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電源抑制比 ，英文名Power Supply RejecTIon RaTIo，簡(jiǎn)稱(chēng)PSRR，它描述了電路抑制任何電源變化傳遞到其輸出信號(hào)的能力，通常以dB為單位進(jìn)行測(cè)量，用來(lái)描述輸出信號(hào)受電源影響。它最常與運(yùn)算放大器?(op amps)、DC-DC轉(zhuǎn)換器、線性穩(wěn)壓器和低壓差穩(wěn)壓器 (LDO) 的使用相關(guān)。
對(duì)于運(yùn)算放大器，電源抑制比描述了放大器在其直流電源電壓變化時(shí)保持其輸出電壓的能力。與此同時(shí)，電源抑制比量化了在電源轉(zhuǎn)換應(yīng)用中阻止來(lái)自輸入源的紋波電壓的能力。
理想運(yùn)算放大器的PSRR為零。但是，實(shí)際運(yùn)算放大器的PSRR與頻率有關(guān)。信號(hào)頻率越高，PSRR越低。PSRR通常根據(jù)輸入來(lái)衡量，但沒(méi)有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。例如，當(dāng)根據(jù)輸入指定時(shí)，PSRR=10log (ΔVsupply2Av2 )/ΔVout2 )，其中 Av=電壓增益。PSRR越大，輸出信號(hào)受到電源的影響也就越小，所以同情況下希望運(yùn)放的PSRR越大越好。
在低噪聲和精密應(yīng)用中，PSRR是非常重要的，原因有幾個(gè)。首先，運(yùn)算放大器的輸出是電源以及輸入值的函數(shù)，如果放大級(jí)對(duì)通過(guò)電源輸入的信號(hào)過(guò)于敏感，則可能會(huì)發(fā)生不需要的振蕩。此外，較差的PSRR會(huì)導(dǎo)致效率降低。所以，良好的PSRR在需要最低功耗的精密汽車(chē)、工業(yè)和醫(yī)療設(shè)計(jì)中非常重要。
運(yùn)算放大器的PSRR
眾所周知，PSRR在設(shè)計(jì)中至關(guān)重要時(shí)，因此設(shè)計(jì)人員應(yīng)該獨(dú)立于數(shù)據(jù)表測(cè)量其值。制造商給出的數(shù)據(jù)確實(shí)很好看，但不同的設(shè)計(jì)需求對(duì)PSRR的要求也是不盡相同。尤其是在較高頻率下(如下圖)，測(cè)量PSRR通常在+Vcc和-Vee上使用平衡信號(hào)，以防止共模效應(yīng)影響PSRR測(cè)量。
但是，實(shí)際電路設(shè)計(jì)中可能并不總是存在平衡信號(hào)，所以這會(huì)影響PSRR。此外，PSRR與信號(hào)幅度有關(guān)。在許多應(yīng)用電路中，電源線上的紋波和噪聲將遠(yuǎn)低于用于開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)表中使用的測(cè)試數(shù)據(jù)的紋波和噪聲。在實(shí)際電路實(shí)現(xiàn)中，電路增益和PCB寄生參數(shù)也會(huì)影響PSRR。
(數(shù)據(jù)表中運(yùn)算放大器的PSSR(左)和實(shí)測(cè)值(右)比較)
LDO中的PSRR
在LDO中，PSRR有時(shí)稱(chēng)為電源電壓抑制比 (SVRR)，用于衡量LDO在各種頻率下抑制輸入噪聲的能力(如下圖所示)。
PSRR可能是音頻、射頻?(RF) 以及醫(yī)療和其他傳感器應(yīng)用中的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。輸入紋波可能有多種來(lái)源，包括來(lái)自電源的50/60Hz干擾、來(lái)自上游DC/DC開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器的輸出紋波，或來(lái)自PCB上不同電路塊耦合的紋波。PSRR通常在10Hz到1MHz或更高頻率范圍內(nèi)測(cè)量。對(duì)于電源轉(zhuǎn)換應(yīng)用，PSRR=20 log(紋波輸入/紋波輸出)。
(高PSSR使LDO能夠充當(dāng)噪聲濾波器，以防止輸入上的紋波和噪聲耦合到輸出)
LDO PSRR包括三個(gè)頻率區(qū)域(如下圖所示)。在較低頻率區(qū)域，直到帶隙濾波器的滾降頻率，PSRR由開(kāi)環(huán)增益和帶隙因子的組合產(chǎn)生。在帶隙濾波器的滾降頻率之上，直到單位增益頻率，PSRR主要是LDO開(kāi)環(huán)增益的結(jié)果。
高于單位增益頻率時(shí)，在下圖區(qū)域3中，PSRR受輸出電容支配，受Vin和Vout之間寄生效應(yīng)的影響較小。使用具有較低等效串聯(lián)電阻的較大輸出電容器可以提高區(qū)域3的PSRR，但也可能會(huì)影響較低頻率下的PSRR。雖然可以使用具有更高PSRR的LDO來(lái)代替更大輸出電容器，但是具有高PSRR額定值的LDO往往需要更高的電源電流，這樣比較容易受到振蕩的影響。
(不同原因?qū)е翷DO PSRR的出現(xiàn))
如上所述，區(qū)域2中的PSRR主要由反饋回路的增益決定，任何影響增益的因素也會(huì)影響PSRR。例如，較高的負(fù)載電流往往會(huì)降低LDO的輸出阻抗，從而降低增益。此外，更高的負(fù)載電流將輸出極移到更高的頻率，從而增加反饋回路的帶寬。因此，組合效應(yīng)可以較低頻率降低了PSRR，在較高頻率增加了PSRR。
LDO與DC-DC轉(zhuǎn)換器的配合使用
在某些情況下，LDO和開(kāi)關(guān)模式DC-DC轉(zhuǎn)換器的組合可以為噪聲敏感設(shè)備提供最佳電源。當(dāng)噪聲不是主要考慮因素時(shí)，例如為數(shù)字電路供電時(shí)，僅使用DC-DC的解決方案可提供更高的效率(相同尺寸和成本情況下)。另一方面，僅使用LDO可以提供一種小型、簡(jiǎn)單且成本合理的解決方案，但效率較低。
與僅使用LDO的方法相比，使用具有DC-DC轉(zhuǎn)換器的高PSRR LDO可以解決效率更高的問(wèn)題，并且與使用沒(méi)有LDO的DC-DC轉(zhuǎn)換器相比，噪聲更低。事實(shí)上，它產(chǎn)生的噪聲與僅使用LDO的解決方案一樣低。例如，在具有12Vdc電源總線的分布式電源架構(gòu)中，DC-DC轉(zhuǎn)換器可用于將大容量配電電壓降低至3.6VDC，并饋入高PSRR LDO以提供3.3Vdc以向噪聲敏感電路元件供電。如下圖所示，LDO輸出的紋波在幾十毫伏范圍內(nèi)，遠(yuǎn)低于DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出紋波。
(DC-DC轉(zhuǎn)換器(頂部)與高PSRR LDO(底部)相結(jié)合可提供良好的端到端效率和低紋波)
總結(jié)
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，電源抑制比(PSRR)是以dB為單位測(cè)量，并量化了電路抑制任何電源變化傳遞到其輸出信號(hào)的能力，主要用于描述運(yùn)算放大器和LDO的性能，在各種應(yīng)用中都很重要，包括音頻、RF、儀器儀表和傳感器。
此外，在對(duì)PSRR特別敏感的應(yīng)用中，最好在實(shí)際操作條件下測(cè)量其值，因?yàn)樗赡芘c數(shù)據(jù)表中的值有所出入，從而影響器件的使用性能。
