ac-psrr
运放的datasheet参数表格中往往给出的是dc-psrr,而ac-psrr往往以图表的形式给出。ac-psrr相对dc-psrr在实际的应用电路中显得更有价值,却时常被我们忽略。
然而,被我们忽略的常常是关键。下图是opa376datasheet中的psrr图表,从图表中我们可以看出两点信息:
(1)psrr是随电源交流频率的上升而下降的(psrr在高频下之所下下降是由于环路增益的下降)
(2)正负电源的ac-psrr不同(正负电源的抑制比之所以不一样,是由于内部结构并不是对正负电源对称的,比如说pmos型的运放输入端,那么输入端对正电源是电流源,对负电源是差分转单端电路,所以等效的psrr计算电路也不一样)。
下图是说明了一个在电源上出现的峰峰值为100mv,频率为20khz的纹波,会使放大电路的输出端增加一个20uv,20khz的噪声信号。
通常,运放的应用电路中使用线性电源对运放供电,对运放的电源进行滤波。但在一些手持式设备为了提高效率,降低功耗,不得不使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的水平。
在这个频率点上,运放的psr能力下降的非常快。如opa376在100khz时,psrr只有50db了。
与高于100db的dc-psrr相去甚远。另一个问题在单电源的设备中,开关电源buck-boost常被用来将正电源转化为负电源,可以看到上图中运放对负电源的ac-psrr只有35db左右。关于运放的psrr测量方法,可以见上篇文章。
上面提到运放使用开关电源供电时,由于psrr随频率的上升而下降。使得运放在输出端有很大的纹波噪声。
下面提供一个简单的办法,只适合于低功耗的运放。在dc-dc输出的电源与运放的电源之间加一个小电阻(如下图),如果运放的功耗小于5ma。则这个10欧电阻产生的压降小于50mv。[ 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。可后接一级高psrr的ldo降压,以降低运放电源噪声。也可采用这种简单方法,加一个简单的rc滤波,再给运放供电。]
下面看一下这个电路的效果如下图,在100khz时频响为-36db这相当于给运放增加了36db的psrr(可以这样理解:实际上就是rc低通滤波器帮助了运放先行进行了滤波,即先行帮助运放进行纹波抑制)。这个功耗损失换取这个效果还是很值得的。
另一个有效的方法是,使穿心电容给电源滤波,穿心电容是一种三端电容,但与普通的三端电容相比,由于它直接安装在金属面板上,因此它的接地电感更小,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,这两个特点决定了穿心电容具有接近理想电容的滤波效果。
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