本帖最后由 2n3055 于 2026-6-23 13:05 编辑
现在天天喊着芯片热，造芯片，造芯片，殊不知我们在半导体早期发展阶段发展曾有一段辉煌的历史（上世纪50-80年代初）， 这期间大家百花齐放百家争鸣也取得了不小的成就。 今天就评测一颗上世纪80年代的国产三位半ADC集成电路，回顾一下当年老一辈的奋斗之路。
这颗ADC型号为5G14433，属于大规模集成电路，采用CMOS工艺。出生于1984年11月，生产厂家为上海元件五厂。 话说上海元件五厂，在上世纪7、80年代可是国内半导体领域的领头工厂，在集成电路生产方面，曾经创下过多个国内第一的记录， 生产的产品也是多种多样，从分立的二极管三极管，各种COMS,PMOS逻辑门，各种中大规模集成电路。 这么说吧，Intel 在1974年推出了8080处理器， 1979年上海元五就成功把它仿制出来了，推出可Pin-To-Pin替换的5G8080。（要想知道上海元五的详史，请自行询问谷哥度娘豆包它们）。
话说这颗5G14433，不例外仿（shan）制（zhai）的是上世纪70年代末摩托罗拉生产的MC14433集成电路，属于双积分型模-数转换电路。这种ADC主要为数字电压表设计，当年常规的计数型、逐次比较型ADC价格很贵，这种双积分ADC却可以用普通元件提供较高的测量精度，大大降低了数字表的成本。可能你对这个家伙感觉很陌生，其实它就在我们身边，但凡玩万用表肯定听说过ICL7106/7107/7135这些万用表集成电路，对，MC14433和它们也是一家的，原理一样，都是双积分ADC。 别想着现在仿制个集成电路很简单，那可是上世纪7、80年代，硅比铜贵，咱们还拿玻璃刀划晶圆呢 去现在的威海路原址看看地皮大小就知道了，当年上海元五没几间房，就几栋小楼而已。
有请5G14433本尊，手上这几颗生产日期均为84年11月，上海元件五厂生产，晶峰牌。 采用金属陶瓷DIP-24封装，不要看着这种金属陶瓷封装就觉得有多高档， 事实上这是早期半导体集成电路广泛采用的封装技术。那时候塑封不是没有，但是少，刚刚起步，还不甚可靠。 Intel还是仙童就被陶瓷封装里面水汽凝结腐蚀的问题困扰了很久，别说塑封了。 只是说现在塑封性能好了，加上成本低廉满足需要还易于大规模生产，于是集成电路都改塑封了。 陶瓷和金封只用于环境恶劣场合。别看引脚似乎被焊过似的，那是错觉，是表面镀层时间久远脱落了，人家可是全新没上过机的！ 陶瓷是半透光的，可以看出内部的走线。 陶封和金封在电气性能上是一样的，只是温度范围和塑封有较大区别，因此广泛应用与恶劣场合。 它们的特点就是成本高，一个外壳的成本甚至能高于里面的硅片几十倍甚至几百倍。 例如1块钱的LM358（塑封）和20块钱的LM158（陶封），其电气性能完全一致，贵就贵在那个封装上面。
当年资讯传播还很不发达的年代，厂家贴心的准备了使用说明书和应用手册。 看看当年中文的DataSheet是怎么写的吧。那会厂家还会把自己的产品目录，说明，应用方法甚至用户反馈都编成书。为用户提供了极大的方便。再看看现如今的一些厂家，要个资料不仅藏着掖着还得先给他提供各种信息查遍户口，真是见了鬼。
设计电路，因为主要以测试研究为主，因此一切简化，按最小电路去设计，功能最简， 只有电路自带的200mV和2V两个量程，预留控制线路以后再进行扩展。 基本参考5G14433手册内提供的电路进行设计。 其中，直流单电源供电，使用电子开关进行量程切换，外置DC-DC电路产生负电源的同时还兼做时钟信号源。
电路设计好了，画板送交工厂打样，
线路板回来了，开始备件，尽可能都用当年的国产器件。翻找元件库后收获如下。 晶峰牌5G14433，上海元件五厂1984年11月出品，本次主角。 双岭牌CH4069B，上海无线电十四厂1986年2月出品，用于负电压产生和生成时钟信号。 用于量程切换的电子开关选用的是北京878厂产的DG4066，4路双向模拟开关，等同于CD4066。 输出显示译码器没找到国产的合适信号，就用手上有的SN54LS47吧。 基准电压原来想用国产2DW232，但是用这个器件的话电源要做较大调整， 还是尊重DataSheet的设计用MC1403吧，2.5V基准电压源电路。 其实上海元五当年有Pin-To-Pin的5G1403，但是找了很久也没有找到货源，只好作罢。 SN54LS47和MC1403都是摩托罗拉原装的，原装和国（shan）产（zhai）凑一堆不一样和谐么。 总之这几个家伙都是上世纪8、90年代的，年龄相仿的老家伙们凑一起能有话说。
开始焊板，组装外围电路
测试负电源输出正常，负电源采用CH4069组成的DC-DC电路 测试时钟信号正常，这里采用晶振进行稳频，时钟频率100kHz， 在此时钟下，ADC的测量速度大约是6-7次/秒。
调基准，200mV和2V两个量程分别对于200mV和2V的基准电压。 设计两路电位器可以分开调整这两路基准电压。 然后它们通过DG4066组成的电子开关进行切换。
外围完工 和其他的双积分ADC一样，5G14433对基准电容和积分电容一样有要求。 说明书里要求使用优质CBB电容（聚丙烯电容），手上暂时没有，用WIMA的MKS代替了。 先进行测试，然后有需要的话再换也不迟。
再组装好显示板，两个一扣就完工了
按《晶峰器件应用》里面说，5G14433某些时候在小信号条件下可能会出现不稳定。 因此在设计PCB是就已经按《提高5G14433小信号工作稳定性措施》一文中介绍的方法，通过大面积铺铜接地、输入端RC滤波、电源LC滤波、模拟引脚周围加接地环等措施进行预防。 通电测试，一次成功点亮！ 短接输入端，显示000，非常稳定，0位显示正常。
和基于ICL7106的万用表进行全量程对比试验 测试方法也简单，用一个电位器分压，提供一个0-2V的可变直流电压， 5G14433表头输入端和DT-840万用表输入端并联，对比两个表的显示读数。 调节电位器就可以给表头产生任意测试电压。
结果统计一下，2V量程，5G14433的性能和万用表似乎不分伯仲，误差最大11个字 误差似乎成正态分布，整个量程，中间小两端大。 对于双积分ADC来说，这种非线性误差有可能是积分电容导致的， 这种电容，最好采用介质吸收率极小的聚丙烯（CBB/MKP）或特氟龙材质的， 目前手上暂没有这种电容，等采买后可以进行更换尝试。
而0.2V当和万用表的200mV档进行比较就比较有意思了。 测得数据比较呵呵，误差分布似乎也很随机，大大小小正正负负没什么规律。 但是，大体来说没有特别离谱的误差，对于测试mV级别的小信号，这个万用表还不一定能保证是准确的，更何况一颗40年前的ADC了。也有可能是测试条件所致，有些干扰造成影响， 而且，也没有出现《晶峰器件应用》里面所说的小信号测量不稳定的表现。 因此，对于这小量程，大差不差也算是说得过去。
说明书里说，5G14433是具有自动极性转换功能的，可以对负电压进行测试 再来测试一下负电压的测量：结果非常遗憾，似乎手头上的5G14433不能够很好的支持负电压测量， 首先，在2V量程，输入-0.2V以内的信号，误差和正测量时大致无差别， 而超过-0.2V后，误差开始明显增大，大约到-0.51V左右就显示超量程了。 因此无法完成负电压的全量程测试，查了查手册说明书，似乎没有对这种现象的解释，具体原因不得而知。
原本还想测下翻转误差的， 所谓翻转误差，就是正向、反向测量同一个直流电压进行数值比较； 理想状况下应该正向测量结果和反向测量结果的绝对值一致， 但是受制于器件限制，正向测量结果和反向测量结果总会有点不一致，这就是翻转误差。 ICL7106/7手册里给的翻转误差好像是2个字以内。 之前打磨我这个DT-840时发现翻转误差确实是在2个字以内。 按说测量翻转误差应该在全量程区间里面进行测试。 但是因为5G14433的负电压特性不好，因此只能简单测点小信号了。 几十mV的小直流信号想让它在拆线接线中保持稳定可真困难啊，误差也会响应增大。 因此费劲巴拉测几个点就当娱乐吧。
既然上面的测试发现ADC的非线性误差似乎大于ICL7106； 那么是不是积分电容不好呢？ ICL7106手册里有检测积分电容质量的方法：将输入端和基准电压短路，读数离999越近越好。 无论是MC14433还是5G14433的说明书里可都没提到这一点， 考虑到它们都是双积分ADC，也来试试吧 螺丝刀短路Vref和Vin脚，显示1999，这结果算合格？
最后，这毕竟是40多岁的老电路了， 有传言说当年CMOS工艺还没有设计保护电路， 因此那时候的CMOS电路真是“摸死管”，很容易损坏。 因此，什么过压、高低温、脉冲冲击这样的测试就别去折腾它了。 真折腾坏了，那就得不偿失了。 总之，对于双积分ADC的早期型号（早于ICL7106/7107），还是国产的仿制品，在上世纪80年代能做到如此性能，应该是很不容易了。 既然说到了CMOS工艺的高阻抗，5G14433手册上给出的输入阻抗>100MΩ 表头输入是一个100KΩ的保护电阻加一个0.1uF的滤波电容，因此，当测试端开路时，滤波电容的负载就是5G14433的输入电阻+PCB的绝缘电阻组成 用表头测试干电池，断开电池后，输入端空置，电压可以保持很长时间，并且缓慢下降（大概2秒降1个字） 根据电压下降速率和电压变化值可以推算出5G14433的输入阻抗至少>25GΩ，远大于100MΩ的标准了。 结合电压变化量+电压变化时间，可以说算出5G14433的输入阻抗至少能达到25GΩ，相当于25000MΩ，完全符合手册要求
最后，来个有意思的。 结合资料可知，5G14433大约是在1982年仿制成功并推向市场的。 80年代初的数字电压表可绝对是高端产品， 这个东西在当年售价几何？书里还真有答案。 问了问家里，1982年时，父母他们一个人的月工资大约￥30-￥50，想买这么一个表头，一个月工资还不够。
制作参考了如下资料文档： 上海元件五厂。5G14433 31/2位A/D转换器[J].晶峰手册 大规模集成电路，1982:165-170 上海元件五厂“晶峰应用”编辑组。双积分A/D及其应用[J].晶峰器件应用，1984,12:114-122 吴忠义。提高5G14433-31/2位A/D转换器小信号工作稳定性措施[J].晶峰器件应用，1985,14:14-16 Motorola Semiconductor. MC14433 DUALINTEGRATING A/D CONVERTER datasheet[M]. USA: Motorola Semiconductor Inc,1991.
完，谢谢观看~~~~
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