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:
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:
由上图可知PSRR = 80 dB,且
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:
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:
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。