运放PSRR与开关电源纹波分析的实际案例分享!

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某工程师使用开关电源为OPA132正电源供电,LDO为负电源供电,OPA132被设计为5倍同相放大,但是在实测电路发现输出一直有一个大约5mV的电压波动,这是怎么回事呢?

工程师所用的开关电源,开关频率是200KHz,纹波大约是30mV。笔者分析电路的输出波形,5mV的波动大约也是200KHz,就怀疑是噪声从开关电源引入。经分析OPA132的手册发现,在200KHz时,OPA132的+PSRR大约是30dB,根据公式(32)可得到:

可以求解出电源波动引起的等效输入电压波动△Vi为0.95mV(跟随器1倍放大情况下),而现在电路是5倍放大,因此0.95mV被放大5倍后在电路的输出端就变成了4.75mV。我们分析的是否正确呢?咱们仿真看下结果。

图1-110 OPA132的开关电源纹波仿真

图1-110 是仿真结果,仿真原理图中包含了两个电路,左边的电路是跟随器,采用±15V供电,在正电源中加入了一个幅度15mV@200KHz(峰峰值是15mV*2=30mV)的电源波动来模拟开关电源的纹波。

可以看到跟随器电路中,30mVpp@200KHz的电源纹波在输出端产生了1mVpp的波动,与前文分析的0.95mV基本一致。

第二个仿真图是5倍放大,1mV的波动被5倍放大,在输出端就产生了5mV的波动,与工程师所说的4.75mV基本一致。

咱们实现了发现问题->分析问题->验证问题->解决问题的闭环分析思路。

右边的波形看起来更直观,红色曲线是跟随器的波动,绿色曲线是5倍放大后的波动,刚好是5倍关系。抑制这个干扰,只要更换低噪声的LDO就可以了。


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