part-5 电源抑制比DC-PSRR

理想运放中,运放的特性不会随着电源电压的变化而变化。但实际情况并非如此,实际上运放参数总是随着供电电源的变化而变化的,这就引出运放的一个重要参数:电源抑制比PSRR(Power Supply Rejection Ratio)。

当运放的电源电压发生变化时,会引起运放的输入失调电压的变化,这两个变化比值就是运放的电源抑制比,即 PSRR = △Vsupply / △Vios 。

通常用dB表示: PSRR = 20lg(△Vcc / △Vios) 。

有些手册也通过失调电压对电源变化的比值表示(单位是uV/V),这样就不用去找定义的比率dB值。这两种方法都让我们理解到运放对电源电压变化的抑制能力。

 

PSRR 为有限值的原因,也是来源于运放差分输入管的不完全匹配,下面着重讨论其影响。

以下是一个计算实例:假设电源抑制比为20uV/V,当电源电压变化500mV时,就会引起输入失调电压10uV的变化,如果放大倍数是2,则输出就会有20uV的变化,这就足以使一个16bits的ADC信号发生变化了(16位ADC最低位变化为15ppm of FSR,即整个(采样)范围的百万分之15)。当放大倍数比较大时,影响就更大了。

image

 

假设一个运放开始由±5V供电,后面电源电压变成+5.1,-4.9 供电,这相当于电压没有变化,其实运放无所谓正负电压,只要Vcc,Vee电压差满足要求就能正常工作。电势是相对的。

### LDO电源纹波抑制比PSRR的计算方法与原理 #### 定义与基本概念 电源纹波抑制比(Power Supply Rejection Ratio, PSRR)用于衡量LDO芯片对输入电源纹波的抑制能力。它表示在特定频率范围内,输入电压中的纹波或瞬态变化如何影响输出电压的质量[^1]。 具体来说,PSRR可以被理解为输入端和输出端之间电压增益的比例关系。通常情况下,PSRR以分贝(dB)作为单位进行表达。例如,如果某个LDO芯片在1kHz下的PSRR值为65dB,则意味着该芯片能够有效降低输入纹波幅度约3162倍[^2]。 #### 影响因素 PSRR并非固定不变,而是受到多种条件的影响: - **工作频率**:随着频率升高,大多数LDO器件的PSRR性能会逐渐下降。这是因为高频信号更难通过内部补偿网络加以控制。 - **负载电流 (Iout)**:不同大小的负载电流可能改变反馈环路动态特性从而影响最终效果。 - **输入输出压差(Vin-Vout)**:较大的压差有助于提高稳定性并改善整体表现。 - **外部元件选择**, 如输出电容器及其ESR/ESL参数也会间接作用于总的结果之上[^3]. #### 计算公式 理论上讲,可以通过下面这个简化版方程来估算实际应用场合里的PSRR数值: \[ \text{PSRR} (\text{dB}) = 20 \cdot \log_{10}\left(\frac{\Delta V_\text{IN}}{\Delta V_\text{OUT}}\right)\] 其中: - \( \Delta V_\text{IN} \): 输入侧存在的交流成分(即所谓的“纹波”)的有效值; - \( \Delta V_\text{OUT} \): 经过处理之后到达输出端剩余部分对应量级. 举个例子来看的话,在前面提到过的案例当中,假设给定条件下测得\( \Delta V_\text{IN}=1V,\quad \Delta V_\text{OUT}=560uV\) , 那么代入上述通用模型即可得出结论: \[ \begin{aligned} &\Rightarrow& \text{PSRR}&=20\times\lg{(1/(560e^{-6}))}\\ && &=65[dB]. \end{aligned} \][^4] 值得注意的是,以上过程仅适用于理想状态的理想化近似推导;真实世界里还需要考虑更多复杂情况比如寄生效应等因素干扰所带来的偏差修正等问题。 ```python import math def calculate_psrr(v_in_ripple, v_out_ripple): psrr_db = 20 * math.log10(v_in_ripple / v_out_ripple) return round(psrr_db, 2) # Example usage with given values from the reference material. psrr_value = calculate_psrr(1, 560e-6) print(f"The calculated PSRR is {psrr_value} dB.") ``` 运行这段脚本将会打印出`The calculated PSRR is 65.0 dB.`这样的结果验证之前论述的一致性。 --- ###
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