精确测量LDO纹波抑制比的测试电路的制作方法

精确测量ldo纹波抑制比的测试电路
技术领域
1.本发明涉及ldo纹波抑制比检测领域，具体涉及一种精确测量ldo纹波抑制比的测试电路。


背景技术：

2.低压差稳压器(通常称为ldo)广泛用于许多行业的各类电子应用，是一种使高输入电压转换成低输出电压的器件。ldo的纹波抑制比(psrr)是衡量ldo抑制纹波能力的一项指标，物理意义为ldo输入噪声纹波峰峰值与ldo输出噪声纹波峰峰值之间的对数比值。纹波抑制比(psrr)反映了ldo在不同的噪声频率下、保持输出电压稳定的能力，通常采用分贝(db)来表示大小。
3.其计算公式如下(单位为db)：
[0004][0005]
目前大部分的电子设备电源供电都要使用到ldo。然而，如今的现代应用都包括各种各样的模拟和数字系统，这些系统对电源的纹波大小要求程度非常高，直接影响着电子设备的性能。尤其是电子设备中的高速模块和射频模块对电源部分的纹波抑制比(psrr)要求非常高，必须花更多时间考虑如何避免噪声耦合和干扰，同时还要提高系统效率，如果纹波过大，会引起电子设备的相关干扰，影响使用，所以ldo各项性能指标的测试尤其重要。
[0006]
在现有技术中，通常采用分立rc器件搭建测试电路或者使用集成芯片的方法去测量纹波抑制比。一.仅使用分立rc器件搭建的加法器电路自身rc串扰严重，引入的干扰大。搭建的rc电路输出阻抗大，和pcb板的寄生电容构成滤波器，当出现高频率噪声时，测试系统自身会抑制高频率噪声，不能全面准确的测试各个频率尤其是高频率场景下的电源抑制比情况。二.使用集成芯片方案测试纹波抑制比，虽然测试准确，但是价格昂贵。


技术实现要素：

[0007]
为了解决上述问题，本发明提供了一种适用于高频率的ldo纹波抑制比测量，且测量精度较高、测试方便、易于工程或者研发人员操作、低成本的精确测量ldo纹波抑制比的测试电路。
[0008]
为了到达上述目的，本发明设计的精确测量ldo纹波抑制比的测试电路，所述的测试电路包括交流输入信号、直流输入信号、ldo稳压器u2、加法电路与输出放大电路；
[0009]
所述ldo稳压器u2用于抑制附着在直流输入信号v
dc
上传输过来的交流噪声输入信号v
ac
；
[0010]
所述输出放大电路用于对ldo稳压器u2中输出电压进行二级放大，获得放大的电压信号，以确保能够更加准确的计算出纹波抑制比；
[0011]
所述交流噪声输入信号v
ac
通过电容c1与加法电路的输入端连接，所述加法电路的输入端还与直流输入信号v
dc
相连接，其中，所述电容c1采用为隔直电容的设置，用于滤除交
流噪声输入信号v
ac
中的直流分量；
[0012]
所述ldo稳压器u2的输入端与加法电路的输出端连接，ldo稳压器u2的输出端与输出放大电路的输入端连接，对ldo稳压器u2输出的进行放大。
[0013]
上述方案中通过加法电路与ldo稳压器u2输入端的连接，同时根据交流噪声输入信号v
ac
的特性，将其叠加在直流输入信号v
dc
上，之后通过ldo稳压器u2抑制附着在直流输入信号v
dc
上的交流噪声输入信号v
ac
，通过ldo后，将较高的输入交流噪声峰峰值转换为较低的输出交流噪声峰峰值，ldo稳压器u2的输出端与输出放大电路的输入端连接，对ldo稳压器u2中的输出电压进行二级放大，获得最终的输出信号v
ldo-amp
，最后通过示波器将采样到输出放大电路中的输出信号v
ldo-amp
的峰峰值除以其放大倍数得到ldo稳压器u2的输出信号v
ldo-out
的峰峰值，并将ldo稳压器u2的输出信号v
ldo-out
的峰峰值与输入信号v
ldo-in
的峰峰值代入纹波抑制比的计算公式内，使其能够更加准确的计算出高频率的纹波抑制比。
[0014]
进一步的方案是，所述的加法电路包括运算放大器u1、电阻r0、电阻r1与电阻r2，交流噪声输入信号v
ac
通过电容c1与电阻r1连接运算放大器u1中的同向输入端，直流输入信号v
dc
通过电阻r0连接运算放大器u1中的同向输入端，运算放大器u1中的反向输入端通过电阻r2接地，运算放大器u1中的反向输入端与输出端之间并联有电阻r3,所述ldo稳压器u2的输入端与运算放大器u1中的输出端连接，另一端连接输出放大电路。
[0015]
上述方案中通过加法电路中与运算放大器u1相连的电阻与电容，将交流噪声输入信号v
ac
和直流输入信号v
dc
叠加，同时由于运算放大器u1输出端的输出阻抗较小，驱动能力强大，带负载能力强，对于ldo稳压器u2的输入波形上升延时影响小，从而可以使得更加高频率的测试信号进入ldo稳压器u2。
[0016]
更进一步的方案是，所述的输出放大电路包括电容c4与反相比例放大器u4，所述电压跟随器u3中的同向输入端与ldo稳压器u2中的输出端相连接，电压跟随器u3中的反向输入端与其输出端相连接，电压跟随器u3中的输出端通过电容c4以及电阻r4与反相比例放大器u4中的反向输入端相连接，所述电容c4同样采用为隔直电容的设置，所述反相比例放大器u4中的同向输入端接地，且反相比例放大器u4中的反向输入端与输出端之间并联有电阻r5。
[0017]
上述方案中通过与ldo稳压器u2输出端相连的电压跟随器u3，为ldo稳压器u2的输出电压提供缓冲，防止电压过冲，损坏下一级的反相比例放大器u4，同时由于反相比例放大器u4的反向输入端的输入阻抗较大，输出阻抗较小，对输出波形的波形失真影响较小，能够提升纹波抑制比测量结果的准确性。
[0018]
其中，所述的反相比例放大器u4与电压跟随器u3的运放型号为opa211，运算放大器u1的运放型号为ths3120，所述的ldo稳压器u2的型号为wl2810d18-4/tr。
[0019]
通过对于ldo稳压器u2、运算放大器u1、反相比例放大器u4与电压跟随器u3型号的选择，确保了运算放大器u1、反相比例放大器u4与电压跟随器u3的带宽不小于ldo稳压器u2的测试带宽、输出电压范围在ldo稳压器u2的正常工作输入电压范围内；输出放大电路中反相比例放大器u4与电压跟随器u3所产生的噪声幅值要远小于ldo稳压器u2输出的交流噪声输入信号v
ac
幅值，从而确保了测试电路的稳定运行。
[0020]
其中，所述的电容c1＝47uf、电容c4＝10uf，所述的电阻r0、电阻r1、电阻r2与电阻r3均＝200k，所述的电阻r4＝1k，所述的电阻r5＝100k。
[0021]
本发明所设计的精确测量ldo纹波抑制比的测试电路，通过加法电路的设置，减小交流噪声输入信号v
ac
和直流输入信号v
dc
之间的串扰，使得加法电路中叠加信号的精度高，再通过ldo稳压器u2衰减输入信号v
ldo-in
中传输过来的交流噪声分量的幅值，同时ldo稳压器u2将较高的输入直流电压转换为较低的输出直流电压，然后为了精准测量到输出信号v
ldo-out
中的交流噪声分量，需通过输出放大电路放大输出信号v
ldo-out
中的交流噪声分量，最终获得放大后的输出信号v
ldo-amp
，防止ldo稳压器u2的输出信号v
ldo-out
中的交流噪声分量值过小，无法直接通过示波器测试。
[0022]
综上所述，本发明能够适用于高频率的ldo纹波抑制比测量，同时具有测量精度较高、测试方便、易于工程或者研发人员操作、低成本的优点。
附图说明
[0023]
图1是精确测量ldo纹波抑制比的测试电路的示意图。
[0024]
图2是精确测量ldo纹波抑制比的测试电路的电路图。
[0025]
图3是精确测量ldo纹波抑制比的测试电路实验数据图。
具体实施方式
[0026]
为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
[0027]
实施例1。
[0028]
如图1和图2所示，本实施例描述的精确测量ldo纹波抑制比的测试电路，所述的测试电路包括交流噪声输入信号v
ac
、直流输入信号v
dc
、ldo稳压器u2加法电路、输出放大电路与示波器；
[0029]
所述ldo稳压器u2用于抑制附着在直流输入信号v
dc
上传输过来的交流噪声输入信号v
ac
；
[0030]
所述输出放大电路用于对ldo稳压器u2中输出电压进行二级放大，获得放大的电压信号，以确保能够更加准确的计算出纹波抑制比；
[0031]
所述交流输入信号通过电容c1与加法电路的输入端连接，所述加法电路的输入端还与直流输入信号相连接，其中，所述电容c1＝47uf，电容c1采用隔直电容的设置；
[0032]
所述的ldo稳压器u2的型号为wl2810d18-4/tr，ldo稳压器u2的输入端与加法电路的输出端连接，ldo稳压器u2的输出端与输出放大电路的输入端连接，并通过测试电路外部设置的示波器采样测试电路中的ldo稳压器u2的输入信号v
ldo-in
的峰峰值(ripple
input
)与输出放大电路中的输出信号v
ldo-amp
的峰峰值后，将示波器采样到输出放大电路中的输出信号v
ldo-amp
的峰峰值除以其放大倍数得到ldo稳压器u2的输出信号v
ldo-out
的峰峰值(ripple
output
)，并将ldo稳压器u2的输出信号v
ldo-out
的峰峰值(ripple
output
)与输入信号v
ldo-in
的峰峰值(ripple
input
)代入纹波抑制比的计算公式内，使其能够更加准确的计算出高频率的纹波抑制比。
[0033]
纹波抑制比的计算公式如下：
[0034]
[0035]
所述的加法电路包括运算放大器u1、电阻r0、电阻r1与电阻r2，所述运算放大器u1的运放型号为ths3120，交流输入信号通过电容c1与电阻r1连接运算放大器u1中的同向输入端，直流输入信号通过电阻r0连接运算放大器u1中的同向输入端，运算放大器u1中的反向输入端通过电阻r2接地，运算放大器u1中的反向输入端与输出端之间并联有电阻r3,所述ldo稳压器u2的输入端与运算放大器u1中的输出端连接，另一端连接输出放大电路，所述电阻r0、电阻r1、电阻r2与电阻r3＝200k。
[0036]
加法电路的原理和算法如下：
[0037]
由于运算放大器u1中的输出端为ldo稳压器u2的输入端，
[0038]
直流输入信号v
dc
通过电阻r0连接运算放大器u1的同向输入端。
[0039]
交流噪声输入信号v
ac
通过电阻r1和电容c1连接运算放大器u1的同向输入端，其中电容c1为隔直电容，用于滤除交流噪声输入信号v
ac
的直流分量。
[0040]
当交流噪声输入信号v
ac
通过电容c1时，电容c1阻抗很小，计算ldo稳压器u2的输入信号v
ldo-in
时可以忽略不计。
[0041]
根据运算放大器的“虚短”、“虚断”原理，ldo稳压器u2的输入信号v
ldo-in
计算公式如下：
[0042][0043]
由于电阻r0、电阻r1、电阻r2与电阻r3的阻值相等，得出v
ldo-in
＝v
dc
+v
ac
。由此得出，交流输入信号和直流输入信号通过运算放大器u1后，可以准确叠加在一起作为ldo稳压器u2的输入信号v
ldo-in
。
[0044]
所述的输出放大电路包括电容c4与反相比例放大器u4，所述的反相比例放大器u4与电压跟随器u3的运放型号为opa211，所述电压跟随器u3中的同向输入端与ldo稳压器u2中的输出端相连接，电压跟随器u3中的反向输入端与电压跟随器u3中的输出端相连接，电压跟随器u3中的输出端通过电容c4以及电阻r4与反相比例放大器u4中的反向输入端相连接，所述电容c4＝10uf，电阻r4＝1k，且电容c4同样采用为隔直电容的设置，所述反相比例放大器u4中的同向输入端接地，且反相比例放大器u4中的反向输入端与输出端之间并联有电阻r5，所述电阻r5＝100k。
[0045]
应用本专利的测试电路，测试u2的纹波抑制比结果。如图3所示。
[0046]
测试条件：
[0047]
输入波形v
ldo-in
＝v
dc
+v
ac
[0048]
其中v
dc
为3v
[0049]vac
峰峰值为0.5v
[0050]
工作电流10ma
[0051]
测试频率范围：10hz；100hz；1khz；10khz；100khz。
[0052]
测试结果如下表一
[0053][0054]
表一
[0055]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，应当可利用上述揭示的技术内容经些许变更或修饰做出属于等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。