TA的每日心情 | 开心 2019-11-19 15:19 |
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LDO的PSRR测量 $ V8 B) L9 O9 b% [+ M" ~
1 Y* p L% U6 d. n$ G% L作者:Hao Wang 深圳模拟工程师 PSRR是什么PSRR(Power supply rejection ratio)又称电源抑制比,是衡量电路对于输入电源中纹波抑制大小的重要参数,表示为输出纹波和输入纹波的对数比,单位为分贝(dB)[1],其计算公式为:7 U$ }" i8 k% _
式中:4 l& H l" |. D( A* a
:输入电压中纹波峰峰值- I8 J6 p) E8 o8 I
:输出电压中纹波峰峰值
, a2 _6 H% T* L' D: }) z- j从公式中可以看出PSRR越大,相同输入纹波在输出端的纹波越小,对于纹波有较高要求的射频和无线应用中,需要选用高PSRR的LDO。那么LDO的PSRR该如何测量呢?本文总结了各种测量方法。
, |; P- {; Y$ S, Z4 wPSRR测量原理在LDO输入的直流电压Vin_DC中叠加一定频率且峰峰值为Rippleinput的交流电压Vin_AC(交流电压峰峰值一般为数百毫伏),然后测量LDO输出电压中Vout_DC的交流电压Vout_AC峰峰值Rippleoutput,最后利用公式1计算出在该频率下的PSRR。, E* N2 H+ N5 H3 ~$ N. z- J# \: e
LDO的输入电压在测试中需要满足以下条件:9 p+ L' o9 v: r+ M0 h! E- d
- 输入电压最大值不能超过LDO的最大工作电压。
- 输入电压最小值大于LDO输出电压与压降之和。' n% l/ \' h- w, ?1 b% B
PSRR测量原理十分简单,但是在实际测量的过程中却发现并不容易,主要体现为:) b8 b, q y& f( @' x1 l7 ~
- 如何在直流电压中叠加交流电压呢?具有偏置电压功能的信号发生器好像可以满足要求,但是信号发生器最大输出电流一般为数十毫安,如果要测量输出为150mA的LP5907便无法满足要求。
- 如何测量LDO输出电压中交流电压峰峰值呢?一般的示波器只能测量到毫伏级电压,当LDO的PSRR为60dB时,输出纹波通常小于1mV,示波器就无法准确测量了。% a+ Y& ^% o5 f
针对以上两个问题,本文将介绍相应的解决方法。! h0 I. A# }3 u0 j" q7 r
输入直流电压叠加交流电压1. 输入注入器使用专业的输入注入器,比如J2120A,带宽10Hz-10MHz,直流电压最大值为50V,输出电流可达5A,配合网络分析仪分别测量LDO输入和输出的交流电压,利用软件绘制出LDO在设定频率范围内的PSRR。
6 i6 g& y! w E- D5 o; @% i0 B9 P! J图1 输入注入器和网络分析仪测试PSRR 2. 加法运放电路 使用运算放大器设计加法电路,将直流电压和交流电压叠加在输出端。运放的选择需要满足以下几个基本条件:: `7 V- ^" ~# U, w8 H) Z
1) 运放的带宽满足LDO测试范围。
G- T7 D, |) Z2) 运放的最大输出电流不小于LDO最大输出电流。# D u: P! p7 }! U5 V, }2 ^/ y7 `. o0 }
3) 运放的输出电压范围覆盖LDO的输入电压范围。
7 K/ |1 `+ a sTI满足以上要求的运算放大器有许多,比如OPA552、OPA564、THS3120等,加法电路图如图2所示(R1=R2),该电路的最低截止频率由C1和R1所决定[2],最高截止频率由运放的带宽所决定。6 ?2 u; F5 U, G/ h1 c! d
图2 加法运放电路 如果信号发生器直流偏置电压最大值满足测量需求,也可以将运算放大器设计为电压跟随器。用该方法在测量PSRR时要去掉LDO的输入电容,避免运算放大器不稳定。! e& ~& Y/ e' `0 r% Y5 i6 g7 D
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3. LC节点法& Z$ C, g# ]$ d) ]
利用电感和电容实现直流电压和交流电压叠加的方法如图3所示,该电路的最高频率由L1和C1所决定,最低频率由C1所决定。5 p8 c( M6 ^# D2 ?# W
图3 LC节点法 LDO输出交流电压测量1. 示波器测量对于一般的示波器可以测量到毫伏级电压,当LDO的PSRR不高于40dB~50dB时,如果输入交流电压峰峰值为1V,那么LDO输出中的同频率交流电压峰峰值为3mV~10mV,可以用示波器直接测量。0 S! `8 h; p8 l X
2. 放大器和示波器测量$ a& k# c% @: k/ v
当LDO的PSRR大于50dB时,由于输出纹波幅值通常小于1mV,无法利用示波器直接测量。这时可以考虑使用运算放大器将LDO输出交流电压放大100倍甚至更高,在设计运放时需要考虑:
, r8 t1 h# o: \5 U1) LDO输出有直流电压,电路需要将直流电压去掉。 Q6 _/ Z; x% |# p" s$ j! K3 R4 F4 R' J
2) 放大电路自身产生的噪声要远远小于放大后交流电压。
& [) g/ E9 ?3 h1 S: \5 b( Z* j3) 运放输入失调电压不能太大,否则经放大电路放大后会输出很大的直流电压。7 o* y" _) p6 T, e
4) 放大电路的带宽满足LDO的PSRR测量频率范围。. u- ?9 l9 j* H9 i1 v
因此在设计时可以选择低噪声、低输入失调电压和高带宽的运算放大器,比如OPA211、OPA228、OPA189等。放大电路如图4所示,该电路的最低截止频率由C1和R1所决定,最高截止频率由运放的带宽所决定。
8 O8 N; h2 i* N: [图4 放大电路 3. 频谱分析仪测量 频谱分析仪可以测量微伏级电压信号,可以配合使用高阻抗输入探头来测量LDO输出交流电压。但是频谱分析仪高阻抗输入探头通常比较昂贵,一般实验室并没有配备,这时可以考虑用运算放大器搭建一个高输入阻抗探头,可参考Steve Hageman在扩展射频频谱分析仪可用范围的高阻抗FET探头[3]中提到的电路,如图5所示,运算放大器可以选用OPA656。8 S/ ] o* ?2 m
图5 高阻探头电路
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