雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器ICL7107是一種間接A/D轉(zhuǎn)換器。它通過對輸入模擬電壓和參考電壓分別進(jìn)行兩次積分，將輸入電壓平均值變換成與之成正比的時(shí)間間隔，然后利用脈沖時(shí)間間隔，進(jìn)而得出相應(yīng)的數(shù)字性輸出。

　　它包括積分器、比較器、計(jì)數(shù)器，控制邏輯和時(shí)鐘信號源。積分器是A/D轉(zhuǎn)換器的心臟，在一個(gè)測量周期內(nèi)，積分器先后對輸入信號電壓和基準(zhǔn)電壓進(jìn)行兩次積分。比較器將積分器的輸出信號與零電平進(jìn)行比較，比較的結(jié)果作為數(shù)字電路的控制信一號。

　　時(shí)鐘信號源的標(biāo)準(zhǔn)周期Tc 作為測量時(shí)間間隔的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。它是由內(nèi)部的兩個(gè)反向器以及外部的RC組成的。

　　計(jì)數(shù)器對反向積分過程的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。控制邏輯包括分頻器、譯碼器、相位驅(qū)動(dòng)器、控制器和鎖存器。分頻器用來對時(shí)鐘脈沖逐漸分頻，得到所需的計(jì)數(shù)脈沖fc和共陽極LED數(shù)碼管公共電極所需的方波信號fc。

　　（1） 31/2位雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器ICL7107功能與特點(diǎn)

　　① ICL7107是31/2位雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器，屬于CMoS大規(guī)模集成電路，它的最大顯示值為士1999，最小分辨率為100uV，轉(zhuǎn)換精度為0.05士1 個(gè)字。

　　② 能直接驅(qū)動(dòng)共陽極LED數(shù)碼管，不需要另加驅(qū)動(dòng)器件，使整機(jī)線路簡化，采用士5V兩組電源供電，并將第21腳的GND接第30腳的IN 。

　　③ 在芯片內(nèi)部從V+與COM之間有一個(gè)穩(wěn)定性很高的2.8V基準(zhǔn)電源，通過電阻分壓器可獲得所需的基準(zhǔn)電壓VREF 。

　　④ 能通過內(nèi)部的模擬開關(guān)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)零和自動(dòng)極性顯示功能。 ⑤ 輸入阻抗高，對輸入信號無衰減作用。

　　⑥ 整機(jī)組裝方便，無需外加有源器件，配上電阻、電容和LED共陽極數(shù)碼管，就能構(gòu)成一只直流數(shù)字電壓表頭。

　　⑦ 噪音低，溫漂小，具有良好的可靠性，壽命長。 ⑧ 芯片本身功耗小于15mw（不包括LED）。

　　⑨ 不設(shè)有一專門的小數(shù)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)信號。使用時(shí)可將LED共陽極數(shù)數(shù)碼管公共陽極接V+. ⑩ 可以方便的進(jìn)行功能檢查。

　　圖1 ICL7107的引腳圖及典型電路。

　　（2） ICL7107引腳功能及主要電氣參數(shù) V＋和V-分別為電源的正極和負(fù)極，

　　au-gu，aT-gT，aH-gH：分別為個(gè)位、十位、百位筆畫的驅(qū)動(dòng)信號，依次接個(gè)位、十位、百位LED顯示器的相應(yīng)筆畫電極。

　　Bck：千位筆畫驅(qū)動(dòng)信號。接千位LEO顯示器的相應(yīng)的筆畫電極。 PM：液晶顯示器背面公共電極的驅(qū)動(dòng)端，簡稱背電極。

　　Oscl-OSc3 ：時(shí)鐘振蕩器的引出端，外接阻容或石英晶體組成的振蕩器。第38腳至第40腳電容量的選擇是根據(jù)下列公式來決定： Fosl = 0.45/RC

　　COM ：模擬信號公共端，簡稱“模擬地”，使 用時(shí)一般與輸入信號的負(fù)端以及基準(zhǔn)電壓的負(fù)極相連。 TEST ：測試端，該端經(jīng)過500歐姆電阻接至邏輯電路的公共地，故也稱“邏輯地”或“數(shù)字地”。 VREF＋ VREF- ：基準(zhǔn)電壓正負(fù)端。 CREF：外接基準(zhǔn)電容端。

　　INT：27是一個(gè)積分電容器，必須選擇溫度系數(shù)小不致使積分器的輸入電壓產(chǎn)生漂移現(xiàn)象的元件 IN＋和IN- ：模擬量輸入端，分別接輸入信號的正端和負(fù)端。

　　AZ：積分器和比較器的反向輸入端，接自動(dòng)調(diào)零電容CAz 。如果應(yīng)用在200mV滿刻度的場合是使用0.47μF，而2V滿刻度是0.047μF。

　　BUF：緩沖放大器輸出端，接積分電阻Rint。其輸出級的無功電流（ idling current ）是100μA，而緩沖器與積分器能夠供給20μA的驅(qū)動(dòng)電流，從此腳接一個(gè)Rint至積分電容器，其值在滿刻度200mV時(shí)選用47K，而2V滿刻度則使用470K。 ICL7107主要參數(shù)： 電源電壓

　　ICL7107 V+ to GND 6V 溫度范圍 0℃ to 70℃

　　ICL7107 V- to GND -9V 熱電阻 PDIP封裝 qJA（℃/W） 50 MQFP封裝 80

　　模擬輸入電壓 V+ to V- 最大結(jié)溫 150℃ 參考輸入電壓 V+ to V- 最高儲(chǔ)存溫度范圍 -65℃ to 150℃ 時(shí)鐘輸入 GND to V+

　　其振蕩周期Tc=2RCIn1.5=2.2RC 。

　　圖2 ICL7107A/D轉(zhuǎn)換器原理

　　計(jì)數(shù)器對反向積分過程的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。控制邏輯包括分頻器、譯碼器、相位驅(qū)動(dòng)器、控制器和鎖存器。

　　分頻器用來對時(shí)鐘脈沖逐漸分頻，得到所需的計(jì)數(shù)脈沖fc和共陽極LED數(shù)碼管公共電極所需的方波信號fc。

　　譯碼器為BCD-7段譯碼器，將計(jì)數(shù)器的BCD碼譯成LED數(shù)碼管七段筆畫組成數(shù)字的相應(yīng)編碼。 驅(qū)動(dòng)器是將譯碼器輸出對應(yīng)于共陽極數(shù)碼管七段筆畫的邏輯電平變成驅(qū)動(dòng)相應(yīng)筆畫的方波。

　　控制器的作用有三個(gè)：第一，識別積分器的工作狀態(tài)，適時(shí)發(fā)出控制信號，使各模擬開關(guān)接通或斷開，A/D轉(zhuǎn)換器能循環(huán)進(jìn)行。第二，識別輸入電壓極性，控制LED數(shù)碼管的負(fù)號顯示。第二，當(dāng)輸入電壓超量限時(shí)發(fā)出溢出信號，使千位顯示“1“ ，其余碼全部熄滅。

　　釣鎖存器用來存放A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果，鎖存器的輸出經(jīng)譯碼器后驅(qū)動(dòng)LED 。它的每個(gè)測量周期自動(dòng)調(diào)零（AZ）、信號積分（INT）和反向積分（DE）三個(gè)階段。 第一階段：自動(dòng)調(diào)零階段AZ

　　轉(zhuǎn)換開始前（轉(zhuǎn)換控制信號VL=0） ，先將計(jì)時(shí)器清零，并接通開關(guān)S0 ，使積分電容C完全放電。 第二階段：信號積分INT

　　令開關(guān)S1合到輸入信號V1一側(cè)，積分器對V1進(jìn)行固定時(shí)間Tl的積分，積分結(jié)果為：

　　上式說明，在Tl固定條件下V0與Vl成正比。 第三階段：反向積分DE

　　令開關(guān)S1轉(zhuǎn)至參考電壓VREF一側(cè)，積分器反向積分。如果積分器的輸出電壓上升至必零時(shí)，所經(jīng)過的積分時(shí)間T2則可得， 故可得到，

　　可見，反向積分到V0=0這段時(shí)間T2與Vl成正比。令時(shí)鐘脈沖CD的周期為Tc，計(jì)數(shù)扔器在T2時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)值為N得：T2=NTc 代入上式得：

　　分析可知：T1，Tc，VREF固定不變，計(jì)數(shù)值N僅與VIN成正比，實(shí)現(xiàn)了模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)變。 下面介紹A/D轉(zhuǎn)化過程的時(shí)間分配。假設(shè)時(shí)鐘脈沖頻率為40KHz，每個(gè)周期為4000Tc， 如圖3所示，每個(gè)測量周期中三個(gè)階段工作自動(dòng)循環(huán)。

　　圖3 雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器的電壓波形圖 各階段時(shí)間分配如下

　　①信號積分時(shí)間Tl用1000Tc 。

　　②信號反向積分時(shí)間T2用0一2000Tc ，這段時(shí)間的長短是由VIN的大小決定的。 ③自動(dòng)調(diào)零時(shí)間T0用1000－3000Tc 。

　　從上面的分析可知，Tl 侍定不變的，但T2隨VIN的大小而改變。因?yàn)椋?/p>

　　選基準(zhǔn)電壓VRFF = 100.0mv ，