如何降低运放电路中的电源噪声
在这里，我们将噪声定义为任何在运放输出端的无用信号。噪声可以是随机信号或重复信号，内部或外部产生，电压或电流形式，窄带或宽带，高频或低频。噪声通常包括器件的固有噪声和外部噪声，固有噪声包括：热噪声、散弹噪声和低频噪声（1/f噪声）等，在这里我们不予讨论。外部的噪声通常指电源噪声、空间耦合干扰等，通常通过合理的设计可以避免或减小影响。降低外部噪声的影响对发挥低噪声运放的性能至关重要。
常见外部噪声源
如果运算放大器的电源发生变化，输出不应变化，但实际上通常会发生变化。如果X （V）的电源电压变化产生Y （V）的输出电压变化，则该电源的PSRR(折合到输出端)为X/Y。无量纲比通常称为电源电压抑制比(PSRR)，以dB表示时则称为电源电压抑制(PSR)。但是，PSRR和PSR几乎总能互换使用，半导体行业很少有相关标准。
电源抑制比(PSRR)是输入电源变化量(以伏为单位)与转换器输出变化量(以伏为单位)的比值,常用分贝表示。对于高质量的D/A转换器,要求开关电路及运算放大器所用的电源电压发生变化时,对输出的电压影响极小.通常把满量程电压变化的百分数与电源电压变化的百分数之比称为电源抑制比.电源抑制比可分为交流电源抑制比和直流电源抑制比,其具体意思如下.
交流电源抑制比(ACPSR)
先在标称电源电压(5V)的情况下,读取一个测量值,然后在电源电压上叠加一个频率为100HZ,有效值为200mV的信号,在相同的输入信号电平下,读取第二个测量值,按测量误差公式 "百分误差=（第二测量值-第一测量值）/第一测量值" 计算得到的百分比误差即为交流电源抑制比. 直流电源抑制比(DCPSR)
先在标称电源电压(5V)的情况下,读一个测量值,然后使电源电压变化 5%,在相同的输入信号电平下读取第二个测量值,按测量误差公式(同上题公式)计算得到的百分误差即为直流电源抑制比. 电源抑制比功用和计算
与其它的失衡量一样,参数规范中的电源抑制比也是针对运算放大器的输入而言的. 运算放大器的电源线上的噪声也会对输出信号造成影响，因此必须适当地“抑制”噪声。而电源抑制比就是测量运算放大器抑制这种偏差的程度的量。 一般定义它为：从输入到输出的增益除以从电源到输出的增益。因为现在的运算放大器逐渐出趋向于低压低功耗，对供电电源的要求也越来越高
这个参数反映了电源电压出现一定变化量时输入失衡电压相应产生多大的变化量.在规定为1V的电源电压改变量除以按微伏计的输入失衡电压量.
输出电压误差的计算方法如同电压失衡与漂移的计算方法.外部电源的调整率会以电源抑制比的形式直接转变成运算放大器网络的输出误差.
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。
在全波整流的线性稳压供电的电路中，100Hz纹波是主要的电源噪声，对于运放电路，100Hz噪声电平通常要求控制在10nV－100nV（RTI）内，这取决于三个因素：运放在100Hz时的电源抑制比（PSRR），稳压器的纹波抑制比及稳压器的输入滤波电容的大小。图1是OP77的PSRR－频率曲线，可以看出，OP77在100Hz时PSRR大约是76dB，要获得不大于100nV（RTI）的性能，供电电源的纹波必须小于0.6mV。常用的三端稳压一般能提供大约60dB的纹波抑制能力，在这种情况下，稳压器的输入滤波电容必须足够大，以将输入端的纹波限制在0.6V以下。
典型的串联稳压器供电的电源中包含有幅度为150uV，频率范围为100Hz－100KHz的噪声，开关型电源更严重，运放的PSRR在高频时以20dB/Decade的速度降低，通过在电源脚加RC或LC去耦网络，能滤除大部分噪声，电路形式如图3。在使用RC去耦时，应该注意负载电流的变化会导致对电源脚上电压的调制。
图3：运放供电的RC去耦
电源调整率
任何电源电压的变化都会引起运放输入偏置电流的变化，图1中OP77的PSRR在DC时是126dB(0.5uV/V)，电源电压的变化是一个潜在的低频噪声源。在低噪声运放的应用中，降低电源的纹波和提高电源的调整率都很重要，电源调整率不足通常会引起讨厌的低频噪声。
电源调整率的定义为电源供应器于输入电压变化时提供其稳定输出电压的能力。此项测试系用来验证电源供应器在最恶劣之电源电压环境下，如夏天之中午(因气温高，用电需求量最大)其电源电压最低;又如冬天之晚上(因气温低，用电需求量最小)其电源电压最高。在前述之两个极端下验证电源供应器之输出电源之稳定度是否合乎需求之规格。
电源调整率通常以一正常之固定负载(Nominal Load)下，由输入电压变化所造成其输出电压偏差率(deviation)的百分比，如下列公式所示： V0(max)-V0(min) / V0(normal) 电源调整率亦可用下列方式表示之：於输入电压变化下，其输出电压之偏差量须於规定之上下限范围内，即输出电压之上下限绝对值以内。
开关电源是一个很严重的噪声源，下图是典型的开关电源输出端的电压波形：
可以看出，噪声频谱既包含开关频率及其谐波成分，还包含开关回路谐振引起的阻尼振荡的高频成分，从几十KHz一直延续到几十MHz，而普通的运放在几百Hz以上时PSRR开始急剧下降，到几百KHz时几乎为零，此时，出现在输出端的电源噪声将很严重。
影响途径和对策
除了注意对运放PSRR或CMRR参数的选择和加强运放供电去耦（如采用RC去耦）外，在开关电源供电设计中，还应注意如下一些方面：
电源中的噪声可能通过基准源或PCB的漏电直接耦合到放大器的输入端。要注意对电压基准源输出的滤波，对于PCB漏电，可在信号输入引线与电源走线间加地线防护。
噪声可能通过PCB走线之间的分布电容直接耦合到放大器输入端，造成干扰。在PCB布线时，要注意电源线与弱信号线不要贴近平行走线，线净距大于线宽的3倍（3W原则），并在电源线或数字信号线与模拟小信号线之间加地线隔离。
接地处理不当，噪声通过公共阻抗影响敏感电路部分。为了防止公共阻抗将电源噪声引入信号回路，要注意如下几点：接地上避免带噪声的大电流流过前级小信号地；单点接地，电源、模拟、数字电路分开接地；布板使用地平面层，最小化地线阻抗；开关电源输出从最后一个滤波电容的地端引出电源地，避免从滤波电感前的电容的地端引出。
图5：共模阻抗噪声耦合示意图
开关管漏极开关电压驱动的位移电流，通过初次级分布电容，次级电路，次级对大地与杂散电容，大地与初级地之间的杂散电容形成环路，次级模拟电路中流过的共模电流流过不平衡的阻抗转换成差模，对放大电路造成干扰（如图6）。共模方式引入的干扰一般为开关噪声中的高频分量（数MHz以上）。措施主要有如下三点：提供一条从开关电源次级地返回初级地的低阻抗噪声旁路通道，通常使用p的安规电容；使用共模扼流圈加强开关电源的输出的共模滤波；使用隔离技术，最小化回路中的共模电流。
通过空间磁场耦合到具有一定环路面积的信号回路或地线环中，造成对信号的影响。另外来自开关电源或市电网络的高频干扰可能通过空间杂散电容直接耦合到信号回路。设计中的考虑包括：合理的布局、调整电感线圈或变压器放置方向、优化布线，减小关键信号的回路面积，避免形成地环路可以减小干扰；双面或单面板布线，注意信号线和地线，电源线与地线一定要贴近平行走线；使用1000p电容射频多点接地，可以兼顾EMC和低频信噪比的需求；对敏感电路加屏蔽，注意屏蔽层连接到被保护信号的参考地；走线设计上注意电源线不要和信号线捆扎在一起。
在运放电路设计中降低电源噪声的主要措施包括：
通过去耦、滤波等措施降低电源输出的纹波和噪声成分。
改善设计，提高电源电压调整率。
合理电路结构、考究的PCB布线、合理的走线工艺。
选择在敏感噪声频段的PSRR或CMRR较高的器件。
本文转载自C博客 吴建梅的专栏
获取更多运放知识，请点击：
责任编辑：
声明：本文由入驻搜狐号的作者撰写，除搜狐官方账号外，观点仅代表作者本人，不代表搜狐立场。
今日搜狐热点降低开关电源的纹波噪声_百度文库
两大类热门资源免费畅读
续费一年阅读会员，立省24元！
降低开关电源的纹波噪声
&&降低开关电源的纹波噪声
阅读已结束，下载本文需要
想免费下载本文？
定制HR最喜欢的简历
下载文档到电脑，同时保存到云知识，更方便管理
加入VIP
还剩4页未读，
定制HR最喜欢的简历
你可能喜欢博主最新文章
博主热门文章
您举报文章：
举报原因：
原文地址：
原因补充：
(最多只允许输入30个字)如何降低运放电路中的电源噪声
我的图书馆
如何降低运放电路中的电源噪声
& & & & 在这里，我们将噪声定义为任何在运放输出端的无用信号。噪声可以是随机信号或重复信号，内部或外部产生，电压或电流形式，窄带或宽带，高频或低频。噪声通常包括器件的固有噪声和外部噪声，固有噪声包括：热噪声、散弹噪声和低频噪声（1/f噪声）等，在这里我们不予讨论。外部的噪声通常指电源噪声、空间耦合干扰等，通常通过合理的设计可以避免或减小影响。降低外部噪声的影响对发挥低噪声运放的性能至关重要。
常见外部噪声源
& & & & 在全波整流的线性稳压供电的电路中，100Hz纹波是主要的电源噪声，对于运放电路，100Hz噪声电平通常要求控制在10nV－100nV（RTI）内，这取决于三个因素：运放在100Hz时的电源抑制比（PSRR），稳压器的纹波抑制比及稳压器的输入滤波电容的大小。图1是OP77的PSRR－频率曲线，可以看出，OP77在100Hz时PSRR大约是76dB，要获得不大于100nV（RTI）的性能，供电电源的纹波必须小于0.6mV。常用的三端稳压一般能提供大约60dB的纹波抑制能力，在这种情况下，稳压器的输入滤波电容必须足够大，以将输入端的纹波限制在0.6V以下。
& & & & 典型的串联稳压器供电的电源中包含有幅度为150uV，频率范围为100Hz－100KHz的噪声，开关型电源更严重，运放的PSRR在高频时以20dB/Decade的速度降低，通过在电源脚加RC或LC去耦网络，能滤除大部分噪声，电路形式如图3。在使用RC去耦时，应该注意负载电流的变化会导致对电源脚上电压的调制。
图3：运放供电的RC去耦
电源调整率
& & & & 任何电源电压的变化都会引起运放输入偏置电流的变化，图1中OP77的PSRR在DC时是126dB(0.5uV/V)，电源电压的变化是一个潜在的低频噪声源。在低噪声运放的应用中，降低电源的纹波和提高电源的调整率都很重要，电源调整率不足通常会引起讨厌的低频噪声。
& & & & 开关电源是一个很严重的噪声源，下图是典型的开关电源输出端的电压波形：
& & & & 可以看出，噪声频谱既包含开关频率及其谐波成分，还包含开关回路谐振引起的阻尼振荡的高频成分，从几十KHz一直延续到几十MHz，而普通的运放在几百Hz以上时PSRR开始急剧下降，到几百KHz时几乎为零，此时，出现在输出端的电源噪声将很严重。
影响途径和对策
& & & & 除了注意对运放PSRR或CMRR参数的选择和加强运放供电去耦（如采用RC去耦）外，在开关电源供电设计中，还应注意如下一些方面：
电源中的噪声可能通过基准源或PCB的漏电直接耦合到放大器的输入端。要注意对电压基准源输出的滤波，对于PCB漏电，可在信号输入引线与电源走线间加地线防护。
& && & 噪声可能通过PCB走线之间的分布电容直接耦合到放大器输入端，造成干扰。在PCB布线时，要注意电源线与弱信号线不要贴近平行走线，线净距大于线宽的3倍（3W原则），并在电源线或数字信号线与模拟小信号线之间加地线隔离。
& && & 接地处理不当，噪声通过公共阻抗影响敏感电路部分。为了防止公共阻抗将电源噪声引入信号回路，要注意如下几点：接地上避免带噪声的大电流流过前级小信号地；单点接地，电源、模拟、数字电路分开接地；布板使用地平面层，最小化地线阻抗；开关电源输出从最后一个滤波电容的地端引出电源地，避免从滤波电感前的电容的地端引出。
图5：共模阻抗噪声耦合示意图
& && &开关管漏极开关电压驱动的位移电流，通过初次级分布电容，次级电路，次级对大地与杂散电容，大地与初级地之间的杂散电容形成环路，次级模拟电路中流过的共模电流流过不平衡的阻抗转换成差模，对放大电路造成干扰（如图6）。共模方式引入的干扰一般为开关噪声中的高频分量（数MHz以上）。措施主要有如下三点：提供一条从开关电源次级地返回初级地的低阻抗噪声旁路通道，通常使用p的安规电容；使用共模扼流圈加强开关电源的输出的共模滤波；使用隔离技术，最小化回路中的共模电流。
& & &通过空间磁场耦合到具有一定环路面积的信号回路或地线环中，造成对信号的影响。另外来自开关电源或市电网络的高频干扰可能通过空间杂散电容直接耦合到信号回路。设计中的考虑包括：合理的布局、调整电感线圈或变压器放置方向、优化布线，减小关键信号的回路面积，避免形成地环路可以减小干扰；双面或单面板布线，注意信号线和地线，电源线与地线一定要贴近平行走线；使用1000p电容射频多点接地，可以兼顾EMC和低频信噪比的需求；对敏感电路加屏蔽，注意屏蔽层连接到被保护信号的参考地；走线设计上注意电源线不要和信号线捆扎在一起。
在运放电路设计中降低电源噪声的主要措施包括：
通过去耦、滤波等措施降低电源输出的纹波和噪声成分。
改善设计，提高电源电压调整率。
合理电路结构、考究的PCB布线、合理的走线工艺。
选择在敏感噪声频段的PSRR或CMRR较高的器件。小结在运放电路设计中降低电源噪声的主要措施包括：通过去耦、滤波等措施降低电源输出的纹波和噪声成分。改善设计，提高电源电压调整率。合理电路结构、考究的PCB布线、合理的走线工艺。选择在敏感噪声频段的PSRR或CMRR较高的器件。
TA的最新馆藏[转]&[转]&[转]&[转]&[转]&
喜欢该文的人也喜欢降低电源纹波噪声的一些常用方法-模拟/电源-与非网
4、设计上PCB布局的影响
好与坏的PCB布局，是设计上影响纹波噪声的关键因素。差的PCB布局如图6所示，变压器输出的地，直接通过过孔连到背部的地平面，地平面连接电源的输出引脚。此布局在输出5V/2A的负载下，实测电源尖峰达1.5V VP-P。
图6 差的PCB布局
如图7 所示是比较好的PCB布局，调整了变压器的位置，将变压器输出地通过两个电容后，再回到地平面和输出引脚相连。实测在相同5V/2A输出的负载下，噪声已降到60mV VP-P，差别显著。
图7 好的PCB布局
5、输出滤波电容的影响
输出滤波电容的容值、ESR对模块输出的纹波噪声也有直接影响。按图8所示的 产品测试纹波噪声。
外部不加外接电容，测试输出的纹波噪声，如图图9所示，约为100mV。同样的输入、负载条件下，电源的输出端加226的MLCC，实测电源输出的纹波噪声降到不到40mV。
图8 测试用图
图9 无外接电容
图10 外加226电容
关注与非网微信 ( ee-focus )
限量版产业观察、行业动态、技术大餐每日推荐
享受快时代的精品慢阅读
日本丰田公司日前在东京展示了日本首款获得车型认证的氢燃料电池大巴车，并透露了未来销售计划。
发表于： 13:44:29
在产品设计时，倘若没有考虑应用环境对电源隔离的要求。产品到了应用时就会出现因设计方案的不当导致的系统不稳定，甚至出现高压损坏后级负载的情况，以及出现危害人身财产安全的情况。因此产品设计是否需要隔离至关重要。
发表于： 16:52:43
一阵电话铃声响起，快来办公室开会，硬件工程师，软件工程师，销售被老板叫到办公室开会。销售人员激动大喊：老板，发出去的产品出现很多不稳定，客户要求马上到现场解决，否则后果严重！
发表于： 16:52:30
稳压器在想要从不稳定或可变的电源中获得稳定电源电压的应用至关重要。这类电源包括逐渐放电式的电池或整流后的交流电压等。
发表于： 17:42:25
据国外媒体报道，目前科学家正在研究通过压电效应、热能转换、静电效应以及化学反应等多种方法将人体内的机械能、热能、化学能转换成电能，从而为可穿戴或可植入设备进行供电。
发表于： 10:48:08
聚合物锂电池一般指聚合物锂离子电池，根据锂离子电池所用电解质材料的不同，锂离子电池分为液态锂离子电池和聚合物锂离子电池或塑料锂离子电池。随着二十世纪微电子技术的发展，小型化的设备日益增多，对电源提出了很高的要求。
发表于： 19:04:40
据报道称，尽管美国政府机构“拉黑”了华为手机，但美国官兵仍能从许多美军基地供应商处买到。报道援引美国情报机构消息称，华为手机正通过美国陆军和空军交易服务公司（AAFES）特许公司TKS销售。
发表于： 18:18:38
4月23日，真锂研究公布的数据显示，动力电池行业集中度越来越高，部分厂商掉出前20排名，市场洗牌加剧。
发表于： 18:16:51
不出意外，中资收购海外最优的半导体资产——恩智浦标准产品业务，又叫Nexperia（中文为“安世半导体”）的独立公司将落户手机ODM龙头闻泰科技。
发表于： 15:23:35
USPTO 的记录表明，总部位于台湾新竹市的友达光电(AUO) 最近首次向一家竞争对手转让了专利。在该公司与华星光电 (CSOT) 就一项专利诉讼达成和解（华星光电为原告）之后，双方就立即达成专利转让协议。
发表于： 14:37:19
与非门科技(北京)有限公司 All Rights Reserved.
京ICP证:070212号
北京市公安局备案编号： 京ICP备：号