ，這個 16mA 在 62.5R 電阻上的壓降，就是數字電壓表的最大輸入信號。這時候，把數字電壓表的基準電壓調整到與 16*62.5=1000mV 相等，顯示就是 1000 個字！

　　應用提示：

　　1.數字電壓表（數字面板表）的具體應用電路是何止千萬的，只要掌握了一些最基本的應用，就可以舉一反三地越來越熟練，熟就能生巧，就能按照您的構思去得心應手地用好它！

　　2.盡管數字電壓表的輸入阻抗可以達到 1000 兆歐姆，但是，這個阻抗僅僅是對輸入信號而言的，與通常電力系統泛稱的“絕緣電阻”有著天壤之別！因此，千萬不能把高于芯片供電電壓的任何電壓輸入到電路中！以免造成損失或者危險！

　　3.數字電壓表（數字面板表）屬于一種測量工具，其本身的好壞直接影響到測量結果，因此，上面所有例子中，其使用的電阻要求精度均不能低于 1% ，在分流、分壓和標準電阻鏈中，最好能夠使用 0.5% 或者 0.1% 精度的電阻。電路中使用的電容器也要求使用一種俗稱為 CBB 的電容，除各別地方之外，一般是不能使用瓷介電容的。

　　4.不要在電路本身沒有送上工作電源的時候就加上信號，這很容易損壞芯片。斷掉工作電源前也必須先把信號撤掉。

　　5.數字電壓表（數字面板表）的使用和擴展應用，還必須很好閱讀產品供貨商提供的說明書，千萬不要急于送電使用它。

　　2. 基于ICL7106的無源液晶顯示模塊的設計與實現（圖）

　　無源液晶顯示模塊只需串接在兩線制變送器4～20mA回路里，即可顯示測量工程值或測量百分比，無需電池或外接電源

　　4～20mA信號是兩線制變送器的傳輸標準。通常在控制室用數顯表顯示其測量工程值，或用計算機數據采集顯示。所設計的無源液晶顯示模塊，只需串接在兩線制變送器4～20mA回路里，即可顯示測量工程值或測量百分比，無需電池或接入電源。可嵌入到現場儀表的表頭就地顯示，或安裝在控制室集中顯示，是一種通用的無源液晶顯示模塊。

　　工作原理

　　顯示模塊通過兩個接線端串接到兩線制變送器的4～20mA回路里，通過模塊的可調精密并聯穩壓管產生2.5V的壓降，再經過倍壓提供模塊的5V電源。信號采樣電阻產生的最大200mV信號送入模數轉換器的差分輸入端，轉換為數字量進行顯示。模數轉換器采用抗工頻干擾強的雙積分模數轉換器 ICL7106，可以直接驅動3位半液晶顯示器，如圖1所示。

　　圖1 無源液晶顯示模塊電路框圖

　　電路設計

　　設計電路如圖2所示。顯示模塊通過JLOOP端子串接在4～20mA信號回路。圖中Z1是可調精密并聯穩壓器，吸收電流能力1～100mA。輸出電壓可用兩個外部電阻R3、R4設置至2.5～30V之間的任何值，考慮到模塊的壓降和ICL7106的工作電壓，這里取2.5V。R10、R11、R12 串并聯為回路信號的取樣電阻，對于不同的顯示量程可便于調整信號滿度。

　　圖2 無源液晶顯示模塊電路圖

　　ICL7660是Intersil公司采用CMOS工藝制成的高效率、小功率低壓直流電源變換器，它不僅可將單電源轉換成對稱輸出的雙電源，還能實現倍壓和多倍壓輸出，ICL7106的電源即由此獲得。ICL7106也是Intersil公司生產的專門用于驅動LCD的雙積分模數轉換器，功耗極低，可由電池供電。芯片內部有時鐘電路，外接阻容元件即可構成兩級反相RC振蕩器（圖中R13、C1），內部有基準電壓發生電路，在V+與COM之間有一個 2.8V典型值的基準電壓源，但考慮到其溫度穩定性，這里采用外接精密基準LM385-1.2V，再由分壓器分壓送到ICL7106的差分基準輸入端。 Ws電位器用來微調顯示滿度以保證Vref+- Vref-＝Vm/2，Vm為滿量程。ICL7106的差分輸入特性使得IN+和IN-可以接受在共模電壓范圍內的差分電壓，在V-+1～V+-0.5范圍內，A/D轉換器具有86dB的共模抑制比。圖中Wz、R6、R7分壓接入測量輸入IN＋端，Wz用于調整量程下限。R8、C5組成低通濾波以濾去干擾。M1用于驅動小數點，DPS用于選擇小數點顯示位置。LCD SI71263是長沙太陽人公司生產的小型三位半液晶顯示器。整個電路簡單實用，采用表面貼封裝的元件做成小型液晶顯示模塊，可直接嵌入到現場儀表的表頭。

　　無源液晶顯示模塊的實現方法切實可行，具有設計簡單、工作可靠等優點，具有很好的參考價值和實用性。

　　3. 由ICL7106構成的3，1 2位數字電壓表電路圖

　　由ICL7106構成的3，1 2位數字電壓表電路圖

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