半导体集成电路运算（电压）放大器电源电压抑制比 KSVR检测

半导体集成电路运算放大器电源电压抑制比（PSRR/KSVR）检测项目详解

一、PSRR检测的核心意义

在复杂的电子系统中，电源噪声（如纹波、瞬态干扰）会通过电源引脚耦合到运放内部，导致输出信号失真。PSRR检测的核心目标是量化运放在不同工况下对电源扰动的抑制能力，为电路设计提供关键参数依据。

二、PSRR检测的核心项目

1. 直流PSRR（DC PSRR）测试

• 目的：评估运放对电源电压缓慢变化（如温度漂移）的抑制能力。
• 测试条件：
  • 输入直流信号固定（通常为0V或共模电压）。
  • 电源电压从额定值（如±15V）以步进方式变化（如±1V）。
• 步骤：
  1. 记录电源电压变化量ΔV_CC。
  2. 测量输出电压变化量ΔV_OUT。
  3. 计算：PSRR(dB) = 20·log(ΔV_CC/ΔV_OUT)。
• 设备：高精度可编程电源、数字万用表。

2. 交流PSRR（AC PSRR）测试

• 目的：量化运放对高频电源噪声（如开关电源纹波）的抑制能力。
• 测试条件：
  • 在电源引脚叠加交流扰动信号（如1kHz~100MHz正弦波）。
  • 输入信号保持静态，输出端接入负载（如1kΩ）。
• 步骤：
  1. 通过信号发生器向电源引脚注入交流噪声（峰峰值通常为100mV）。
  2. 用频谱分析仪或网络分析仪测量输出端噪声幅度。
  3. 计算：PSRR(dB) = 20·log(V_{noise_in}/V_{noise_out})。
• 设备：信号发生器、频谱分析仪、低噪声探头。

3. 温度漂移下的PSRR测试

• 目的：验证温度变化对PSRR的影响。
• 测试条件：
  • 温度范围覆盖器件规格（如-40°C~125°C）。
  • 电源电压施加固定扰动（如±5%变化）。
• 步骤：
  1. 在温控箱中逐步改变温度。
  2. 在每个温度点重复直流/交流PSRR测试。
  3. 绘制PSRR随温度变化曲线。
• 设备：高低温试验箱、热电偶监控系统。

4. 负载瞬态响应测试

• 目的：评估负载电流突变时，电源波动对输出的影响。
• 测试条件：
  • 负载电流以阶跃方式变化（如1mA→10mA）。
  • 监测电源引脚电压波动及输出响应。
• 步骤：
  1. 使用电子负载模拟瞬态电流变化。
  2. 记录电源电压跌落/过冲幅度ΔV_CC和输出偏移ΔV_OUT。
  3. 计算瞬态PSRR：ΔV_OUT/ΔV_CC。
• 设备：电子负载发生器、高速示波器。

5. 多电源系统PSRR测试

• 目的：针对双电源（±V_CC）运放，分别测试正/负电源抑制比。
• 测试方法：
  • 仅扰动正电源，负电源保持稳定，测量输出变化。
  • 重复上述步骤，扰动负电源，正电源稳定。
• 注意点：需隔离非测试电源的噪声干扰。

三、测试关键控制因素

1. PCB布局：采用低阻抗接地、电源去耦电容（0.1μF陶瓷电容+10μF电解电容）以减小外部干扰。
2. 仪器精度：电压表分辨率需优于1μV，示波器带宽至少为待测频率的5倍。
3. 信号注入方式：交流测试时需通过耦合网络（如LC滤波器）隔离直流分量。

四、测试标准与规范

• 标准：JESD78B（IC闩锁测试）、IEC 60747（半导体器件通用规范）。
• 行业实践：参考器件数据手册（如TI的《Op Amp PSRR Measurement》应用报告）。

五、典型问题与解决方案

• 问题1：高频PSRR测试时输出噪声过大。
  • 方案：检查电源去耦电容是否失效，或使用同轴屏蔽电缆减少辐射干扰。
• 问题2：直流PSRR测试结果不稳定。
  • 方案：确保运放处于线性工作区，避免输入信号超出共模范围。

六、结论

PSRR检测需覆盖直流、交流、温度、负载等多维度场景，结合精密仪器和标准化流程，确保数据可靠性。设计人员可通过测试结果优化电源设计，选择适合的运放型号，提升系统抗干扰性能。