Analog Engineer’s
Pocket Reference
Art Kay and Tim Green, Editors
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www.ti.com/analogrefguid
e
Analog Engineer’s Pocket Reference
Third Edition
Edited by:
Art Kay and Tim Green
Special thanks for technical contribution and review:
Kevin Duke
Rafael Ordonez
John Caldwell
Collin Wells
Ian Williams
Thomas Kuehl
© Copyright 2014, 2015 Texas Instruments Incorporated. All rights reserved.
Texas Instruments Analog Engineer's Pocket Reference
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Message from the editors:
This pocket reference is intended as a valuable quick guide for often used board- and system-
level design formulae. This collection of formulae is based on a combined 50 years of analog
board- and system-level expertise. Much of the material herein was referred to over the years
via a folder stuffed full of printouts. Those worn pages have been organized and the informa-
tion is now available via this guide in a bound and hard-to-lose format!
Here is a brief overview of the key areas included:
• Key constants and conversions
• Discrete components
• AC and DC analog equations
• Op amp basic configurations
• OP amp bandwidth and stability
• Overview of sensors
• PCB trace R, L, C
• Wire L, R, C
• Binary, hex and decimal formats
• A/D and D/A conversions
We hope you find this collection of formulae as useful as we have. Please send any comments
and/or ideas you have for the next edition of the
Analog Engineer's Pocket Reference
to
artkay_timgreen@list.ti.com
Additional resources:
• Search for complete board-and-system level circuits in the TI Designs – Precision
reference design library (www.ti.com/precisiondesigns).
• Read how-to blogs from TI precision analog experts at the Precision Hub
(www.ti.com/thehub).
• Find solutions, get help, share knowledge and solve problems with fellow engineers and
TI experts in the TI E2E™ Community (www.ti.com/e2e).
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Texas Instruments Analog Engineer's Pocket Reference
Contents
Conversions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Physical constants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Standard decimal prefixes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Metric conversions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Temperature conversions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Error conversions (ppm and percentage) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Discrete components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Resistor color code . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Standard resistor values . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Practical capacitor model and specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Practical capacitors vs . frequency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Capacitor type overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Standard capacitance values . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Capacitance marking and tolerance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Diodes and LEDs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Analog . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Capacitor equations (series, parallel, charge, energy) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Inductor equations (series, parallel, energy) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Capacitor charge and discharge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
RMS and mean voltage definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
RMS and mean voltage examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Logarithmic mathematical definitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
dB definitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Pole and zero definitions and examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Basic op amp configurations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Op amp bandwidth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Full power bandwidth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Small signal step response . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Noise equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Stability equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Stability open loop SPICE analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
PCB conductor spacing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Self-heating of PCB traces on inside layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
PCB trace resistance for 1oz and 2oz Cu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Package types and dimensions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
PCB parallel plate capacitance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
PCB via capacitance and inductance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Common coaxial cable specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Coaxial cable equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Resistance per length for different wire types (AWG) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Maximum current for wire types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Amplifier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
PCB and wire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
Sensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
Temperature sensor overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Thermistor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Resistive temperature detector (RTD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Diode temperature characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Thermocouple (J and K) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Binary/hex conversions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
A/D and D/A transfer function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Quantization error . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Signal-to-noise ratio (SNR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Signal-to-noise and distortion (SINAD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Total harmonic distortion (THD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Effective number of bits (ENOB) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Noise free resolution and effective resolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
A/D conversion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
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