运放参数详解part6：交流电源抑制比AC-PSRR

前面一篇文章讲到了运放的直流电源抑制比，接下来继续学习 TI FAE 分享的运放参数解析系列文章，并对其中的内容做了注释。

以下是转载的原文（蓝色底纹的文字为本站注释）。

上面一节讨论的是直流电源抑制比（DC-PSRR）。实际的应用电路中，运放的电源电压可能是不变的。下面就来分析另一个关键的参数，运放交流电源抑制比 AC-PSRR。

一、运放的交流电源抑制比的定义

运放的交流电源抑制比这个参数相对在实际的应用电路中显得更有价值，却时常被我们忽略。运放的 datasheet 参数表格中往往给出的是直流 PSRR。而 AC-PSRR 往往以图表的形式给出，我们常常忽略了图表中的信息。然而，被我们忽略的常常是关键。

下图是 OPA376 的 datasheet 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；

（2）正负电源的 AC-PSRR 不同。

PSRR 在高频下之所下下降是由于环路增益的下降。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。

使用双电源供电时，正负电源的电源电压抑制比可能不相同，有些运放的正负电压抑制比则是相同的。这主要与 OPA 的内部电路结构有关。

以上两点会在应用电路中引起令人不快的问题，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，运放的应用电路中应使用线性电源（LDO）对运放供电，以减小电源纹波对运放的影响。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 PSRR 能力下降的非常快。

如 OPA376 在 100kHz 时，AC-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手持设备中，开关电容的“buck-boost”常被用来将正电源转化为负电源。看到上图中运放对负向电源的 AC-PSRR 后，会让我们出点冷汗了。

运放的 PSRR 就要是指电源电压变化引起输入失调电压的变化。因此可以参照测量失调电压的方法测量 PSRR。把电源电压变化一个⊿Vcc，然后测量计算⊿Vios，就可以计算出 PSRR。

二、提高运放的交流电源抑制比的方法

上面提到运放使用开关电源供电时，由于 AC-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。下面提供两种提高运放交流电源抑制比的方法。

2.1 运放电源增加低通滤波器

在 DC-DC 输出的电源与运放的电原之间加一个小电阻（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。说明：这个是比较简单的办法，只适合于低功耗的运放。

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 AC-PSRR。这个功耗损失换取这个效果还是很值得的。

关于增加的 36dB 的 AC-PSRR 可以这么理解，VCC 是给运放供电的电源，从开关电源的 V(dc-dc)到 VCC，在 100kHz 时已经衰减了 36dB，那等价于运放增加了 36dB 的 PSRR，实际上就是给 V(dc-dc)进行了低通滤波，滤波后的电压再给运放供电。

另外使用上述方法也有缺点：例如运放的负载电流变化比较大，假设存在 5mA 的变化，那么会造成 5mA＊10R＝50mV 的 Vcc 电压波动。在 100kHz 时，实际多引入了一个 50mV／36dB＝0.9mV 的电压波动，而不是单单只有增加了 PSRR 的优点。所以，这是一个折中考虑的结果。

2.2 运放电源使用穿心电容滤波

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。关于穿心电容，感兴趣的可以查阅相关资料。我们也会在论坛中分享 TI 工程师应用三端电容给开关电源滤波的文章。

原文链接：运放参数的详细解释和分析-part6，电源抑制比 AC-PSRR

扩展阅读：运放对正负电源的抑制比不一样，可参考《模拟集成电路设计精粹》这本书。

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