放大器電源抑制比的特點及提升抑制性能的方法

相比線性電源而言，開關電源具有高效率、小體積等優(yōu)勢，已經(jīng)廣發(fā)應用在各類電子產品。但是在精密測量電路中，開關電源對模擬信號的處理電路有很大挑戰(zhàn)，不可忽視的原因是放大器的交流電源抑制能力有限。本篇討論放大器電源抑制比的交流性能評估方法，以及提升抑制性能的方法。

放大器電源抑制比的具有兩個特點：

（1）電源抑制比隨頻率的上升而明顯下降。

（2）放大器正、負電源的共模抑制比，隨頻率的上升抑制能力存在差異。

如圖2.61為ADA4077電源抑制比與頻率的關系，可以觀察到正電源抑制比和負電源抑制比的曲線不重合。在±15V電源供電時，在100Hz處的負電源電源抑制比約為100dB，正電源電源抑制比約為90dB時。當頻率超過100KHz時，正、負電源抑制比大幅下降40~60dB。

圖2.61 ADA4077電源抑制比與頻率的關系

如圖2.62，使用頻率為400KHz的開關電源，產生具有20mV紋波的+5V電壓為ADA4077供電。參閱圖2.61，ADA4077在400KHz處的共模抑制比約為20dB。所以在ADA4077輸入端產生幅值為2mV，頻率為400KHz的噪聲，折算到輸出端是幅值為4mV頻率為400KHz噪聲。

圖2.62 ADA4077電源抑制比評估電路

所以在開關電源供電精密電路中，依靠放大器自身提高電源抑制比的方式十分有限。提升電路電源抑制能力的方法有兩種：

1.電源路徑增加濾波；

如圖2.67。通常為電解電容、陶瓷電容的組合，部分情況可能增加鐵氧體磁珠。其中，C1用作瞬態(tài)電流的電荷庫抑制低頻噪聲，通常為10~100μF的電解電容。C2用作抑制高頻電源噪聲，通常為0.01~0.1μF低電感表面貼裝陶瓷電容，并且PCB布局位置緊鄰IC電源引腳擺放，然后通過最短線路連接到大面積、低阻抗的地平面才能有效。

圖2.67電源去耦電路

2.放大器優(yōu)先使用線性電源進行供電。

在選擇線性電源時需要，重點關注開關電源的頻率以及待選線性電源在該頻率附近的電源抑制比性能。

如圖4.2（a）是廣大工程師所熟知的LDO 1117電源抑制比與頻率關系，可見1117在1KHz處電源抑制比最強，達到84dB，頻率為100KHz的電源抑制比僅為40dB，高于100KHz的電源抑制比性能沒有提供。

而圖4.2（b）是筆者在精密測量領域成功推廣的線性電源LT3045的電源抑制比與頻率關系，在1KHz處電源抑制比超過110dB，在1MHz處電源抑制比至少為76dB。

圖4.2 1117與LT3045電源抑制比

如圖4.3（a）為 LT3045 的電源抑制比仿真電路，結果如圖4.3（b），頻率低于1KHz時，電源抑制比普遍高于100dB，頻率為10~400KHz時，電源抑制比在77dB左右，并且目前小體積DCDC開關頻率可以達到1~2MHz，在該范圍內，電源抑制比明顯增強。

圖4.3 LT3045 PSRR仿真

因此，如果將LT3045 添加到圖2.62的供電電路中，開關電源中20mV 400KHz的紋波信號將被抑制在2μV左右，大大降低開關電源紋波對放大器電路的影響。

如下，聊一個LDO電源抑制比改善的實例，2018年1月12日，筆者拜訪某創(chuàng)業(yè)孵化基地的團隊，了解到他們正在研發(fā)一款控制手抖動范圍的設備。項目是2016年底啟動，由海外專家團隊負責軟件與算法，孵化基地的團隊負責硬件研發(fā)。樣機中使用ADI極低噪聲、高性能的MEMS傳感器，研發(fā)1年的測試情況遠遠達不到預期，所能控制的手抖動范圍在500μm。

筆者與工程師溝通硬件情況，發(fā)現(xiàn)傳感器板卡與電機控制板卡使用同一開關電源，然后通過1117降壓到3.3V 供給傳感器板卡。筆者建議工程師整改樣機電源系統(tǒng)的架構，獨立處理控制部分與傳感部分的電源。并推薦傳感器板增設低噪聲，電源抑制能力超強的LT3045/3042。

工程師當場決定先申請LT3042樣品整改傳感器板卡電源，3月初工程師反饋改版后的效果顯著，樣機測試抖動范圍小于100μm，已經(jīng)開始整改控制部分電源，并且工程師有信心將抖動范圍控制在小于50μm的水平。同年5月中旬，項目在海外臨床試驗取得良好反饋，同年8月項目完成孵化成立公司，后期由專門負責醫(yī)療領域的同事繼續(xù)支持。

本篇文章鋪墊到這里，如果再不直說可能還有讀者看不出，這就是一個LT3042/3045的廣告。就問大家加的硬不硬，硬不硬？關于LT304x系列LDO應用還有很多實例，這里就不贅述。關于LT3045更全面的實測數(shù)據(jù)，請參考電源網(wǎng)資深版主黃亭先生的《探索微弱信號的先行者——ADI超低噪聲穩(wěn)壓器LT3045實測》。

最后，關于放大器電源抑制比與頻率再次提醒一下工程師，在DCDC電源供電的信號處理電路中，不能僅靠放大器自身電源抑制能力，簡單有效的方式是增加高電源抑制比的線性電源LDO。但是，需要重點核實該LDO，在所使用的DCDC對應的開關頻率處的抑制能力，不能僅僅查看LDO數(shù)據(jù)手冊首頁中給出典型參數(shù)，首頁的篇幅有限通常僅僅提供在1KHz，10KHz處的電源抑制比參數(shù)，這個頻率遠低于目前DCDC的開關頻率，不能有效評估LDO效用。

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