Linear Building Block - Low Power comparator with Op Amp and Voltage Reference

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2002 Microchip Technology Inc.

DS21725B-page 1

Features

• Combines Low-Power Op Amp, Comparator and

Voltage Reference in a Single Package

• Optimized for Single Supply Operation

• Small Packages: 8-Pin MSOP, 8-Pin SOIC,

8-Pin PDIP

• Ultra Low Input Bias Current: Less than 100pA

• Low Quiescent Current: 12

µ

A (Typ.)

• Rail-to-Rail Inputs and Outputs

• Operates Down to V

DD

= 1.8V, Min

Applications

• Power Management Circuits

• Battery Operated Equipment

• Consumer Products

Device Selection Table

Package Types

General Description

The TC1026 is a mixed-function device combining a
general-purpose op amp, comparator and voltage
reference in a single 8-pin package. This increased
integration allows the user to replace two or three
packages, which saves space, lowers supply current
and increases system performance.

Both the op amp and comparator have rail-to-rail inputs
and outputs which allows operation from low supply
voltages with large input and output swings. The
TC1026 is optimized for low voltage (V

DD

= 1.8V), low

supply current (12

µ

A typ) operation.

Packaged in a space-saving 8-Pin MSOP, the TC1026
consumes half the board area of an 8-Pin SOIC and is
ideal for applications requiring high integration, small
size and low power. It is also available in 8-Pin SOIC
and 8-Pin PDIP packages.

Functional Block Diagram

Part Number

Package

Temperature

Range

TC1026CEPA

8-Pin PDIP

-40°C to +85°C

TC1026CEUA

8-Pin MSOP

-40°C to +85°C

TC1026CEOA

8-Pin SOIC

-40°C to +85°C

REF (CMPIN)

CMPOUT

CMPIN+

AMPIN

AMPIN+

V

SS

AMPOUT

V

DD

1

2

3

4

8

7

6

5

TC1026CEPA

TC1026CEUA

TC1026CEOA

8-Pin PDIP

8-Pin MSOP

8-Pin SOIC

+

-

+

-

TC1026

V

DD

CMPOUT

REF (CMPIN-)

CMPIN+

V

SS

AMPIN+

AMPIN-

AMPOUT

CMP

AMP

Voltage

Reference

1

2

3

4

8

7

6

5

TC1026

Linear Building Block – Low Power Comparator with

Op Amp and Voltage Reference

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TC1026

DS21725B-page 2

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1.0

ELECTRICAL
CHARACTERISTICS

ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS*

Supply Voltage ......................................................6.0V

Package Power Dissipation:

8-Pin PDIP ...............................................730 mW
8-Pin SOIC ...............................................470 mW
8-Pin MSOP .............................................320 mW

Voltage on Any Pin .......... (V

SS

– 0.3V) to (V

DD

+ 0.3V)

Junction Temperature....................................... +150°C

Operating Temperature Range............. -40°C to +85°C

Storage Temperature Range .............. -55°C to +150°C

*Stresses above those listed under "Absolute Maximum
Ratings" may cause permanent damage to the device. These
are stress ratings only and functional operation of the device
at these or any other conditions above those indicated in the
operation sections of the specifications is not implied.
Exposure to Absolute Maximum Rating conditions for
extended periods may affect device reliability.

TC1026 ELECTRICAL SPECIFICATIONS

Electrical Characteristics: Typical values apply at 25°C and V

DD

= 3.0V; T

A

= -40° to +85°C, and V

DD

= 1.8V to 5.5V, unless

otherwise specified.

Symbol

Parameter

Min

Typ

Max

Units

Test Conditions

V

DD

Supply Voltage

1.8

5.5

V

I

Q

Supply Current

12

18

µ

A

All outputs unloaded

Op Amp

A

VOL

Large Signal Voltage Gain

100

V/mV

R

L

= 10k

Ω, 

V

DD

= 5V

V

ICMR

Common Mode Input Range

V

SS

– 0.2

V

DD

+ 0.2

V

V

OS

Input Offset Voltage

±100

±0.3

±500

±1.5

µ

V

mV

V

DD

= 3V, V

CM

= 1.5V, T

A

= 25°C

T

A

= -40°C to 85°C

I

B

Input Bias Current

-100

50

100

pA

T

A

= 25°C, V

CM

= V

DD

to V

SS

V

OS (DRIFT)

Input Offset Voltage Drift

±4

µ

V/°C

V

DD

= 3V, V

CM

= 1.5V

GBWP

Gain-Bandwidth Product

90

kHz

V

DD

= 1.8V to 5.5V;

V

O

= V

DD

to V

SS

SR

Slew Rate

35

mV/

µ

sec C

L

= 100pF

R

L

= 1M

to GND

Gain = 1
V

IN

= V

SS

to V

DD

V

OUT

Output Signal Swing

V

SS

+ 0.05

V

DD

– 0.05

V

R

L

= 10k

CMRR

Common Mode Rejection Ratio

66

dB

T

A

= 25°C, V

DD

= 5V

V

CM

= V

DD

to V

SS

PSRR

Power Supply Rejection Ratio

80

dB

T

A

= 25°C, V

CM

= V

SS

V

DD

= 1.8V to 5V

I

SRC

Output Source Current

3

mA

V

IN

+ = V

DD

, V

IN

- = V

SS

Output Shorted to V

SS

V

DD

= 1.8V, Gain = 1

I

SINK

Output SInk Current

125

nV/Hz

IN+ = V

SS

, IN- = V

DD

Output Shorted to V

DD

V

DD

= 1.8V, Gain = 1

En

Input Noise Voltage

10

µ

Vpp

0.1Hz to 10Hz

en

Input Noise Voltage Density

125

nV/

Hz

1kHz

Comparator

V

IR

Input Voltage Range

V

SS

– 0.2

V

DD

+ 0.2

V

V

OS

Input Offset Voltage

-5
-5


+5
+5

mV

V

DD

= 3V, T

A

= 25°C

T

A

= -40°C to 85°C

I

B

Input Bias Current

––

±100

pA

T

A

= 25°C, IN+ = V

DD

to V

SS

V

OH

Output High Voltage

V

DD

– 0.3

V

R

L

= 10k

to V

SS

V

OL

Output Low Voltage

0.3

V

R

L

= 10k

to V

DD

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TC1026

TC1026 ELECTRICAL SPECIFICATIONS (CONTINUED)

Electrical Characteristics: Typical values apply at 25°C and V

DD

= 3.0V; T

A

= -40° to +85°C, and V

DD

= 1.8V to 5.5V, unless

otherwise specified.

Symbol

Parameter

Min

Typ

Max

Units

Test Conditions

PSRR

Power Supply Rejection Ratio

60

dB

T

A

= 25°C

V

DD

= 1.8V to 5V

I

SRC

Output Source Current

1

mA

IN+ = V

DD

Output Shorted to V

SS

V

DD

= 1.8V

I

SINK

Output Sink Current

2

mA

IN+ = V

SS

Output Shorted to V

DD

V

DD

= 1.8V

t

PD1

Response Time

4

µ

sec

100mV Overdrive, C

L

= 100pF

t

PD2

Response Time

6

µ

sec

10mV Overdrive, C

L

= 100pF

Voltage Reference

V

REF

Reference Voltage

1.176

1.200

1.221

V

I

REF(SOURCE)

Source Current

50

µ

A

I

REF(SINK)

Sink Current

50

µ

A

C

L(REF)

Load Capacitance

100

pF

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TC1026

DS21725B-page 4

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2.0

PIN DESCRIPTION

The description of the pins are listed in Table 2-1.

TABLE 2-1:

PIN FUNCTION TABLE

Pin No.

(8-Pin PDIP)

(8-Pin MSOP)

(8-Pin SOIC)

Symbol

Description

1

AMPOUT

Op amp output.

2

AMPIN-

Inverting op amp input.

3

AMPIN+

Non-inverting op amp input.

4

V

SS

Negative power supply.

5

CMPIN+

Non-inverting comparator input.

6

REF(CMPIN)

Inverting comparator input and voltage reference output voltage.

7

CMPOUT

Comparator output.

8

V

DD

Positive power supply.

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TC1026

3.0

DETAILED DESCRIPTION

The TC1026 is one of a series of very low power, linear
building block products targeted at low voltage, single
supply applications. The TC1026 minimum operating
voltage is 1.8V, and typical supply current is only 12

µ

A.

It combines a comparator, an op amp and a voltage
reference in a single package.

3.1

Comparator

The TC1026 contains one comparator. The compara-
tor’s input range extends beyond both supply voltages
by 200mV and the outputs will swing to within several
millivolts of the supplies depending on the load current
being driven. The inverting input is internally connected
to the output of the reference.

The comparator exhibits propagation delay and supply
current which are largely independent of supply
voltage. The low input bias current and offset voltage
make

it

suitable

for

high

impedance

precision

applications.

3.2

Operational Amplifier

The TC1026 contains one rail-to-rail op amp. The
amplifier’s input range extends beyond both supplies
by 200mV and the outputs will swing to within several
millivolts of the supplies depending on the load current
being driven.

The amplifier design is such that large signal gain, slew
rate and bandwidth are largely independent of supply
voltage. The low input bias current and offset voltage of
the TC1026 make it suitable for precision applications.

3.3

Voltage Reference

A 2.0% tolerance, internally biased, 1.20V bandgap
voltage reference is included in the TC1026. It has a
push-pull output capable of sourcing and sinking at
least 50

µ

A.

4.0

TYPICAL APPLICATIONS

The TC1026 lends itself to a wide variety of
applications, particularly in battery powered systems. It
typically finds application in power management,
processor supervisory and interface circuitry.

4.1

External Hysteresis (Comparator)

Hysteresis can be set externally with three resistors
using positive feedback techniques (see Figure 4-1).
The design procedure for setting external comparator
hysteresis is as follows:

1.

Choose the feedback resistor R

C

. Since the

input bias current of the comparator is at most
100pA, the current through R

C

can be set to

100nA (i.e., 1000 times the input bias current)
and retain excellent accuracy. The current
through R

C

at the comparator’s trip point is V

R

/

R

C

where V

R

is a stable reference voltage.

2.

Determine the hysteresis voltage (V

HY

) between

the upper and lower thresholds.

3.

Calculate R

A

as follows:

EQUATION 4-1:

4.

Choose the rising threshold voltage for V

SRC

(V

THR

).

5.

Calculate R

B

as follows:

EQUATION 4-2:

6.

Verify

the

threshold

voltages

with

these

formulas:

V

SRC

rising:

EQUATION 4-3:

V

SRC

falling:

EQUATION 4-4:

R

A

R

C

V

H Y

V

D D

-----------

=

R

B

1

V

THR

V

R

R

A

×

---------------------

1

R

A

-------

1

R

C

-------

-----------------------------------------------------------

=

V

TH R

V

R

(

)

R

A

(

)

1

R

A

-------

1

R

B

-------

1

R

C

-------

+

+

=

V

THF

V

THR

R

A

V

DD

×

R

C

-------------------------

=

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TC1026

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FIGURE 4-1:

COMPARATOR
EXTERNAL HYSTERESIS
CONFIGURATION

4.2

Precision Battery Monitor

Figure 4-2 is a precision battery low/battery dead
monitoring circuit. Typically, the battery low output
warns the user that a battery dead condition is
imminent. Battery dead typically initiates a forced
shutdown to prevent operation at low internal supply
voltages (which can cause unstable system operation).

The circuit of Figure 4-2 uses two TC1026 devices and
only six external resistors. AMP 1 is a simple buffer
while CMPTR1 and CMPTR2 provide precision voltage
detection using V

R

as a reference. Resistors R2 and

R4 set the detection threshold for BATT LOW while
resistors R1and R3 set the detection threshold for
BATT FAIL. The component values shown assert
BATT LOW at 2.2V (typical) and BATT FAIL at 2.0V
(typical). Total current consumed by this circuit is
typically 28

µ

A at 3V. Resistors R5 and R6 provide

hysteresis for comparators CMPTR1 and CMPTR2,
respectively.

4.3

Voice Band Receive Filter

The majority of spectral energy for human voices is in
a 2.7kHz frequency band from 300Hz to 3kHz. To
properly recover a voice signal in applications such as
radios, cellular phones and voice pagers, a low-power
bandpass filter that is matched to the human voice
spectrum can be implemented using Microchip’s
CMOS op amps. Figure 4-3 shows a unity-gain multi-
pole Butterworth filter with ripple less than 0.15dB in
the human voice band. The lower 3dB cut-off frequency
is 70Hz (single-order response), while the upper cut-off
frequency is 3.5kHz (fourth-order response).

4.4

Supervisory Audio Tone (SAT)
Filter for Cellular

Supervisory Audio Tones (SAT) provide a reliable
transmission path between cellular subscriber units
and base stations. The SAT tone functions much like
the current/voltage used in land line telephone systems
to indicate that a phone is off the hook. The SAT tone
may be one of three frequencies: 5970, 6000 or
6030Hz. A loss of SAT implies that channel conditions
are impaired, and if SAT is interrupted for more than 5
seconds, a cellular call is terminated.

Figure 4-4 shows a high Q (30) first order SAT
detection bandpass filter using Microchip’s CMOS op
amp architecture. This circuit nulls all frequencies
except the three SAT tones of interest.

+

V

R

V

DD

V

OUT

V

SRC

R

A

R

B

R

C

TC1026
Comparator

TC1026

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TC1026

FIGURE 4-2:

PRECISION BATTERY MONITOR

FIGURE 4-3:

MULTI-POLE BUTTERWORTH VOICE BAND RECEIVE FILTER

V

DD

V

DD

V

DD

R2, 330k, 1%

Op Amp

Comparator

R4, 470k, 1%

R5, 7.5M

Comparator

R6, 7.5M

R3, 470k, 1%

R1, 270k, 1%

VR

To System DC/DC

Converter

3V 

Alkaline

TC1026

BATTFAIL

BATTLOW

CMPTR1

+

CMPTR2

+

AMP1

+

+

+

+

V

OUT

V

IN

21.0k

21.0k

21.0k

2400pF

470pF

750pF

V

DD

V

DD

 /2

6800pF

0.1

µF

22.6k

22.6k

Gain = 0dB

Fch = 3.5kHz
-24dB/Octave

Fcl = 70Hz
+6dB/Octave

Passband Ripple
< 0.15dB

Op Amp

TC1026

Op Amp

V

DD

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TC1026

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FIGURE 4-4:

SECOND ORDER SAT BANDPASS FILTER

+

11.2

24.3k

48.7k

.036

µF

.036

µF

V

IN

V

DD

V

OUT

Gain = 0dB

Q = F

C

BW (3dB)

Q = 30

FC = 6kHz

TC1026

Amp.

V

DD

/2

V

DD

/2

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TC1026

5.0

TYPICAL CHARACTERISTICS

Note:

The graphs and tables provided following this note are a statistical summary based on a limited number of
samples and are provided for informational purposes only. The performance characteristics listed herein
are not tested or guaranteed. In some graphs or tables, the data presented may be outside the specified
operating range (e.g., outside specified power supply range) and therefore outside the warranted range.

7

6

5

4

3

2

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

5.5

SUPPLY VOLTAGE (V)

SUPPLY VOLTAGE (V)

Comparator Propagation Delay

vs. Supply Voltage

DELAY TO RISING EDGE (

µ

sec)

Overdrive = 10mV

Overdrive = 50mV

 

7

6

5

4

3

2

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

5.5

DELAY TO FALLING EDGE (

µ

sec)

7

6

5

4

3

-40

°C

85

°C

25

°C

TEMPERATURE (

°C)

DELAY TO RISING EDGE (

µ

sec)

Overdrive = 100mV

Overdrive = 10mV

Overdrive = 50mV

Comparator Propagation Delay

vs. Supply Voltage

Comparator Propagation Delay

vs. Temperature

T

A

 = 25°C

C

L

 = 100pF

T

A

 = 25°C

C

L

 = 100pF

Overdrive = 100mV

V

DD

 = 4V

V

DD

 = 5V

V

DD

 = 2V

V

DD

 = 3V

-40

°C

85

°C

25

°C

2.5

2.0

1.5

1.0

.5

0

0

1

2

3

4

5

6

V

DD

 - V

OUT

 (V)

 

I

SOURCE

 (mA)

7

6

5

4

3

Comparator Output Swing

vs. Output Source Current

DELAY TO FALLING EDGE (

µ

sec)

Overdrive = 100mV

2.5

2.0

1.5

1.0

.5

0

0

1

2

 

 

3

4

5

 

Comparator Propagation Delay

vs. Temperature

Comparator Output Swing

vs. Output Sink Current

TEMPERATURE (

°C)

I

SINK

 (mA)

V

DD

 = 4V

V

DD

 = 5V

V

DD

 = 2V

V

DD

 = 3V

T

A

 = 25°C

T

A

 = 25°C

V

DD

 = 3V

V

DD

 = 1.8V

V

DD

 = 5.5V

V

DD

 = 3V

V

DD

 = 1.8V

V

DD

 = 5.5V

V

OUT

 - V

SS

 (V)

6

60

50

Sinking

40

30

20

10

0

0

1

2

3

4

5

6

OUTPUT SHORT-CIRCUIT CURRENT (mA)

SUPPLY VOLTAGE (V)

Comparator Output Short-Circuit

Current vs. Supply Voltage

Sourcing

T

A

 = -40

°C

T

A

 = -40

°C

T

A

 = 25

°C

T

A

 = 85

°C

T

A

 = 25

°C

T

A

 = 85

°C

REFERENCE VOLTAGE (V)

1.240

1.220

1.200

1.180

1.160

1.140

0

2

4

6

8

10

LOAD CURRENT (mA)

Reference Voltage vs.

Load Current

V

DD

 = 1.8V

V

DD

 = 3V

V

DD

 = 5.5V

Sinking

Sourcing

V

DD

 = 1.8V

V

DD

 = 3V

V

DD

 = 5.5V

4

3

2

1

0

0

100

200

300

400

SUPPLY AND REFERENCE VOLTAGES (V)

TIME (

µsec)

Line Transient

Response of V

REF

V

DD

V

REF

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background image

TC1026

DS21725B-page 10

2002 Microchip Technology Inc.

5.0

TYPICAL CHARACTERISTICS (CONTINUED)

Op Amp Short-Circuit Current

vs. Supply Voltage

SUPPLY VOLTAGE (V)

O

UTPUT CURRENT 

(mA

)

Op Amp DC Open-Loop Gain

vs. Temperature

TEMPERATURE (

°C)

3000

50

45

40

35

30

25

20

15

10

5

0

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

2500

2000

1500

1000

500

0

-40

°C

25

°C

85

°C

I

SINK

SUPPLY VOLTAGE (V)

DC OPEN-LOOP GAIN

(dB

)

 Op Amp DC Open-Loop Gain

vs. Supply Voltage

140

120

100

80

60

40

20

0

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

Op Amp Load Resistance

vs. Load Capacitance

Op Amp Small-Signal

Transient Response

TIME (

µsec)

R

LO

AD

(k

)

O

UTPUT VOLTAGE 

(mV

)

INPUT VOLTAGE 

(mV

)

100

50

0

100

50

0

0

250 500 750 1000

10 20 30 40 50 60 70 80

90

12501500 1750 2000

100

10

1

1000

V
V

 = 1.5V

10% Overshoot

Region of Marginal Stability

Region of Stable Operation

Op Amp Short-Circuit Current

vs. Supply Voltage

SUPPLY VOLTAGE (V)

O

UTPUT CURRENT 

(mA

)

0

-5

-10

-15

-20

-25

-30

-35

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

I

SRC

Op Amp Large-Signal

Transient Response

TIME (

µsec)

4

6

2

0

4

6

2

0

10 20 30 40 50 60 70 80

90

INPUT VOLTAGE 

(mV

)

Op Amp Power Supply Rejection

 Ratio (PSRR) vs. Frequency

FREQUENCY (Hz)

P

SRR 

(dB

)

1K

10K

100

0

-10

-20

-30

-40

-50

-60

-70

100K

V
V

IN =

PP

Maker
Microchip Technology Inc.
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