了解電源紋波抑制比 PSRR

PSRR，就是 Power Supply Rejection Ratio 的縮寫，中文含意為“電源紋波抑制比”。也就是說, PSRR 表示把輸入與電源視為兩個(gè)獨(dú)立的信號(hào)源時(shí)，所得到的兩個(gè)電壓增益的比值。基本計(jì)算公式為：

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

PSRR 的單位為分貝(dB)，采用對(duì)數(shù)比值。

從上面的式子可以看出，影響輸出信號(hào)的因素除了電路本身之外，還受到了供電電源的影響。PSRR 是一個(gè)用來描述輸出信號(hào)受電源影響的量，PSRR 越大，輸出信號(hào)受到電源的影響越小。

還可得出，輸出電壓 Vout 是 Vin 與電源電壓 VCC 的函數(shù)。如果輸入信號(hào) Vin 變化了 ⊿Vin，輸出信號(hào)的變化量 ⊿Vout是由輸入到輸出的電壓增益 Av 乘以輸入電壓的變化量 ⊿Vin。如果把電源電壓變化 ⊿VCC看作一個(gè)很小信號(hào)，由于電源電壓變化導(dǎo)致的輸出電壓的變化量 ⊿Vout 則為電源電壓到輸出的電壓增益 Avo 乘以電源電壓變化量 ⊿VCC。

不穩(wěn)定的供電電壓勢(shì)必會(huì)影響輸出信號(hào)的波形，影響的幅度取決于 PSRR。所以需要側(cè)重于運(yùn)放等的去耦設(shè)計(jì)和電源的設(shè)計(jì)（通常較多用 LDO 線性電源給運(yùn)放供電）。PSRR 是在單位閉環(huán)增益情況下得到的，因此在負(fù)反饋應(yīng)用中引起的輸出變化需乘以閉環(huán)增益。

一般地，PSRR 有3個(gè)具體參數(shù)：+PSRR，-PSRR，+/-PSRR。表示從某個(gè)電源端或兩個(gè)電源端分別或同時(shí)異向低頻變化，在運(yùn)放差分輸入端引入的傳輸或影響量值。如上所分析的：⊿Vps=1V 的電源變化，在 PRSS=80dB 運(yùn)放輸入端，導(dǎo)致 ⊿Vdi=100uV的變化（PSRR=20log⊿Vps/⊿Vdi）。于是運(yùn)放輸出電壓產(chǎn)生的變化：⊿Vo=⊿Vdi（1+Rf/Ri）；Rf--反饋電阻，Ri--輸入電阻。

再來談?wù)?PSRR與音質(zhì)的關(guān)系。聲音質(zhì)量是用戶接口的重要因素之一，其中，音頻放大器的作用是對(duì)輸入信號(hào)放大，同時(shí)抑制噪聲。在放大器中，一個(gè)主要噪聲源是電源線路本身。通過從 PSRR 切入，我們就可以分析出放大器如何放大輸入信號(hào)，并抑制電源線引入噪聲的性能。 在此情況下，放大器自身的 PSRR指標(biāo)更加重要。放大器的 PSRR 越高，越有利于設(shè)計(jì)。簡(jiǎn)而言之，性能提高 3dB，代表系數(shù)為 2。舉例說，提供 6dB更佳性能的放大器，其降噪性能將會(huì)提高 4 倍。

而且，對(duì)于耳機(jī)驅(qū)動(dòng)器來說 PSRR 是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。為了保證合理的信噪比，必須抑制電源在耳機(jī)放大器輸出端產(chǎn)生的噪聲。例如，基于 CD 或DVD 播放器的動(dòng)態(tài)范圍能夠達(dá)到 90dB，假如有 100mV 的噪聲疊加在音頻電源電壓上，而且絕大部分噪聲頻譜位于音頻頻帶以內(nèi)，為保持90dB 的動(dòng)態(tài)范圍、耳機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出噪聲必須將低至 30mV 以內(nèi)。這樣，耳機(jī)驅(qū)動(dòng)器的 PSRR 必須在感興趣的頻帶內(nèi)高于70dB。為在音頻范圍內(nèi)達(dá)到如此高的電源抑制比，需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)碾娐吩O(shè)計(jì)，特別是放大器對(duì)電源噪聲的抑制能力。大多數(shù)運(yùn)算放大器在直流附近具有非常高的PSRR，但隨著頻率的升高，PSRR 會(huì)急劇下降(通常為 -20dB/十倍頻程)，許多運(yùn)算放大器的 PSRR 在 20kHz 頻點(diǎn)處已經(jīng)跌落到40dB 以下。

有些 DC/DC 轉(zhuǎn)換器在音頻頻譜的高頻端存在較強(qiáng)的噪聲，雖然人耳幾乎聽不到這個(gè)頻段的噪聲，但可以檢測(cè)到它們?cè)诙鷻C(jī)輸出端產(chǎn)生的噪聲。許多音頻DAC(或CODEC) 帶有耳機(jī)驅(qū)動(dòng)器，但人們很少留意其 PSRR 指標(biāo)；而且，這些產(chǎn)品的Datasheet 也很少給出 PSRR隨頻率的變化曲線。如果耳機(jī)放大器缺乏足夠高的 PSRR，可以采用一個(gè)外部 LDO為耳機(jī)放大器提供一個(gè)低噪聲電源。音頻電路中比較通用的供電電源是 +5V，采用 LDO 能夠獲得足夠的電源抑制比，但使某些節(jié)點(diǎn)處的電壓可能跌至4.7V 左右。

隨著集成度不斷提高，電源電流的量級(jí)要求也日益增加。終端用戶希望能延長(zhǎng)電池使用時(shí)間，即需要非常高效的 DC/DC 轉(zhuǎn)換過程、使用效率更高的開關(guān)穩(wěn)壓器。然而與線性穩(wěn)壓器相比，開關(guān)穩(wěn)壓器會(huì)在電源線中產(chǎn)生更多紋波。

綜上，PSRR 在 ADC、DAC、RF 等應(yīng)用方面都是一個(gè)很關(guān)鍵的參數(shù)，值得設(shè)計(jì)者留意。