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放大器电源抑制比的特点及提升抑制性能的方法

2021-01-11 14:06 次阅读

相比线性电源而言,开关电源具有高效率、小体积等优势,已经广发应用在各类电子产品。但是在精密测量电路中,开关电源对模拟信号的处理电路有很大挑战,不可忽视的原因是放大器的交流电源抑制能力有限。本篇讨论放大器电源抑制比的交流性能评估方法,以及提升抑制性能的方法。

放大器电源抑制比的具有两个特点:

(1)电源抑制比随频率的上升而明显下降。

(2)放大器正、负电源的共模抑制比,随频率的上升抑制能力存在差异。

如图2.61为ADA4077电源抑制比与频率的关系,可以观察到正电源抑制比和负电源抑制比的曲线不重合。在±15V电源供电时,在100Hz处的负电源电源抑制比约为100dB,正电源电源抑制比约为90dB时。当频率超过100KHz时,正、负电源抑制比大幅下降40~60dB。

放大器电源抑制比的特点及提升抑制性能的方法

图2.61ADA4077电源抑制比与频率的关系

如图2.62,使用频率为400KHz的开关电源,产生具有20mV纹波的+5V电压为ADA4077供电。参阅图2.61,ADA4077在400KHz处的共模抑制比约为20dB。所以在ADA4077输入端产生幅值为2mV,频率为400KHz的噪声,折算到输出端是幅值为4mV频率为400KHz噪声。

图2.62ADA4077电源抑制比评估电路

所以在开关电源供电精密电路中,依靠放大器自身提高电源抑制比的方式十分有限。提升电路电源抑制能力的方法有两种:

1.电源路径增加滤波;

如图2.67。通常为电解电容、陶瓷电容的组合,部分情况可能增加铁氧体磁珠。其中,C1用作瞬态电流的电荷库抑制低频噪声,通常为10~100μF的电解电容。C2用作抑制高频电源噪声,通常为0.01~0.1μF低电感表面贴装陶瓷电容,并且PCB布局位置紧邻IC电源引脚摆放,然后通过最短线路连接到大面积、低阻抗的地平面才能有效。

图2.67电源去耦电路

2.放大器优先使用线性电源进行供电。

在选择线性电源时需要,重点关注开关电源的频率以及待选线性电源在该频率附近的电源抑制比性能。

如图4.2(a)是广大工程师所熟知的LDO1117电源抑制比与频率关系,可见1117在1KHz处电源抑制比最强,达到84dB,频率为100KHz的电源抑制比仅为40dB,高于100KHz的电源抑制比性能没有提供。

而图4.2(b)是笔者在精密测量领域成功推广的线性电源LT3045的电源抑制比与频率关系,在1KHz处电源抑制比超过110dB,在1MHz处电源抑制比至少为76dB。

图4.21117与LT3045电源抑制比

如图4.3(a)为LT3045的电源抑制比仿真电路,结果如图4.3(b),频率低于1KHz时,电源抑制比普遍高于100dB,频率为10~400KHz时,电源抑制比在77dB左右,并且目前小体积DCDC开关频率可以达到1~2MHz,在该范围内,电源抑制比明显增强。

图4.3LT3045PSRR仿真

因此,如果将LT3045添加到图2.62的供电电路中,开关电源中20mV400KHz的纹波信号将被抑制在2μV左右,大大降低开关电源纹波对放大器电路的影响。

如下,聊一个LDO电源抑制比改善的实例,2018年1月12日,笔者拜访某创业孵化基地的团队,了解到他们正在研发一款控制手抖动范围的设备。项目是2016年底启动,由海外专家团队负责软件与算法,孵化基地的团队负责硬件研发。样机中使用ADI极低噪声、高性能的MEMS传感器,研发1年的测试情况远远达不到预期,所能控制的手抖动范围在500μm。

笔者与工程师沟通硬件情况,发现传感器板卡与电机控制板卡使用同一开关电源,然后通过1117降压到3.3V供给传感器板卡。笔者建议工程师整改样机电源系统的架构,独立处理控制部分与传感部分的电源。并推荐传感器板增设低噪声,电源抑制能力超强的LT3045/3042。

工程师当场决定先申请LT3042样品整改传感器板卡电源,3月初工程师反馈改版后的效果显著,样机测试抖动范围小于100μm,已经开始整改控制部分电源,并且工程师有信心将抖动范围控制在小于50μm的水平。同年5月中旬,项目在海外临床试验取得良好反馈,同年8月项目完成孵化成立公司,后期由专门负责医疗领域的同事继续支持。

本篇文章铺垫到这里,如果再不直说可能还有读者看不出,这就是一个LT3042/3045的广告。就问大家加的硬不硬,硬不硬?关于LT304x系列LDO应用还有很多实例,这里就不赘述。关于LT3045更全面的实测数据,请参考电源网资深版主黄亭先生的《探索微弱信号的先行者——ADI超低噪声稳压器LT3045实测》。

最后,关于放大器电源抑制比与频率再次提醒一下工程师,在DCDC电源供电的信号处理电路中,不能仅靠放大器自身电源抑制能力,简单有效的方式是增加高电源抑制比的线性电源LDO。但是,需要重点核实该LDO,在所使用的DCDC对应的开关频率处的抑制能力,不能仅仅查看LDO数据手册首页中给出典型参数,首页的篇幅有限通常仅仅提供在1KHz,10KHz处的电源抑制比参数,这个频率远低于目前DCDC的开关频率,不能有效评估LDO效用。

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LDO40LPU50RY STMicroelectronics LDO40L 低压差稳压器

oelectronics LDO40L低压差稳压器是一款400mA、38V LDO,非常适合用于严苛的汽车环境。LDO40L稳压器的静态电流低至45uA,因此适合用于永久连接电池电源的应用。当点火开关关闭时且电子模块保持活动模式时,此特性尤其重要。 LDO40L具有各种嵌入式保护功能,包括电流限制和热关断。另外,LDO40L还具有-0.3V至40V输入电压范围、低压差以及低静态电流等特性,因此适合用于低功耗工业和消费类应用。 LDO40L低压差稳压器符合汽车应用类AEC-Q100标准,采用带可湿性侧翼的紧凑型DFN-6 (3x3) 封装。 特性 符合AEC-Q100标准(1级) 低静态电流:45µA(无负载时的典型值) 高达38V的宽输入工作电压范围 低启动电压:3.5V 输出电流:高达400mA 输出电压选项: 可调电压:最低2.5V 固定电压:3.0V、3.3V、5.0V、8.5V 输出电压精度: ±1%(25°C时的典型值) ±3%(包括线路...
发表于 10-28 09:50 43次 阅读
LDO40LPU50RY STMicroelectronics LDO40L 低压差稳压器

M95M04-DRMN6TP STMicroelectronics M95M04 4MB 串行EEPROM

oelectronics M95M04 4MB串行EEPROM组织为524288 x8位,通过SPI总线访问。这些EEPROM的电源电压范围为1.8V至5.5V,保证工作温度范围为-40°C至85°C。这些串行EEPROM具有512字节识别页面,用于存储敏感的应用参数,这些参数可永久锁定在只读模式下。 特性 兼容SPI总线 存储器阵列: 4mbeeprom 512字节页面大小 额外识别页面 增强ESD保护 封装: SO8n(m95m04-drmn6tp) tssop8(m95m04-drdw6tp) 规范 写入时间: 5ms内字节写入 5ms内页面写入 最高时钟频率:10MHz 单电源电压:1.8V至5.5V 工作温度范围:-40°C至85°C 超过4百万次写入循环 数据保留超过40年 功...
发表于 10-28 09:37 36次 阅读
M95M04-DRMN6TP STMicroelectronics M95M04 4MB 串行EEPROM

MAX20087ATPA/VY+ Maxim Integrated MAX2008x相机电源保护IC

Integrated MAX2008x相机电源保护IC是双路/四路相机保护器IC,可为四个输出通道中的每一个提供高达600mA负载电流。这些IC采用3V至5.5V电源供电,相机电源电压范围为3V至15V,在300mA时输入至输出电压降为110mA(典型值)。MAX2008x IC具有使能输入和IC接口,用于读取器件的诊断状态。该IC设有板载ADC,可通过每个开关读取电流。MAX2008x相机电源IC包括分别在每个输出通道上的过热关断和过流限制。该电源保护IC的理想应用是雷达和相机模块同轴电缆供电。 特性 小尺寸解决方案: 多达四个600mA保护开关 输入电源:3V至15V 3V至5.5V服务电源 26V电池短路隔离 可调电流限制:100mA至600mA 可选I2C地址 小型 (4mm x 4mm) 20引脚SWTQFN封装 精度: 电流限制精度:±8% 0.5ms软启动 0.25ms软关断 关断电流:0.3μA 压降:110m...
发表于 10-21 10:50 51次 阅读
MAX20087ATPA/VY+ Maxim Integrated MAX2008x相机电源保护IC

MAXM17635AMG+ Maxim Integrated MAXM17633、MAXM17634、MAXM17635电源模块

Integrated MAXM17633、MAXM17634和MAXM17635电源模块是一系列稳压器IC和电源模块。这些器件实现散热更好、尺寸更小且更加简单的电源解决方案。MAXM17633、MAXM17634和MAXM17635具有集成控制器、MOSFET、补偿元件和电感器,可在宽输入电压范围内工作。该模块在4.5V至36V输入范围内工作,可提供高达2A输出电流。 特性 简单易用 宽输入范围:4.5V至36V 0.9V至12V可调输出 (MAXM17635) 3.3V和5V固定输出电压版本 (MAXM17633和MAXM17634) 400kHz至2.2MHz可调频率,可实现与外部时钟同步 反馈精度:±1.2% 输出电流:高达2A 内部补偿 陶瓷电容器 高效率 可选的PWM、PFM或DCM工作模式 关断电流:低至2.8μA(典型值) 灵活的设计 可编程软启动和预偏置启动 ...
发表于 10-21 10:20 103次 阅读
MAXM17635AMG+ Maxim Integrated MAXM17633、MAXM17634、MAXM17635电源模块

MAXM17630AME+ Maxim Integrated MAXM17630 MAXM17631和MAXM17632电源模块

Integrated MAXM17630、MAXM17631和MAXM17632喜马拉雅uSLIC™降压电源模块可用来设计散热更好、尺寸更小、更加简单的电源解决方案。MAXM17630和MAXM17631是高效同步降压型DC-DC模块,具有集成控制器、MOSFET、补偿元件和电感器,可在宽输入电压范围内运行。 该电源模块的工作电压范围为4.5V至36V,可提供高达1A的输出电流。MAXM17630和MAXM17631模块分别具有3.3V和5V固定输出电压。MAXM17632模块具有可调输出电压(0.9V至12V)。该器件提供真正的即插即用电源解决方案,大大降低了设计复杂性和制造风险,缩短了上市时间。内部补偿覆盖整个输出电压范围,因此无需外部补偿元件。 MAXM17630/MAXM17631/MAXM17632电源模块采用峰值电流模式控制架构,可在脉宽调制 (PWM) 、脉频调制 (PFM) 或断续导通模式 (DCM) 下工作,从而在轻负载条件下实现高效率。该模块系列在-40°C至+125°C范围内的反馈电压调节精度为±1.2%。 MAXM17630/MAXM17631/MAXM17632电源模块采用紧凑的薄型16引脚3mmx3mmx1.75mm uSLIC封装,且可提供仿真模...
发表于 10-21 09:59 56次 阅读
MAXM17630AME+ Maxim Integrated MAXM17630 MAXM17631和MAXM17632电源模块

NCV8165 LDO稳压器 500 mA 低压差 超低Iq 超高PSRR 超低噪声

5是一款LDO(低压降稳压器),能够提供500 mA输出电流。 NCV8165器件旨在满足RF和模拟电路的要求,具有低噪声,高PSRR,低静态电流和非常好的负载/线路瞬态。该器件设计用于1μF输入和1μF输出陶瓷电容。提供DFNW8 0.65P,3 mm x 3 mm x 0.9 mm封装。 类似产品: NCV8160 NCV8161 NCV8163 NCV8165 输出电流(A) 0.25 0.45 0.25 0.50 PSRR f = 1 kHz(dB) 98 98 92 85 噪音(μV RMS ) 10 10 6.5 8.5 特性 优势 超高PSRR在1 kHz时为85dB,在100 kHz时为63dB 非常适用于Wi-Fi模块等功耗敏感设备 超低输出噪声8.5μV RMS 非常好适用于噪声敏感应用 超低静态电流12μA 在轻载条件下提高效率 工作输入电压范围1.9V至5.5V 适用于电池供电设备 极低压差200mV,500mA 满载时的低功耗 应用 终端产品 A / D和D / A转换器电源 音频编解码器 电池供电设备 相机模块 RF模块 WiGig电源 LP5907或LP5912升级 汽车设备点负载调节 信息娱乐,车身控制和导航 远...
发表于 07-29 22:02 263次 阅读
NCV8165 LDO稳压器 500 mA 低压差 超低Iq 超高PSRR 超低噪声

NCP139 LDO稳压器 1 A 超低压降 带偏置轨

是1 A LDO,配有NMOS passtransistor和独立的偏置电源电压(VBIAS)。该器件提供非常稳定,精确的输出电压和低噪声,适用于空间受限,噪声敏感的应用。为了优化电池供电的便携式应用的性能,NCP139具有低IQ消耗。 WLCSP6 1.2 mm x 0.8 mmpackage经过优化,适用于空间受限的应用。 类似产品: NCP13x系列 NCP130 NCP133 NCP134 NCP135 NCP137 NCP139 输出电流(A) 0.3 0.5 0.5 0.5 0.7 PSRR f = 1kHz(dB) 70 70 td> 60 压差电压(V) 0.060 0.090 0.090 0.053 0.060 0.060 特性 优势 超低压降典型的。 40mV 允许节省功率并以非常低的Vin-Vout电压工作。 可调电压版本 低压Vcore应用的最佳选择 在1 A负载下典型的50 mV压降。 最大限度地减少调节器的功率损失 保证输出电流从0到1 非常好的选择用于高电流应用 0.5%典型输出电压精度 非常适合POL应用 输出超过1 A的电流 输出有效可用的放电选项 应用 终端产品 电池供电和便携式设备 智能手机,...
发表于 07-29 22:02 327次 阅读
NCP139 LDO稳压器 1 A 超低压降 带偏置轨

NCP161 LDO稳压器 450 mA 超高PSRR 超低噪声

是一款线性稳压器,能够提供450 mA输出电流。 NCP161器件旨在满足RF和模拟电路的要求,可提供低噪声,高PSRR,低静态电流和非常好的负载/线路瞬态。该器件设计用于1μF输入和1μF输出陶瓷电容。它有两种厚度的超小0.35P,0.65 mm x 0.65 mm芯片级封装(CSP),XDFN-4 0.65P,1 mm x 1 mm和TSOP5封装。 类似产品:
发表于 07-29 21:02 253次 阅读
NCP161 LDO稳压器 450 mA 超高PSRR 超低噪声

LV5768V-A 降压稳压器 开关 1通道

V-A是一个1通道降压型开关稳压器。 特性 优势 不受负载影响的软启动电路。 电源电路稳定运行。 频率FOLD BACK为负时下垂。 过流保护 内置逐脉冲OCP电路。通过使用外部MOS的导通电阻来检测。 过流保护 开启/关闭功能(启用控制) 可在外部启用控制 同步整流的1通道降压型开关稳压控制器方法 电路图、引脚图和封装图
发表于 07-29 21:02 354次 阅读
LV5768V-A 降压稳压器 开关 1通道

SG3525A PWM控制器

A PWM控制器用于控制所有类型的开关电源,可提供更高的性能和更少的外部元件数量。片内+5.1 V基准电压调整为+/- 1%,误差放大器的输入共模电压范围包括参考电压,因此无需外部分压电阻。振荡器的同步输入使多个单元可以从属,或者单个单元与外部系统时钟同步。通过连接在CT和放电引脚之间的单个电阻可以编程大范围的死区时间。该器件还具有内置软启动电路,仅需外接定时电容。关断引脚控制软启动电路和输出级,通过脉冲关断的PWM锁存器提供瞬时关断,以及具有更长关断命令的软启动循环。当VCC低于标称值时,欠压锁定会禁止输出和软启动电容的变化。输出级采用图腾柱设计,能够吸收和输出超过200 mA的电流。 SG3525A的输出级具有NOR逻辑,导致关闭状态的低输出。 特性 8.0 V至35 V操作 5.1 V +/- 1.0%修剪参考 100 Hz至400 kHz振荡器范围 单独的振荡器同步引脚 可调节死区时间控制 输入欠压锁定 锁存PWM以防止多个脉冲 逐脉冲关机 双源/灌电流输出:+/- 400 mA峰值 无铅封装可用* 应用 半桥 推拉式 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 21:02 718次 阅读
SG3525A PWM控制器

NCP81274 具有省电模式和PWM VID接口的多相同步降压控制器

74是一款多相同步控制器,针对新一代计算和图形处理器进行了优化。该器件能够驱动多达8个相位,并集成差分电压和相电流检测,自适应电压定位和PWM_VID接口,为计算机或图形控制器提供精确调节的电源。集成的省电接口(PSI)允许处理器将控制器设置为三种模式之一,即所有相位接通,动态相位脱落或固定低相位计数模式,以在轻载条件下获得高效率。双边沿PWM多相架构可确保快速瞬态响应和良好的动态电流平衡。 应用 终端产品 GPU和CPU电源 图形卡的电源管理 台式电脑 笔记本电脑 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 20:02 191次 阅读
NCP81274 具有省电模式和PWM VID接口的多相同步降压控制器

NCP81276 具有省电模式和PWM VID接口的多相同步降压控制器

76是一款多相同步控制器,针对新一代计算和图形处理器进行了优化。该器件能够驱动多达4个相位,并集成差分电压和相电流检测,自适应电压定位和PWM_VID接口,为计算机或图形控制器提供精确调节的电源。集成的省电接口(PSI)允许处理器将控制器设置为三种模式之一,即所有相位开启,动态相位脱落或固定低相位计数模式,以在轻载条件下获得高效率。双边沿PWM多相架构可确保快速瞬态响应和良好的动态电流平衡。 应用 终端产品 GPU和CPU电源 图形卡电源管理 台式电脑 笔记本电脑 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 20:02 212次 阅读
NCP81276 具有省电模式和PWM VID接口的多相同步降压控制器

LV5725JA 降压转换器 DC-DC 1通道

JA是一个降压电压开关稳压器。 特性 优势 宽输入动态范围:4.5V至50V 可在任何地方使用 内置过流逐脉冲保护电路,通过外部MOSFET的导通电阻检测,以及HICCUP方法的过流保护 烧伤保护 热关闭 热保护 负载独立软启动电路 控制冲击电流 外部信号的同步操作 它可以改善发生两个稳压器IC之间的振荡器时钟节拍 电源正常功能 稳定性操作 外部电压为输出电压高时可用 应用 降压方式开关稳压器 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 19:02 258次 阅读
LV5725JA 降压转换器 DC-DC 1通道

NCP81038 具有自动省电模式和内置LDO的同步降压控制器

38是一款双同步降压控制器,经过优化,可将电池电压或适配器电压转换为台式机和笔记本电脑系统所需的多个电源轨。 NCP81038包括两个降压开关控制器,通道2上固定5.0 V输出,通道1上3.3 V,两个板载LDO,三个输出:5 V / 60 mA和3.3 V或12 V / 10 mA。 NCP81038支持高效率,快速瞬态响应并提供电力信号。安森美半导体专有的自适应纹波可控制器从CCM到DCM的无缝过渡,其中转换器运行时降低了开关频率,在轻载时具有更高的效率。该器件的工作电源电压范围为5.5 V至28 V 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 18:02 325次 阅读
NCP81038 具有自动省电模式和内置LDO的同步降压控制器

NCP81148 具有自动省电模式和内置LDO的同步降压控制器

48是一款双同步降压控制器,经过优化,可将电池电压或适配器电压转换为台式机和笔记本电脑系统所需的多个电源轨。 NCP81148由两个降压开关控制器组成,通道2上固定5.0 V输出,通道1上为3.3 V,两个板载LDO具有三个输出:5 V / 60 mA和3.3 V或12 V / 10 mA。 NCP81148支持高效率,快速瞬态响应并提供电力商品信号。安森美半导体专有的自适应纹波可控制器从CCM到DCM的无缝过渡,其中转换器运行时降低了开关频率,在轻载时具有更高的效率。该器件的工作电源电压范围为5.5 V至28 V. 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 18:02 98次 阅读
NCP81148 具有自动省电模式和内置LDO的同步降压控制器

NCP4200 具有I2C接口的多相同步降压转换器

0是一款集成电源控制IC,具有I 2 C接口。它结合了高效,多相,同步降压开关稳压控制器和I 2 C接口,可实现关键系统参数的数字编程。 特性 优势 I 2 C 启用关键系统参数的数字化编程 快速增强型PWM弹性模式架构 出色的负载瞬态性能 应用 终端产品 CPU Vcor​​e 游戏,桌面,服务器 电路图、引脚图和封装图
发表于 07-29 18:02 191次 阅读
NCP4200 具有I2C接口的多相同步降压转换器

NCP4208 同步降压转换器 8相 VR11.1可编程 带I2C接口

8是一款集成电源控制IC,具有I 2 C接口。 NCP4208是一款高效,多相,同步降压开关稳压控制器,可帮助设计高效率和高密度解决方案。 NCP4208可编程为1,2,3,4,5,6,7或8相操作,允许构建多达8个互补降压开关级。 特性 优势 快速增强PWM 出色的负载转换性能 应用 终端产品 CPU Vcor​​e 台式电脑,服务器 电路图、引脚图和封装图
发表于 07-29 17:02 149次 阅读
NCP4208 同步降压转换器 8相 VR11.1可编程 带I2C接口