AC-PSRR
運放的datasheet參數表格中往往給出的是DC-PSRR,而AC-PSRR往往以圖表的形式給出。AC-PSRR相對DC-PSRR在實際的應用電路中顯得更有價值,卻時常被我們忽略。
然而,被我們忽略的常常是關鍵。下圖是OPA376datasheet中的PSRR圖表,從圖表中我們可以看出兩點信息:
(1)PSRR是隨電源交流頻率的上升而下降的(PSRR在高頻下之所下下降是由于環路增益的下降)
(2)正負電源的AC-PSRR不同(正負電源的抑制比之所以不一樣,是由于內部結構并不是對正負電源對稱的,比如說PMOS型的運放輸入端,那么輸入端對正電源是電流源,對負電源是差分轉單端電路,所以等效的PSRR計算電路也不一樣)。
下圖是說明了一個在電源上出現的峰峰值為100mV,頻率為20kHz的紋波,會使放大電路的輸出端增加一個20uV,20kHz的噪聲信號。
通常,運放的應用電路中使用線性電源對運放供電,對運放的電源進行濾波。但在一些手持式設備為了提高效率,降低功耗,不得不使用開關電源對運放供電,開關電源的頻率往往超過100kHz,甚至到MHz的水平。
在這個頻率點上,運放的PSR能力下降的非常快。如OPA376在100kHz時,PSRR只有50dB了。
與高于100dB的DC-PSRR相去甚遠。另一個問題在單電源的設備中,開關電源buck-boost常被用來將正電源轉化為負電源,可以看到上圖中運放對負電源的AC-PSRR只有35dB左右。關于運放的PSRR測量方法,可以見上篇文章。
上面提到運放使用開關電源供電時,由于PSRR隨頻率的上升而下降。使得運放在輸出端有很大的紋波噪聲。
下面提供一個簡單的辦法,只適合于低功耗的運放。在DC-DC輸出的電源與運放的電源之間加一個小電阻(如下圖),如果運放的功耗小于5mA。則這個10歐電阻產生的壓降小于50mV。[ V(dc-dc) 是指來源于開關電源DC-DC的供電。
由于開關電源噪聲比較大,一般不建議直接給運放供電。可后接一級高PSRR的LDO降壓,以降低運放電源噪聲。也可采用這種簡單方法,加一個簡單的RC濾波,再給運放供電。]
下面看一下這個電路的效果如下圖,在100kHz時頻響為-36dB這相當于給運放增加了36dB的PSRR(可以這樣理解:實際上就是RC低通濾波器幫助了運放先行進行了濾波,即先行幫助運放進行紋波抑制)。這個功耗損失換取這個效果還是很值得的。
另一個有效的方法是,使穿心電容給電源濾波,穿心電容是一種三端電容,但與普通的三端電容相比,由于它直接安裝在金屬面板上,因此它的接地電感更小,幾乎沒有引線電感的影響,另外,它的輸入輸出端被金屬板隔離,消除了高頻耦合,這兩個特點決定了穿心電容具有接近理想電容的濾波效果。
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