[科普中国]-电源电压抑制比

在电子设备中， 电源电压抑制比(power supply rejection ratio, PSRR)是一个经常在电子放大器（特别是运算放大器 ）或稳压器的规格书出现的参数，用来描述某一设备对电源噪声(来自电源的噪声)的抑制能力。

定义电源电压抑制比(PSRR)是输入电源变化量（以伏为单位）与转换器输出变化量（以伏为单位）的比值，常用分贝表示1。

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电压抑制比。

公式电源电压抑制比的定义是电源电压变化做成设备输出的电压相应变化的比例。因为此比值一般较大，为方便使用，常以分贝（dB）作为单位，理想的设备其PSRR是无限大2。

PSRR会随频率而改变，规格书一般会以图表展示不同频率下的PSRR，较简单的方式会只标示某特定频率下的PSRR作参考用。

在放大器的情况下，由于整个线路有闭环增益（Av），电源的噪声（△Vsupply）会被放大而得出（△Vout），放大器本身的PSRR会是：

例如一个放大器PSRR = 100dB，应用在一个闭环增益= 40dB的线路时，整体线路的PSRR就是：

.

如此，即当电源有1V的噪声时，输出的噪声就是：

特性电源电压抑制比基本计算公式：

PSRR 的单位为分贝(dB)，采用对数比值。

从上面的式子可以看出，影响输出信号的因素除了电路本身之外，还受到了供电电源的影响。PSRR 是一个用来描述输出信号受电源影响的量，PSRR 越大，输出信号受到电源的影响越小。

还可得出，输出电压 Vout 是 Vin 与电源电压 VCC 的函数。如果输入信号 Vin 变化了 ⊿Vin，输出信号的变化量 ⊿Vout 是由输入到输出的电压增益 Av 乘以输入电压的变化量 ⊿Vin。如果把电源电压变化 ⊿VCC 看作一个很小信号，由于电源电压变化导致的输出电压的变化量 ⊿Vout 则为电源电压到输出的电压增益 Avo 乘以电源电压变化量 ⊿VCC。

不稳定的供电电压势必会影响输出信号的波形，影响的幅度取决于 PSRR。所以需要侧重于运放等的去耦设计和电源的设计（通常较多用 LDO 线性电源给运放供电）。PSRR 是在单位闭环增益情况下得到的，因此在负反馈应用中引起的输出变化需乘以闭环增益。

PSRR的三个具体参数一般地，PSRR 有 3个具体参数：

+PSRR，-PSRR，+/-PSRR

表示从某个电源端或两个电源端分别或同时异向低频变化，在运放差分输入端引入的传输或影响量值。

如上所分析的：⊿Vps=1V 的电源变化，在 PRSS=80dB 运放输入端，导致 ⊿Vdi=100uV 的变化（PSRR=20log⊿Vps/⊿Vdi）。于是运放输出电压产生的变化：⊿Vo=⊿Vdi（1+Rf/Ri）；Rf--反馈电阻，Ri--输入电阻。

再来谈谈 PSRR 与音质的关系3。声音质量是用户接口的重要因素之一，其中，音频放大器的作用是对输入信号放大，同时抑制噪声。在放大器中，一个主要噪声源是电源线路本身。通过从 PSRR 切入，我们就可以分析出放大器如何放大输入信号，并抑制电源线引入噪声的性能。 在此情况下，放大器自身的 PSRR 指标更加重要。放大器的 PSRR 越高，越有利于设计。简而言之，性能提高 3dB，代表系数为 2。举例说，提供 6dB 更佳性能的放大器，其降噪性能将会提高 4 倍。

而且，对于耳机驱动器来说 PSRR 是一个关键参数。为了保证合理的信噪比，必须抑制电源在耳机放大器输出端产生的噪声。例如，基于 CD 或 DVD 播放器的动态范围能够达到 90dB，假如有 100mV 的噪声叠加在音频电源电压上，而且绝大部分噪声频谱位于音频频带以内，为保持 90dB 的动态范围、耳机驱动器的输出噪声必须将低至 30mV 以内。这样，耳机驱动器的 PSRR 必须在感兴趣的频带内高于 70dB。为在音频范围内达到如此高的电源抑制比，需要严谨的电路设计，特别是放大器对电源噪声的抑制能力。大多数运算放大器在直流附近具有非常高的 PSRR，但随着频率的升高，PSRR 会急剧下降(通常为 -20dB/十倍频程)，许多运算放大器的 PSRR 在 20kHz 频点处已经跌落到 40dB 以下。

有些 DC/DC 转换器在音频频谱的高频端存在较强的噪声，虽然人耳几乎听不到这个频段的噪声，但可以检测到它们在耳机输出端产生的噪声。许多音频 DAC(或CODEC) 带有耳机驱动器，但人们很少留意其 PSRR 指标；而且，这些产品的Datasheet 也很少给出 PSRR 随频率的变化曲线。如果耳机放大器缺乏足够高的 PSRR，可以采用一个外部 LDO 为耳机放大器提供一个低噪声电源。音频电路中比较通用的供电电源是 +5V，采用 LDO 能够获得足够的电源抑制比，但使某些节点处的电压可能跌至 4.7V 左右。

随着集成度不断提高，电源电流的量级要求也日益增加。终端用户希望能延长电池使用时间，即需要非常高效的 DC/DC 转换过程、使用效率更高的开关稳压器。然而与线性稳压器相比，开关稳压器会在电源线中产生更多纹波。

本词条内容贡献者为:

黎明 - 副教授 - 西南大学