什么是PSRR？运算放大器和LDO中的PSRR详解

我们在应用LDO和一些运放的时候，规格书中都会标准PSRR这个指标，今天我们来一起了解一下这个指标的内容。

一． 什么是PSRR

PSRR电源抑制比 ，英文名Power Supply RejecTIon RaTIo，简称PSRR，它描述了电路抑制任何电源变化传递到其输出信号的能力，通常以dB为单位进行测量，用来描述输出信号受电源影响。它最常与运算放大器(op amps)、DC-DC转换器、线性稳压器和低压差稳压器 (LDO) 的使用相关。

对于运算放大器，电源抑制比描述了放大器在其直流电源电压变化时保持其输出电压的能力。与此同时，电源抑制比量化了在电源转换应用中阻止来自输入源的纹波电压的能力。

理想运算放大器的PSRR为零。但是，实际运算放大器的PSRR与频率有关。信号频率越高，PSRR越低。PSRR通常根据输入来衡量，但没有行业标准。

例如，当根据输入指定时，PSRR=10log (ΔVsupply2Av2 )/ΔVout2 )，其中 Av=电压增益。PSRR越大，输出信号受到电源的影响也就越小，所以同样情况下希望运放的PSRR越大越好。

在低噪声和精密应用中，PSRR是非常重要的，因为运算放大器的输出是电源以及输入值的函数，如果放大级对通过电源输入的信号过于敏感，则可能会发生不需要的振荡。此外，较差的PSRR会导致效率降低。所以，良好的PSRR在需要最低功耗的精密汽车、工业和医疗设计中非常重要。

二． 运算放大器中的PSRR

众所周知，PSRR在设计中至关重要时，因此设计人员应该独立于数据表测量其值。制造商给出的数据确实很好看，但不同的设计需求对PSRR的要求也是不尽相同。尤其是在较高频率下(如下图)，测量PSRR通常在+Vcc和-Vee上使用平衡信号，以防止共模效应影响PSRR测量。

但是，实际电路设计中可能并不总是存在平衡信号，所以这会影响PSRR。此外，PSRR与信号幅度有关。在许多应用电路中，电源线上的纹波和噪声将远低于用于开发数据表中使用的测试数据的纹波和噪声。在实际电路实现中，电路增益和PCB寄生参数也会影响PSRR。

(数据表中运算放大器的PSSR(左)和实测值(右)比较)

三． LDO中的PSRR

在LDO中，PSRR有时称为电源电压抑制比 (SVRR)，用于衡量LDO在各种频率下抑制输入噪声的能力(如下图所示)。

PSRR可能是音频、射频(RF) 以及医疗和其他传感器应用中的一个关键参数。输入纹波可能有多种来源，包括来自电源的50/60Hz干扰、来自上游DC/DC开关转换器的输出纹波，或来自PCB上不同电路块耦合的纹波。PSRR通常在10Hz到1MHz或更高频率范围内测量。对于电源转换应用，PSRR=20 log(纹波输入/纹波输出)。

(高PSRR使LDO能够充当噪声滤波器，以防止输入上的纹波和噪声耦合到输出)

LDO PSRR包括三个频率区域(如下图所示)。在较低频率区域，直到带隙滤波器的滚降频率，PSRR由开环增益和带隙因子的组合产生。在带隙滤波器的滚降频率之上，直到单位增益频率，PSRR主要是LDO开环增益的结果。

高于单位增益频率时，在下图区域3中，PSRR受输出电容支配，受Vin和Vout之间寄生效应的影响较小。使用具有较低等效串联电阻的较大输出电容器可以提高区域3的PSRR，但也可能会影响较低频率下的PSRR。虽然可以使用具有更高PSRR的LDO来代替更大输出电容器，但是具有高PSRR额定值的LDO往往需要更高的电源电流，这样比较容易受到振荡的影响。

如上所述，区域2中的PSRR主要由反馈回路的增益决定，任何影响增益的因素也会影响PSRR。例如，较高的负载电流往往会降低LDO的输出阻抗，从而降低增益。此外，更高的负载电流将输出极移到更高的频率，从而增加反馈回路的带宽。因此，组合效应可以较低频率降低了PSRR，在较高频率增加了PSRR。

四． LDO与DC-DC转换器的配合应用

在某些情况下，LDO和开关模式DC-DC转换器的组合可以为噪声敏感设备提供最佳电源。当噪声不是主要考虑因素时，例如为数字电路供电时，仅使用DC-DC的解决方案可提供更高的效率(相同尺寸和成本情况下)。

另一方面，仅使用LDO可以提供一种小型、简单且成本合理的解决方案，但效率较低。

与仅使用LDO的方法相比，使用具有DC-DC转换器的高PSRR LDO可以解决效率低的问题，并且与使用没有LDO的DC-DC转换器相比，噪声更低。

事实上，它产生的噪声与仅使用LDO的解决方案一样低。例如，在具有12Vdc电源总线的分布式电源架构中，DC-DC转换器可用于将大容量配电电压降低至3.6VDC，并馈入高PSRR LDO以提供3.3Vdc以向噪声敏感电路元件供电。

如下图所示，LDO输出的纹波在几十毫伏范围内，远低于DC-DC转换器的输出纹波。

(DC-DC转换器(上)与高PSRR LDO(下)结合可提供良好的端到端效率和低纹波)

总结一下

简单来说，电源抑制比(PSRR)是以dB为单位测量，并量化了电路抑制任何电源变化传递到其输出信号的能力，主要用于描述运算放大器和LDO的性能，在各种应用中都很重要，包括音频、RF、仪器仪表和传感器。

此外，在对PSRR特别敏感的应用中，最好在实际操作条件下测量其值，因为它可能与数据表中的值有所出入，从而影响器件的使用性能。

审核编辑：汤梓红