技術文章:放大器電源抑制比參數影響評估與測試電路仿真

2021-01-08 OFweek維科網

放大器電源抑制比參數對電路的影響與共模抑制比參數的影響近似，因為來自電源線路的噪聲對於放大器而言可視為共模噪聲。本篇介紹放大器電源抑制比參數的評估方法，並通過LTspice仿真參數測量電路。

電源抑制比（Power Supply Rejection Ratio, PSRR）定義為放大器的電源電壓發生變化，與所引起放大器輸入誤差變化的比值。以dB為單位，關係如式2-40。

式中，ΔVsupply代表放大器電源變化量，對於雙電源供電的放大器，分別代表正、負電源的變化量。ΔVer_PSRR代表電源變化引起輸入誤差電壓的變化量。如圖2.4，ADA4077電源抑制比為128dB,根據式2-40，在電源變化1V時，輸入端引起0.398μV的變差電壓。

圖2.4  ADA 4077供電電源參數

2017年12月初，筆者與一位負責測試設備的研發工程師溝通，他希望尋找一款精密放大器代替當時使用的OP27G，要求替代型號的工作電壓範圍兼容OP27G、Vos、Ib、CMMR近似或者優化，而PSRR需要明顯改善。當時提供ADA4522，ADA4177的數據手冊給於工程師評估，相應參數對比如表2.4。

表2.4 OP27、ADA4177、ADA4522直流參數對比

這是筆者接觸到第一例對放大器的電源抑制比有要求的案例。後期專門詢問工程師為何需要提升該指標，工程師回復曾使用電源法測試OP27G的電源抑制比僅為20dB左右。

如圖2.63為電源法測量方法的原理。通過開關S1、S2控制放大器的工作電壓分別為Vcc1至Vee1、Vcc2至Vee2，其中供電範圍Vcc1至Vee1，不等於Vcc2至Vee2，測量開關S1、S2狀態切換前後，對應工作電壓時電路輸出電壓Vout1、Vout2,以此計算電源抑制比。

圖2.63 電源法測量電源抑制比電路

該方法的問題在於，將放大器電源抑制比因素視為導致的誤差的唯一原因，所以測量結果與真實情況相差甚遠。

而後筆者與工程師溝通可行的電源抑制比測量方法如圖2.64，與《盤點放大器共模抑制比參數測量方法》中可行的共模抑制比測試方法接近，同樣藉助輔助放大器測量電源抑制比，需要使用高開環增益、低失調電壓、低偏置電流的輔助放大器AMP，無需精密電阻，實現放大器電源抑制比的準確測量。

2.64 輔助運放-電源法測量電源抑制比電路

通過開關S1、S2控制待測放大器（DUT）工作電壓範圍，由±15V變為±14V。分別測量開關S1,S2切換前後的輸出電壓Vout,並標記為Vout1、Vout2，結合電路的噪聲增益，計算放大器的電源抑制比，如式2-41。

針對圖2.64，將ADA4177作為待測器件，使用LT1012作為輔助放大器，電阻的誤差為1%，使用LTspice進行仿真。

如圖2.58，LT1012IA在25℃環境中，工作電壓為±15V時，VOS最大值為25uV，Ib最大值為100pA,開環電壓增益典型值為2000V/mV。

圖2.58  LT1012電氣參數

當ADA4177供電電壓Vcc1為+15V，Vee1為-15V，Vout1瞬態分析結果為-0.013mV，如圖2.65。

圖2.65 ADA4177電源抑制比測試Vout1瞬態分析結果

當ADA4177供電電壓Vcc2為+14V，Vee2為-14V，Vout2仿真結果為0.013mV，如圖2.66。

圖2.66 ADA4177電源抑制比測試Vout2仿真結果

將上述結果，代入式2-41，計算ADA4177的電源抑制比為:

仿真計算結果131.7dB在參數範圍內，如圖2.4介於ADA4177電源抑制比參數典型值（145dB）與最小值（125dB）之間。

綜上，基於輔助放大器電路的電源抑制比測量方法可以有效實現待測放大器的共模抑制比參數測量。需要注意的是該方法針對電源抑制比參數的直流性能。在DCDC電源供電的放大器電路中，必須結合電源抑制比與頻率的性能。

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