在模拟电路设计领域，运算放大器（Op - Amp）的电源电压抑制比（Power Supply Rejection Ratio, PSRR）是一个 “低调却关键” 的参数。它宛如一位隐形的守护者，悄无声息地抵御着电源噪声对信号精度的干扰，对于保障电路的稳定运行和信号的准确处理起着至关重要的作用。

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。其公式为：
   

   

   
   例如，PSRR = 60dB 意味着电源每变化 1V，输出仅变化 1mV。这一特性在对信号精度要求极高的电路中，如精密测量电路，显得尤为重要。
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。在理想状态下，运放应完全忽略电源波动，仅仅对输入信号进行放大。然而在实际的器件中，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。晶体管的寄生电容和电阻等参数会使电源噪声直接耦合到输出端，从而影响输出信号的质量。
• 间接耦合：电源波动改变偏置电流，进而影响放大器增益。电源电压的变化会导致偏置电流的不稳定，使得放大器的增益发生改变，终影响输出信号的准确性。

二、PSRR 的分类与测试方法

1. 直流 PSRR vs 交流 PSRR

• 直流 PSRR：主要测试电源缓慢变化（如 0.1Hz - 10Hz）时的抑制能力。在一些对电源稳定性要求较高的直流电路中，直流 PSRR 的性能直接影响着电路的工作精度。
• 交流 PSRR：用于测试高频电源噪声（如 1kHz - 1MHz）的抑制能力。随着电子设备工作频率的不断提高，交流 PSRR 对于保证电路在高频环境下的稳定运行至关重要。

2. 测试配置要点

• 输入端短接至地（共模抑制比测试需开路），以确保测试环境的准确性和一致性。
• 电源端叠加正弦波噪声信号，模拟实际工作中的电源噪声情况。
• 测量输出端噪声幅度并计算比值，从而得出 PSRR 的具体数值。

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，从而影响测量结果的准确性。在高精度的测量仪器中，如电子天平、示波器等，对 PSRR 的要求极高。
• 音频放大器：电源纹波引发嗡嗡声（Hum Noise），严重影响音频的播放质量。在高端音频设备中，良好的 PSRR 能够有效降低电源噪声对音频信号的干扰，提供更加纯净的音质。
• 医疗仪器：微弱生理信号检测需极高 PSRR。例如在心电图机、脑电图仪等医疗设备中，微弱的生理信号很容易受到电源噪声的干扰，因此需要运放具备极高的 PSRR 来保证信号的准确检测。

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。这一充分说明了 PSRR 在实际电路设计中的重要性，如果忽视了 PSRR 的影响，可能会导致产品性能无法满足使用要求。

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。同时，要仔细查看数据手册中的 PSRR vs 频率曲线，了解运放在不同频率下的 PSRR 性能，以便根据实际应用需求选择合适的器件。
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。这种电容组合能够有效滤除不同频率的电源噪声，提高电源的稳定性。
• 参考电压缓冲：使用低噪声 LDO 为运放供电。低噪声 LDO 能够提供稳定的参考电压，减少电源波动对运放的影响。
• 布局优化：缩短电源走线，避免与数字信号交叉。合理的布局可以减少电源噪声的耦合，提高电路的抗干扰能力。

3. 补偿技术
   对于高频噪声，可采用以下方法：

• 运放输出端串联 RC 滤波网络，进一步滤除高频噪声。
• 使用具有内置 PSRR 补偿的运放（如 ADI 的 Auto - Zero 架构），这种运放能够自动补偿 PSRR，提高电路的整体性能。

五、PSRR 的常见误区与解答

1. PSRR 越高越好吗？
   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。在实际设计中，需要根据具体的应用场景和性能要求，综合考虑 PSRR 与其他参数之间的平衡。
2. 如何快速估算系统级 PSRR？
   采用级联衰减模型：
   

   

   
   示例：两级 PSRR 均为 60dB 时，系统 PSRR≈63dB。通过这种方法，可以快速估算系统的 PSRR，为电路设计提供参考。
3. 负电源的 PSRR 需要单独测试吗？
   是的，正负电源的 PSRR 可能不同，需分别验证。在实际测试中，要对正、负电源的 PSRR 进行单独测量，以确保运放在不同电源条件下都能正常工作。

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。通过仿真工具，可以在设计阶段对电路的 PSRR 性能进行预测和优化，减少实际测试的工作量和成本。
• ADI 的 ADIsimPE 工具提供 PSRR 专项仿真，能够更加准确地模拟运放的 PSRR 性能。

2. 测试仪器

• 频谱分析仪 + 近场探头（定位电源噪声源），可以帮助工程师快速定位电源噪声的来源，以便采取相应的措施进行处理。
• 动态信号分析仪（进行 PSRR 扫频测试），能够全面地测试运放在不同频率下的 PSRR 性能。

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的提升（如 PoL 转换器），如何平衡 PSRR 与系统效率将成为新的挑战。建议工程师：

• 在设计初期即明确 PSRR 需求，根据实际应用场景确定合理的 PSRR 指标。
• 建立 PSRR 的 “设计余量” 概念（建议留出 6dB 安全裕量），以应对实际电路中的各种不确定性。
• 关注新兴技术如片上电源滤波（On - Chip Decap）对 PSRR 的改善，不断探索提高 PSRR 的新方法和新技术。