Design Note 38: Applications for a New Micropower, Low Charge Injection Analog Switch

With greater accuracy for both charge and voltage switching, the LTC201A is a superior replacement for the industry standard DG201A. In addition, the micropower LTC201A operates from a single 5V supply, and has lower on-resistance and faster switching speed. These improvements are critical to the operation of the following three circuits.

Micropower V-F Converter

Figure 1 shows a 100Hz to 1MHz voltage-to-frequency converter. This V-to-F operates from a single supply and draws only 90μA quiescent current, rising to 360μA at 1MHz. Linearity is 0.02% over a 100Hz to 1MHz range.

The circuit consists of an oscillator, a servo amplifier and a charge pump. The oscillator’s divided down output is expressed as current (charge per time) by the LTC201A-500pF combination. The input voltage is converted to current by the 220k trimmer pair. The amplifier controls the oscillator frequency to force the net value of the current into A1’s summing point to zero.

The 1.5MΩ resistor between VIN and the reference buffer amplifier sums a small input related voltage to the reference, improving linearity. The 0.022μF capacitor prevents excessive negative transitions at LTC201A D1-D2 pins. The series diodes in the oscillator divider supply the lower supply voltage, decreasing current consumption. The 10MΩ resistor at Q8’s collector dominates node leakages ensuring low frequency operation by forcing Q8 to always source current.

Precision Voltage Doubler

The precision micropower voltage doubler of Figure 2 has an input voltage range of 4.5V to 15V. The low supply current of the LTC201A allows it to be powered directly from the input voltage. Total no load supply current of the circuit ranges from 20μA at VIN = 4.5V to 130μA at VIN = 15V. Output impedance is only 1.2kΩ at VIN = 4.5V and reduced to 600Ω at VIN = 15V. The accuracy of this circuit is better than 0.2% over the 4.5V to 15V input range.

The MC14093 is used to form an oscillator with complementary non-overlapping outputs. R1 and C1 determine the frequency of oscillation (roughly 1.2kHz at VIN = 4.5V). The oscillator outputs drive two sets of switches in the LTC201A and ensure that one pair of switches shuts off before the other set turns on. CIN is alternately charged to VIN and then stacked on top of VIN to charge COUT. R2 reduces the supply voltage to the MC14093 which keeps current drain low. The diode ensures latch-free power-up for any input rise time condition.

Quad 12-Bit Sample and Hold

Figure 3’s sample and hold uses the low charge injection of the LTC201A combined with the low offset voltage of the LT1014 to produce a sample to hold offset of only 0.6mV. This makes it accurate enough for 12-bit applications. Acquisition time to 0.6mV is 20μs. Aperture time is 300ns (the off time of the LTC201A). Droop rate is 2mV/ms and is limited by the IB of the LT1014. The input range is 3.5V to –5V with ±5V supplies.

著者

Generic_Author_image

Guy Hoover

Guy Hooverは、Linear Technology(現在はアナログ・デバイセズに統合)で30年以上にわたりIC設計技術者、アプリケーション・エンジニアなどの職務を果たしてきました。

Bob Dobkin氏、Bob Widlar氏、Carl Nelson氏、Tom Redfern氏の指導の下、オペアンプ、コンパレータ、スイッチング・レギュレータ、A/Dコンバータ(ADC)など、様々な製品を担当。この時期には、各製品の特性評価に使用するテスト・プログラムの開発にも携わりました。

その後は、PSpiceの習得と逐次比較型(SAR)ADCの設計に従事。設計を担当した製品には、分解能が10ビットのADCファミリ「LTC1197」や同12ビット/16ビットのADCファミリ「LTC1864」などがあります。

現在は、ミックスド・シグナル・グループで、SAR ADCのサポートを専門とするアプリケーション・エンジニアとして業務に従事。VerilogのコードやSAR ADC製品のデモ用ボードのテスト・プロシージャの設計/開発を通して、SAR ADCを使用する製品の最適化を望むお客様をサポートしています。また、アプリケーションに関する解説記事を執筆することで、各種のコンポーネントを実際に使用して学んだことをお客様に伝えるよう努めています。

デブライ工科大学(現デブライ大学)で電子工学の学士号を取得しています。

Jim-Williams

Jim Williams

James M. Williams(1948年4月14日~2011年6月12日)はマサチューセッツ工科大学(1968年~1979年)、Philbrick、National Semiconductor(1979年~1982年)、Linear Technology Corporation(LTC)(1982年~2011年)でアナログ回路設計者ならびに技術文書の著者を務めていました。同氏は、書籍5冊、National Semiconductorのアプリケーション・ノート21件、Linear Technologyのアプリケーション・ノート62件、そしてEDNマガジンの記事125件など、アナログ回路設計に関する文書を350件以上執筆していました。同氏は、2011年6月10日に脳卒中を起こし、6月12日に他界しました。

Generic_Author_image

William Rempfer