PD放大电路调试中的电源问题
本文整理的是调试pd放大电路时遇到的电源问题，包括电源波动与电路输出噪声的关系，ldo的drop-out voltage对于psrr的影响。
第一版pd放大电路demo用于摸底信号大小。因为没有光功率计无法知道输入给pd的最低光功率也就无法换算出输入给电路的最小电流，所以只能搭个电路板实测才行。当时也没有觉得信号有那么弱，所以供电给pd放大电路的负电源是由电荷泵提供的，正电源是ldo。实测发现放大电路输出噪声峰峰值达到了50mv。这个噪声太大了。那电源是如何影响放大电路的输出噪声的呢?运放有个psrr参数，参见图1。简单理解就是电源的波动会对输入信号——一般是建模在了同相输入端——有影响，而且跟频率有关系。低频的psrr非常高，像图1中10k以下该运放的psrr约有53db，即电源波动1v，相当于同相输入端会有个ac电压源，它的波动大小为2.2mv。但高频如4m时，psrr=0，即电源波动多少同相输入端的小ac电压源会波动多少。这个受电源波动影响，建模在同相输入端的电压源，最终会被放大到输出，反映到输出电压噪声上。
旁路电路的选型和layout注意事项，也能够从psrr得出一些启发。比如小容值电容靠近电源引脚，且接地处打接地过孔，目的是使得电容的esl小，保证它的高频滤波特性。布局时一定要确保电源电流先流过电容才行，否则电容就起不到滤波作用了。另外，图1不是很明显，通常正负电源的psrr是不相等的，负电源的psrr会高一些。
图1 某运放的psrr参数
那我是如何解决的呢?很简单，就是用干电池搭建成类似电源电压，去掉电路板上面所有电源芯片，直接供电给放大电路就行了。最终的效果为：信号带宽约为7hz，无屏蔽壳时候，噪声峰峰值约为8mvp-p，约1.3mvrms。简言之，电源会对信号噪声有影响，微弱信号采集应用里需要用低噪声电源如ldo。
第一版pd放大电路经过修改电阻电容值，已经能够满足测量需求了，包括噪声、最低检出限和线性度等等。所以搭建了第二版放大电路，这次不再用电池供电，而是用了ldo。第一次上电测试ldo电源时，居然发现了明显的工频干扰(以后有机会还会整理下工频干扰这个难缠的问题)，参见图2。
图2 示波器20mhz带宽限制，最小接地环连接到ldo正电源处测得波形(约5.8mv峰峰值)
纳闷了好久，因为ldo的低频处的psrr是非常高的，100db都很常见。为啥50hz的干扰都没有滤除呢?后来想起来输入电源电压跟输出电压是一样的，而学ldo时候学过，vdrop-out越小那么psrr会越小，当它等于零时，psrr几乎也是零了。vdrop-out变小唯一的好处就是效率会增加。通过增加电源电压后，工频干扰消失，参见图3。
图3示波器20mhz带宽限制、交流耦合，最小接地环连接到ldo正电源处测得波形(约4.59mv峰峰值)
最后，实测发现无论输入电压高低导致ldo输出电源是否有工频干扰，pd放大电路输出信号都是几乎没有区别的。就像图1提到的，可能就是因为运放在低频处的psrr非常高，50hz干扰完全可以滤除掉。
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图1 某运放的psrr参数
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图2 示波器20mhz带宽限制，最小接地环连接到ldo正电源处测得波形(约5.8mv峰峰值)
纳闷了好久，因为ldo的低频处的psrr是非常高的，100db都很常见。为啥50hz的干扰都没有滤除呢?后来想起来输入电源电压跟输出电压是一样的，而学ldo时候学过，vdrop-out越小那么psrr会越小，当它等于零时，psrr几乎也是零了。vdrop-out变小唯一的好处就是效率会增加。通过增加电源电压后，工频干扰消失，参见图3。
图3示波器20mhz带宽限制、交流耦合，最小接地环连接到ldo正电源处测得波形(约4.59mv峰峰值)
最后，实测发现无论输入电压高低导致ldo输出电源是否有工频干扰，pd放大电路输出信号都是几乎没有区别的。就像图1提到的，可能就是因为运放在低频处的psrr非常高，50hz干扰完全可以滤除掉。
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