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放大器电源抑制比参数的评估方法汇总
发布时间: 2021-01-06 04:12:37
内容来源: 人为现象
标签: 放大器

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。

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