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了解电源纹波抑制比 PSRR

发布时间: 2013-04-05 14:36:48     来源: EDA中国

了解电源纹波抑制比 PSRR

PSRR,就是 Power Supply Rejection Ratio 的缩写,中文含意为“电源纹波抑制比”。也就是说, PSRR 表示把输入与电源视为两个独立的信号源时,所得到的两个电压增益的比值。基本计算公式为:

 PSRR = 20log[(Ripple(in) / Ripple(out))]

PSRR 的单位为分贝(dB),采用对数比值。


从上面的式子可以看出,影响输出信号的因素除了电路本身之外,还受到了供电电源的影响。PSRR 是一个用来描述输出信号受电源影响的量,PSRR 越大,输出信号受到电源的影响越小。


还可得出,输出电压 Vout 是 Vin 与电源电压 VCC 的函数。如果输入信号 Vin 变化了 ⊿Vin,输出信号的变化量 ⊿Vout 是由输入到输出的电压增益 Av 乘以输入电压的变化量 ⊿Vin。如果把电源电压变化 ⊿VCC 看作一个很小信号,由于电源电压变化导致的输出电压的变化量 ⊿Vout 则为电源电压到输出的电压增益 Avo 乘以电源电压变化量 ⊿VCC。


不稳定的供电电压势必会影响输出信号的波形,影响的幅度取决于 PSRR。所以需要侧重于运放等的去耦设计和电源的设计(通常较多用 LDO 线性电源给运放供电)。PSRR 是在单位闭环增益情况下得到的,因此在负反馈应用中引起的输出变化需乘以闭环增益。


一般地,PSRR 有 3个具体参数:+PSRR,-PSRR,+/-PSRR。表示从某个电源端或两个电源端分别或同时异向低频变化,在运放差分输入端引入的传输或影响量值。如上所分析的:⊿Vps=1V 的电源变化,在 PRSS=80dB 运放输入端,导致 ⊿Vdi=100uV 的变化(PSRR=20log⊿Vps/⊿Vdi)。于是运放输出电压产生的变化:⊿Vo=⊿Vdi(1+Rf/Ri);Rf--反馈电阻,Ri--输入电阻。


再来谈谈 PSRR 与音质的关系。声音质量是用户接口的重要因素之一,其中,音频放大器的作用是对输入信号放大,同时抑制噪声。在放大器中,一个主要噪声源是电源线路本身。通过从 PSRR 切入,我们就可以分析出放大器如何放大输入信号,并抑制电源线引入噪声的性能。 在此情况下,放大器自身的 PSRR 指标更加重要。放大器的 PSRR 越高,越有利于设计。简而言之,性能提高 3dB,代表系数为 2。举例说,提供 6dB 更佳性能的放大器,其降噪性能将会提高 4 倍。


而且,对于耳机驱动器来说 PSRR 是一个关键参数。为了保证合理的信噪比,必须抑制电源在耳机放大器输出端产生的噪声。例如,基于 CD 或 DVD 播放器的动态范围能够达到 90dB,假如有 100mV 的噪声叠加在音频电源电压上,而且绝大部分噪声频谱位于音频频带以内,为保持 90dB 的动态范围、耳机驱动器的输出噪声必须将低至 30mV 以内。这样,耳机驱动器的 PSRR 必须在感兴趣的频带内高于 70dB。为在音频范围内达到如此高的电源抑制比,需要严谨的电路设计,特别是放大器对电源噪声的抑制能力。大多数运算放大器在直流附近具有非常高的 PSRR,但随着频率的升高,PSRR 会急剧下降(通常为 -20dB/十倍频程),许多运算放大器的 PSRR 在 20kHz 频点处已经跌落到 40dB 以下。


有些 DC/DC 转换器在音频频谱的高频端存在较强的噪声,虽然人耳几乎听不到这个频段的噪声,但可以检测到它们在耳机输出端产生的噪声。许多音频 DAC(或CODEC) 带有耳机驱动器,但人们很少留意其 PSRR 指标;而且,这些产品的Datasheet 也很少给出 PSRR 随频率的变化曲线。如果耳机放大器缺乏足够高的 PSRR,可以采用一个外部 LDO 为耳机放大器提供一个低噪声电源。音频电路中比较通用的供电电源是 +5V,采用 LDO 能够获得足够的电源抑制比,但使某些节点处的电压可能跌至 4.7V 左右。


随着集成度不断提高,电源电流的量级要求也日益增加。终端用户希望能延长电池使用时间,即需要非常高效的 DC/DC 转换过程、使用效率更高的开关稳压器。然而与线性稳压器相比,开关稳压器会在电源线中产生更多纹波。


综上,PSRR 在 ADC、DAC、RF 等应用方面都是一个很关键的参数,值得设计者留意。

关键字 : PSRR 抑制比  纹波 电源 
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