在模擬電路設計的精密領域中,運算放大器(Op-Amp)的電源電壓抑制比(PSRR)堪稱“沉默的守護者”。它雖不顯山露水,卻在抵御電源噪聲對信號精度的侵蝕中扮演著不可或缺的角色,直接關系到電路的穩定運行與信號處理的準確性。
一、PSRR的本質解析
定義與量化表達
PSRR是衡量運放對電源電壓波動抗干擾能力的核心指標,以分貝(dB)為單位量化。其數學本質可表述為:當電源電壓發生ΔV變化時,輸出信號的波動量ΔV_out與ΔV的比值經對數轉換后即為PSRR值。

例如,PSRR=60dB意味著電源每變化1V,輸出信號僅產生1mV的波動,這一特性在精密測量電路中尤為關鍵。
例如,PSRR=60dB意味著電源每變化1V,輸出信號僅產生1mV的波動,這一特性在精密測量電路中尤為關鍵。
物理機制探究
PSRR的物理內涵體現在運放內部對電源紋波的隔離效能。理想運放應完全屏蔽電源波動,僅放大輸入信號。但實際器件中,電源噪聲通過兩條路徑滲透至輸出:
直接耦合路徑:電源噪聲經晶體管寄生電容、電阻等參數直接耦合至輸出級,引發信號質量劣化;
間接耦合路徑:電源波動導致偏置電流漂移,進而引發放大器增益變化,最終影響輸出精度。
二、PSRR的分類與測試規范
直流與交流PSRR的差異化考量
直流PSRR:聚焦低頻電源波動(0.1Hz-10Hz)的抑制能力,在要求高穩態精度的直流電路中起決定性作用;
交流PSRR:針對高頻噪聲(1kHz-1MHz)的抑制性能,在高頻電子設備中保障動態穩定性至關重要。
標準化測試配置
測試時需將輸入端短路接地以消除共模干擾,電源端疊加正弦噪聲信號模擬實際工況,通過測量輸出噪聲幅度并計算比值,最終確定PSRR數值。此流程確保了測試環境的標準化與結果的可比性。
三、PSRR對電路性能的影響維度
關鍵應用場景剖析
精密測量電路:電源噪聲可能誘發ADC采樣誤差,在電子天平、示波器等高精度儀器中需嚴格抑制;
音頻放大器:電源紋波易引發低頻嗡嗡聲(Hum Noise),高端音頻設備依賴高PSRR保障純凈音質;
醫療儀器:微弱生理信號檢測(如心電圖、腦電圖)要求極高PSRR以排除電源噪聲干擾。
典型失效案例警示
某血糖儀項目因未處理開關電源300kHz紋波,導致PSRR不足40dB,最終輸出信號疊加0.5mV噪聲,超出臨床檢測精度要求。此案例深刻印證了PSRR在實際設計中的重要性——忽視其影響可能導致產品性能不達標。
四、提升PSRR的工程實踐策略
器件選型黃金法則
優先選用直流PSRR>80dB、100kHz交流PSRR>60dB的運放,并結合數據手冊中的PSRR-頻率曲線進行動態性能評估,確保器件參數與應用場景精準匹配。
電路優化技術路徑
電源去耦網絡:在運放電源引腳并聯0.1μF陶瓷電容與10μF電解電容,構建寬頻去耦網絡,有效濾除低頻至高頻的電源噪聲;
參考電壓優化:采用低噪聲LDO為運放供電,提升參考電壓穩定性,從源頭降低電源波動影響;
布局布線規范:縮短電源走線長度,避免與數字信號交叉,減少電磁耦合噪聲;
高頻噪聲抑制:在運放輸出端串聯RC濾波網絡,或選用內置PSRR補償的運放(如ADI的Auto-Zero架構),實現高頻噪聲的主動抑制。
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