放大器电源抑制比参数对电路的影响与共模抑制比参数的影响近似,因为来自电源线路的噪声对于放大器而言可视为共模噪声。本篇介绍放大器电源抑制比参数的评估方法,并通过 LTspice 仿真参数测量电路。

 

电源抑制比(Power Supply Rejection Ratio, PSRR)定义为放大器的电源电压发生变化,与所引起放大器输入误差变化的比值。以 dB 为单位,关系如式 2-40。

 

 

式中,ΔVsupply 代表放大器电源变化量,对于双电源供电的放大器,分别代表正、负电源的变化量。

ΔVer_PSRR 代表电源变化引起输入误差电压的变化量。如图 2.4,ADA4077 电源抑制比为 128dB,根据式 2-40,在电源变化 1V 时,输入端引起 0.398μV 的变差电压。

 

图 2.4  ADA 4077 供电电源参数

 

2017 年 12 月初,笔者与一位负责测试设备的研发工程师沟通,他希望寻找一款精密放大器代替当时使用的 OP27G,要求替代型号的工作电压范围兼容 OP27G、Vos、Ib、CMMR 近似或者优化,而 PSRR 需要明显改善。当时提供 ADA4522,ADA4177 的数据手册给于工程师评估,相应参数对比如表 2.4。

 

表 2.4 OP27、ADA4177、ADA4522 直流参数对比

 

这是笔者接触到第一例对放大器的电源抑制比有要求的案例。后期专门询问工程师为何需要提升该指标,工程师回复曾使用电源法测试 OP27G 的电源抑制比仅为 20dB 左右。

 

如图 2.63 为电源法测量方法的原理。通过开关 S1、S2 控制放大器的工作电压分别为 Vcc1 至 Vee1、Vcc2 至 Vee2,其中供电范围 Vcc1 至 Vee1,不等于 Vcc2 至 Vee2,测量开关 S1、S2 状态切换前后,对应工作电压时电路输出电压 Vout1、Vout2,以此计算电源抑制比。

 

图 2.63 电源法测量电源抑制比电路

 

该方法的问题在于,将放大器电源抑制比因素视为导致的误差的唯一原因,所以测量结果与真实情况相差甚远。

 

而后笔者与工程师沟通可行的电源抑制比测量方法如图 2.64,与《盘点放大器共模抑制比参数测量方法》中可行的共模抑制比测试方法接近,同样借助辅助放大器测量电源抑制比,需要使用高开环增益、低失调电压、低偏置电流的辅助放大器 AMP,无需精密电阻,实现放大器电源抑制比的准确测量。

 

2.64 辅助运放 - 电源法测量电源抑制比电路

 

通过开关 S1、S2 控制待测放大器(DUT)工作电压范围,由±15V 变为±14V。分别测量开关 S1,S2 切换前后的输出电压 Vout,并标记为 Vout1、Vout2,结合电路的噪声增益,计算放大器的电源抑制比,如式 2-41。

 

 

针对图 2.64,将 ADA4177 作为待测器件,使用 LT1012 作为辅助放大器,电阻的误差为 1%,使用 LTspice 进行仿真。

 

如图 2.58,LT1012IA 在 25℃环境中,工作电压为±15V 时,VOS 最大值为 25uV,Ib 最大值为 100pA,开环电压增益典型值为 2000V/mV。

 

图 2.58  LT1012 电气参数

 

当 ADA4177 供电电压 Vcc1 为+15V,Vee1 为 -15V,Vout1 瞬态分析结果为 -0.013mV,如图 2.65。

 

图 2.65 ADA4177 电源抑制比测试 Vout1 瞬态分析结果

 

当 ADA4177 供电电压 Vcc2 为+14V,Vee2 为 -14V,Vout2 仿真结果为 0.013mV,如图 2.66。

 

图 2.66 ADA4177 电源抑制比测试 Vout2 仿真结果

 

将上述结果,代入式 2-41,计算 ADA4177 的电源抑制比为:

 

 

仿真计算结果 131.7dB 在参数范围内,如图 2.4 介于 ADA4177 电源抑制比参数典型值(145dB)与最小值(125dB)之间。

 

综上,基于辅助放大器电路的电源抑制比测量方法可以有效实现待测放大器的共模抑制比参数测量。需要注意的是该方法针对电源抑制比参数的直流性能。在 DCDC 电源供电的放大器电路中,必须结合电源抑制比与频率的性能。