什么是运算放大器电源电压抑制比(PSRR)
出处:网络整理 发布于:2025-09-01 16:48:49
在模拟电路设计中,运算放大器(Op-Amp)的电源电压抑制比(Power Supply Rejection Ratio, PSRR)常被视为一个"低调却关键"的参数。它像一位隐形的守护者,默默抵抗着电源噪声对信号精度的干扰。
一、PSRR的定义与物理意义
1. 数学表达式
PSRR定义为:当运算放大器的电源电压发生变化时,输出信号对电源噪声的衰减能力,通常用分贝(dB)表示:

例如,PSRR=60dB表示电源每变化1V,输出仅变化1mV。
2. 物理本质
PSRR反映了运放内部电路对电源纹波的隔离能力。理想情况下,运放应完全忽略电源波动,仅对输入信号进行放大。但实际器件中,电源噪声会通过两种路径影响输出:
直接耦合:电源噪声通过内部晶体管寄生参数传递到输出级
间接耦合:电源波动改变偏置电流,影响放大器增益
二、PSRR的分类与测试方法
1. 直流PSRR vs 交流PSRR*
直流PSRR:测试电源缓慢变化(如0.1Hz~10Hz)时的抑制能力
交流PSRR:测试高频电源噪声(如1kHz~1MHz)的抑制能力
2. 测试配置要点
输入端短接至地(共模抑制比测试需开路)
电源端叠加正弦波噪声信号
测量输出端噪声幅度并计算比值
三、PSRR对电路性能的影响
1. 关键应用场景
精密测量电路:电源噪声可能导致ADC采样误差
音频放大器:电源纹波引发嗡嗡声(Hum Noise)
医疗仪器:微弱生理信号检测需极高PSRR
2. 典型失效
某血糖仪设计中,因未考虑开关电源的300kHz纹波,导致PSRR不足40dB,终输出信号叠加了0.5mV的噪声,超出临床检测精度要求。
四、提升PSRR的设计策略
1. 器件选型原则
优先选择PSRR>80dB(直流)和>60dB(100kHz)的运放
注意查看数据手册中的PSRR vs 频率曲线
2. 电路优化技巧
电源去耦:在运放电源引脚并联0.1μF+10μF电容
参考电压缓冲:使用低噪声LDO为运放供电
布局优化:缩短电源走线,避免与数字信号交叉
3. 补偿技术
对于高频噪声,可采用:
运放输出端串联RC滤波网络
使用具有内置PSRR补偿的运放(如ADI的Auto-Zero架构)
五、PSRR的常见误区与解答
Q1:PSRR越高越好吗?
A:理论上是的,但需权衡成本与功耗。高PSRR运放通常采用复杂架构,可能牺牲其他参数如速度或功耗。
Q2:如何快速估算系统级PSRR?
A:采用级联衰减模型:

示例:两级PSRR均为60dB时,系统PSRR≈63dB
Q3:负电源的PSRR需要单独测试吗?
A:是的,正负电源的PSRR可能不同,需分别验证。
六、实践工具推荐
1. 仿真工具:
LTspice中可通过.NOISE分析模拟电源噪声影响
ADI的ADIsimPE工具提供PSRR专项仿真
2. 测试仪器:
频谱分析仪+近场探头(定位电源噪声源)
动态信号分析仪(进行PSRR扫频测试)
七、总结
PSRR作为运放的关键指标,其重要性常被低估。在下一代电路设计中,随着电源管理集成度提升(如PoL转换器),如何平衡PSRR与系统效率将成为新挑战。建议工程师:
在设计初期即明确PSRR需求
建立PSRR的"设计余量"概念(建议留出6dB安全裕量)
关注新兴技术如片上电源滤波(On-Chip Decap)对PSRR的改善
典型运放PSRR参数对比表

通过系统掌握PSRR特性,工程师能够显著提升电路的抗干扰能力,为设计高可靠性电子系统奠定基础。
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