part-6 电源抑制比AC-PSRR

本文探讨了运放的重要参数——交流电源抑制比(AC-PSRR),介绍了AC-PSRR的特性及其在实际应用中的意义,并提供了如何减少电源纹波噪声的有效措施。

摘要生成于 C知道 ,由 DeepSeek-R1 满血版支持, 前往体验 >

上节讨论了直流DC电源抑制比,实际应用电路中,运放的电源电压可能是不变的。

这节将分析另一个重要参数:运放的交流电源抑制比AC-PSRR。这个参数相对在实际应用电路中显得更有价值,却时常被忽略。

运放的datasheet通常通过表格给出DC-PSRR值,而通过曲线图给出AC-PSRR值。

打开一个运放的datasheet,找到Power Supply Rejection vs.Frequency 曲线图,可以发现:

(1)PSRR是随着电源交流频率的增大而下降的

(2)正负电源的AC-PSRR是不一样的曲线

现在以OPA376为例,其曲线图如下:

Power Supply Rejection Ratio

现假设有一个峰峰值100mV,频率20KHz的纹波加在电源上。通过上图可以看到在20KHz的情况下,电源抑制比为 80dB。通过上节的公式,可以计算出由电源变化引起的失调电压变化值△Vios,如下:

image

由上图可知PSRR = 80 dB,且image为100mV,得到△Vios = 10uV,于是输出电压就会产生20uV,20KHz的波动。电路图如下:

part-6 电路图

通常,运放的应用电路使用线性电源对运放供电,对运放的电源进行滤波,但于一些手持设备为了提高效率降低功耗,不得不用开关电源对运放供电,开关电源的频率往往超过100KHz,甚至到MHz级。在这个频率上,运放的PSRR能力下降的非常快。另一个问题是在单电源的设备中,开关电容的“buck-boost”常被用来将正电源转化成负电源,再看看上面的曲线图关于负电源的曲线,是不是下降的太大了点。

运放的PSRR就是指电源电压变化引起输入失调电压的变化,因此可以参照测量失调电压的方法测量PSRR,有电源电压变化△Vcc和测量得到的Vios两个参数,就可以计算PSRR了。

上面提到运放用开关电源供电时,由于PSRR随频率上升而下降,使得运放输出端有很大纹波噪声。下面提供一个简单的办法,只适用于低功耗运放:在DC-DC输出的电源V(DC-DC)和运放电源之间加一个小电阻。如果运放功耗小于5mA,则这个10欧电阻的压降小于50mV。如下图:

RC filter

另一种方法是使用串心电容给电源滤波。串心电容是一种三端电容,但与普通三端电容相比,它是直接安装在金属面板上,所以接地电感更小,几乎没有引线电感的影响;另外它的输入输出端被金属板隔离,消除了高频耦合,这两个特点决定了串心电容具有接近理想电容的滤波效果。

 

PSRR在高频下之所以下降是由于环路增益下降。有些运放的正负电源的抑制比不同是由于内部结构并不是对称的。

V(DC-DC)是指来源于开关电源DC-DC的供电,由于开关电源噪声比较大,一般不建议直接给运放供电。除了RC滤波,还可采用一级高PSRR的LDO降压,以降低运放电源噪声。

### LDO电源纹波抑制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。 --- ###
评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值