Testschaltung zum Messen negativer PSSR-Werte

PSRR mit Analysatoren ohne DC-Bias-Port testen

Zu den Rauschquellen auf den Versorgungsspannungspins gehören parasitäre Kapazitäten, die mit dem vom Verstärker aufgenommenen Strom zusammenwirken, sowie Rauschen, das von den an der gleichen Versorgungsspannung anliegenden Switching-Schaltkreisen verursacht wird. Beide Quellen produzieren Spannungsänderungen, welche als Rauschsignale auf den Eingangspins anliegen.

Zum Charakterisieren des Versorgungsspannungsdurchgriffs (PSRR, Power supply rejection ratio) über die Frequenz werden normalerweise Analysatoren wie etwa der HP8753 eingesetzt, die über einen DC-Bias-Port verfügen. Um zum Beispiel einen negativen PSRR-Wert zu messen, wird eine negative Gleichspannung an den Bias-Port angeschlossen. Ein Sinussignal wird überlagert und das gesamte Signal über Port 1 mit dem –Us-Pin verbunden.

Der Ausgang des Verstärkers wird an Port 2 gemessen. Leider beginnen die meisten Tests des PSRR-Wertes über die Frequenz bei niedrigen Frequenzen, während der Messbereich des HP8753 auf Frequenzen über 30 kHz begrenzt ist.

Alternative Lösung ohne DC-Bias-Port

Eine alternative Technik nutzt einen Analysator wie etwa den Stanford Research SR785, der keinen DC-Bias-Port enthält, aber Frequenzverläufe mit einer Verzerrung von unter –120 dB bis hinunter auf wenige Hz charakterisieren kann. Diese Messung erfolgt, indem man den Ausgangsport des SR785 mit dem Puffer/Invertierenden Addierer (Bild 1) anschließt.

Der Puffer isoliert den Ausgangsport des Analysators vom DC-Bias und liefert die Sinusspannung am Ausgang. Der Eingang ist mit dem Ausgangsport des Analysators und der Ausgang mit dem Referenzport des Analysators verbunden. Der 1-kΩ-Widerstand zwischen Eingang und Masse verhindert ein „Floating“ des nicht-invertierenden Eingangs. Der Inverter summiert DC-Bias und Sinusspannung und speist den negativen Versorgungspin des DUT (Device under test). Alle Bypass-Kondensatoren an diesem Pin wurden entfernt. Der Ausgang des DUT ist mit dem Eingang des Analysators verbunden und vervollständigt so die Testschaltung.

Anforderungen an den Puffer/Addierer

Der Puffer/Invertierende Addierer muss folgende Anforderungen erfüllen: Großer Versorgungsbereich, große Großsignalbandbreite, Fähigkeit zum Treiben kapazitiver Lasten aufgrund langer Testkabel sowie die Fähigkeit, einen ausreichend hohen Laststrom zu liefern.

 Bild 2: PSRR-Wert in Abhängigkeit von der Frequenz
Bild 2: PSRR-Wert in Abhängigkeit von der Frequenz

Das Zweifach-Verstärkermodell AD8034 zeichnet sich durch einen Versorgungsspannungsbereich von 5 bis 24 V, eine Großsignalbandbreite über 1 MHz, eine Stabilität mit 35-pF-Lasten und 40-mA-Kurzschlussstrom am Ausgang aus. Bild 2 zeigt die Testergebnisse. Der HP8753 wurde verwendet, um den PSRR-Verlauf über 100 kHz darzustellen.

Zum Messen positiver PSRR-Werte ist eine kleine Änderung erforderlich: Die Sinusspannung wird mit dem negativen Anschluss der DC-Versorgung summiert und der Ausgang des Inverters treibt nun den +Us-Eingang des DUT.

Um negative PSRR-Werte an einem DUT für ±15 V zu testen, wird die Versorgung auf ±10 V eingestellt. Der SR785 liefert am Ausgang eine Spitzenspannung von 5 V. Der Puffer braucht daher genügend hohe Reserven, um ein Clipping eines ±5-V-Signals zu verhindern. Der Inverter muss mit dem DC-Bias von –10 V sowie mit dem ±5-V-Signal zurecht kommen. Der AD8034 benötigt Reserven von weniger als 0,5 V. Durch das Einstellen seiner Versorgungsspannungen auf 6 und –16 V werden sämtliche Probleme verhindert, während man innerhalb des Maximalwertes von 26,4 V bleibt. Das Testen positiver PSRR-Werte erfolgt ähnlich, mit Ausnahme, dass die Versorgungsspannungen des AD8034 auf 16 und –6 V eingestellt werden.

Der Autor: David Karpaty arbeitet bei Analog Devices.

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