电源提示：使用频率分析仪进行简单的 PSRR 测量

电源抑制比 (PSRR) 是电源抑制输入端纹波电压的能力。

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(Power Supply Rejection Ratio):把电源的输入与输出看作独立的信号源，输入与输出的纹波比值即是PSRR，通常用对数形式表示，单位是dB。

PSRR=20log{[ripple(in)/ripple(out)]}

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)

先在供电电源端(比如标称电压为5V),在读取一个测量值Vi1，与之对应，在输出端测得电压值为Vo1;然后在电源电压上叠加一个频率为100HZ,有效值为200mV的信号,并读取第二个测量值Vi1,与之对应在输出端测得电压值Vo2, 按测量误差公式

输出端百分误差=(Vo2 -Vo1) /Vo1

电源端百分误差=(Vo2 -Vo1) /Vo1

电源抑制比=输出端电压变化的百分数 / 电源电压变化的百分数

注意:电源电压变化不是输入信号电压变化，PSRR表征的是电源电压不稳定对输出的影响。

直流电源抑制比(DCPSR)先在标称电源电压(5V)的情况下,读一个输出测量值,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输出测量值,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.

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.

这通常通过添加一个与输入源串联的大电流功率放大器来完成，用来自信号分析仪的扫频信号驱动它，并在每个测量频率测量V IN与 V OUT的比率。然而，这些功率放大器价格昂贵，并且在测试过程中容易损坏。在这篇文章中，我将解释如何通过重新利用电压环路分析仪并进行一些低成本修改来省去功率放大器。

测试设置

请参见下面的图 1：我在输入端串联了一个小电阻，以在 V IN处应用由信号变压器注入的扫频 AC（交流电）信号。信号实际上施加在小电阻上。我串联了三个 0.15Ω 电阻，每个额定功率为 3W，得到 0.45Ω。我调整了输入以在 DC/DC（直流到直流）转换器输入处实现目标 3.3V。

图 1：测试设置

我使用了带有“Bode 盒”的 Venable 3120 频率分析仪并进行了一些修改。

通常，Bode 盒设置为在 V1 和 V2 之间注入隔离信号，并将 V1 和 V2 信号和来自被测转换器的接地连接到频率分析仪的 V1 和 V2 以及接地输入。这样一来，只需三个连接到被测转换器即可测量环路增益。

但是，将这些相同的连接用于信号注入和测量可能会引入错误，如文章“电源提示：连接线如何影响波特图测量”中所述。作者 Manjing Xie 建议仅将变压器连接用于注入信号，并使用单独的连接来测量 V1 和 V2。

对于 V OUT未连接到注入变压器点的 PSRR 测量，V2 测量在任何情况下都需要与变压器连接分开。在我的测试中，我通过 Bode 盒注入信号，并使用单独的连接来测量 V1 (V IN ) 和 V2 (V OUT )。

我使用TPS40041 EVM – 001评估模块，将 R5 从 10k 修改为 30.1k，将 V OUT从 1.8V 更改为 1.0V。开关频率为 565-567kHz。

我在 1.0V 输出的空载和 2.6A 负载下进行了测试。

我在 Venable 3120 上针对不同的频率范围使用了以下发生器设置和波德框，并在每个频率十倍频上采集了 20 个数据点：

· 对于 100Hz 到 1kHz 范围，我使用了 100Hz 到 10kHz 波德箱（型号 200-002）和 1V RMS（均方根）。

· 对于 1kHz 至 100kHz 范围，我使用了 1kHz 至 100kHz 波德箱（型号 200-003）和 1V RMS 的发生器。

· 对于 100kHz 至 1MHz 范围，我使用了 1kHz 至 100kHz 波德箱（型号 200-003）和 10V RMS 的发生器。

PSRR 结果如下图 2 所示，1.0 V OUT下 2.6A 负载，图 3 空载。V OUT /V IN in的比率以 dB（分贝）为单位以红色显示。相位关系以度数显示为蓝色。

图 2：修改后的 TPS40041 EVM 在 2.6A 负载下的 PSRR

图 3：修改后的 TPS40041 EVM 在空载时的 PSRR

空载和 2.6A 负载的增益和相位模式非常相似，空载时衰减稍好，最多约 3 dB。

TPS40041降压 DC/DC 控制器没有前馈输入电压补偿，其中脉宽调制器斜坡与 V IN 成比例，以改善输入电压抑制。对于具有前馈补偿的控制器（例如TPS40170 PWM 降压控制器），我们应该期望得到更大改进的 PSRR。

现在，我们应该能够通过重新使用电压环路分析仪并进行一些低成本修改来消除功率放大器。