如何準(zhǔn)確計算電源引起的運(yùn)放輸出失調(diào)電壓？1200字搞定運(yùn)放電路選型之電源抑制比PSRR

Part 01

前言

電源抑制比的代號是PSRR，這個詞不是運(yùn)算放大器的專屬，如果你研究過LDO，或DCDC芯片，你會發(fā)現(xiàn)，PSRR也是LDO以及DCDC的關(guān)鍵指標(biāo)參數(shù)。通俗點(diǎn)來說，PSRR是表征電路對電源電壓波動抑制能力的一個關(guān)鍵指標(biāo)。它一般以dB為單位，通過這一指標(biāo)，我們能評估器件是否可以有效抑制電源上的變化或噪聲對輸出信號的影響。

在運(yùn)算放大器電路中，PSRR參數(shù)描述了放大器在直流電源變化時保持輸出穩(wěn)定的能力。對于LDO和DC/DC電路，PSRR用于衡量電路抑制輸入電源紋波對輸出端的影響。PSRR 數(shù)值越高，表示器件能夠更好地隔離或抑制電源電壓的變化，使輸出更穩(wěn)定。 今天重點(diǎn)說一下PSRR指標(biāo)在運(yùn)算放大器電路中的定義，影響以及計算。

Part 02

PSRR的定義

PSRR量化了運(yùn)算放大器對電源變化的敏感度。PSRR計算如下：

ΔVio= 輸入失調(diào)電壓的變化 ΔVs= 電源電壓的變化 從PSRR的定義來看，其單位可以定義成V/V或uV/V，也就是電源電壓每變化1V，對應(yīng)的輸入失調(diào)電壓變化了多少uV或V。當(dāng)然更常見的單位是dB：

為什么上面的公式里加了個符號呢？那是因為由于ΔVio＜ΔVs，所以20log(ΔVio/ΔVs)<0，加個符號，這樣PSRR就變成了正數(shù)。所以我們常說的PSRR越大越好是PSRR以dB為單位時，如果是V/V或uV/V那就不能這么說了。

我們希望當(dāng)電源電壓的變化（ΔVs）時，在運(yùn)放輸入端引起的失調(diào)電壓（ΔVio）越小越好，所以理想的PSRR當(dāng)然最好是無窮大，這樣電源的變化不會影響運(yùn)放的輸出。比如下圖的放大器LM324的PSRR的典型規(guī)格范圍為100dB，最小值為65dB。

Part 03

PSRR的影響因素

PSRR主要有兩個影響因素，一個是溫度，一個是頻率，溫度對PSRR的影響是非線性的，PSRR可能隨溫度的增大而增大，也可能減小，比如下圖LM324的PSRR~溫度變化曲線，但是整體變化幅度不是很大：

通常來說頻率越高，PSRR越小，所以在高頻下電源噪聲更容易耦合到運(yùn)放的輸出。需要注意的是對于雙電源供電的運(yùn)放，其正負(fù)電源的PSRR參數(shù)可不一樣，比如下圖中負(fù)電源的PSRR隨頻率的上升顯然是急劇下降，正電源的PSRR相對來說好一點(diǎn)。所以相比溫度而言，頻率對于PSRR的影響更大顯著。 什么時候需要考慮頻率對于PSRR的影響呢？如果你用LDO生成的輸出電壓對運(yùn)放進(jìn)行供電，由于LDO是線性電源以及自身也具有高PSRR特性，所以LDO的輸出電壓紋波一般很小，此時我們不需要過于關(guān)注頻率對PSRR的影響，如果你用DCDC開關(guān)電源生成的輸出電壓對運(yùn)放進(jìn)行供電，那可要注意了，開關(guān)電源的輸出紋波是比較大的，當(dāng)然你可以通過計算去量化輸出的紋波幅值以及頻率然后評估對于運(yùn)放輸入失調(diào)電壓的影響，比如下面的例子。 建議對于運(yùn)放輸出失調(diào)電壓要求較高的電路中盡量不要用DCDC直接給運(yùn)放供電，優(yōu)先選用LDO，如果實在無法避免，則一定要通過電感，電解電容，陶瓷電容組合做好濾波，降低電源紋波。

Part 04

PSRR計算實例

假定給LM324運(yùn)放供電的電源采用DCDC供電，電源紋波為200mV，紋波頻率為2.5Mhz，采用單電源供電，運(yùn)放電路的增益為100，電源紋波在運(yùn)放輸出端產(chǎn)生的失調(diào)電壓如何計算呢？

首先基于LM324的PSRR VS頻率曲線得到2.5Mhz處正電源的PSRR為30dB

30=-20*log(ΔVio/200mV) ->ΔVio≈6.32mV

輸出端失調(diào)電壓=100*6.32mV=632mV

這樣一算，你會發(fā)現(xiàn)PSRR的影響還真不小??！