如何准确计算电源引起的运放输出失调电压？1200字搞定运放电路选型之电源抑制比PSRR

原创硬件那点事儿 2024-11-07 08:15

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Part 01

前言

电源抑制比的代号是PSRR，这个词不是运算放大器的专属，如果你研究过LDO，或DCDC芯片，你会发现，PSRR也是LDO以及DCDC的关键指标参数。通俗点来说，PSRR是表征电路对电源电压波动抑制能力的一个关键指标。它一般以dB为单位，通过这一指标，我们能评估器件是否可以有效抑制电源上的变化或噪声对输出信号的影响。

在运算放大器电路中，PSRR参数描述了放大器在直流电源变化时保持输出稳定的能力。对于LDO和DC/DC电路，PSRR用于衡量电路抑制输入电源纹波对输出端的影响。PSRR 数值越高，表示器件能够更好地隔离或抑制电源电压的变化，使输出更稳定。

今天重点说一下PSRR指标在运算放大器电路中的定义，影响以及计算。

Part 02

PSRR的定义

PSRR量化了运算放大器对电源变化的敏感度。PSRR计算如下：

ΔVio= 输入失调电压的变化

ΔVs= 电源电压的变化

从PSRR的定义来看，其单位可以定义成V/V或uV/V，也就是电源电压每变化1V，对应的输入失调电压变化了多少uV或V。当然更常见的单位是dB：

为什么上面的公式里加了个符号呢？那是因为由于ΔVio＜ΔVs，所以20log(ΔVio/ΔVs)<0，加个符号，这样PSRR就变成了正数。所以我们常说的PSRR越大越好是PSRR以dB为单位时，如果是V/V或uV/V那就不能这么说了。

我们希望当电源电压的变化（ΔVs）时，在运放输入端引起的失调电压（ΔVio）越小越好，所以理想的PSRR当然最好是无穷大，这样电源的变化不会影响运放的输出。比如下图的放大器LM324的PSRR的典型规格范围为100dB，最小值为65dB。

Part 03

PSRR的影响因素

PSRR主要有两个影响因素，一个是温度，一个是频率，温度对PSRR的影响是非线性的，PSRR可能随温度的增大而增大，也可能减小，比如下图LM324的PSRR~温度变化曲线，但是整体变化幅度不是很大：

通常来说频率越高，PSRR越小，所以在高频下电源噪声更容易耦合到运放的输出。需要注意的是对于双电源供电的运放，其正负电源的PSRR参数可不一样，比如下图中负电源的PSRR随频率的上升显然是急剧下降，正电源的PSRR相对来说好一点。所以相比温度而言，频率对于PSRR的影响更大显著。

什么时候需要考虑频率对于PSRR的影响呢？如果你用LDO生成的输出电压对运放进行供电，由于LDO是线性电源以及自身也具有高PSRR特性，所以LDO的输出电压纹波一般很小，此时我们不需要过于关注频率对PSRR的影响，如果你用DCDC开关电源生成的输出电压对运放进行供电，那可要注意了，开关电源的输出纹波是比较大的，当然你可以通过计算去量化输出的纹波幅值以及频率然后评估对于运放输入失调电压的影响，比如下面的例子。

建议对于运放输出失调电压要求较高的电路中尽量不要用DCDC直接给运放供电，优先选用LDO，如果实在无法避免，则一定要通过电感，电解电容，陶瓷电容组合做好滤波，降低电源纹波。