对静噪的探索—线性稳压器具高噪声和电源抑制

，损害测量结果的准确性。同时，仪器也许不够灵敏，无法提供可靠的测量结果。就 RMS 噪声测量而言，HP3400A RMS 电压表的底部范围为 1mV，因此 60dB 是绝对最低增益。基于目前可获得的商用频谱分析仪 （而且可从二手市场获得） 之噪声层数据，人们决定 80dB 时会有最佳的工作表现。

　　稳压器测量时须考虑的因素

　　噪声测量电路的方框图如图 1 所示。首先是 DC 隔离构件，接下来是超低噪声增益级以 AV = 25 将输入放大。然后是一个 5Hz 的单阶高通滤波器至另一个 AV = 20 的增益构件。接下来是一个 10Hz 二阶 Sallen-Key 滤波器和最后的 AV = 20 之增益级，到此净增益达到了 1 万倍或 80dB。再后面是 3 个可选输出之一，选择哪一个取决于想要的高端频率。3 个可选输出或其频率范围分别是 1MHz 限制、前述的 100kHz 带阻、以及达到所用增益级极限的 （在 3MHz 測量到 ？3dB 频率） 宽带输出。每种输出之后都是最后的 5Hz 高通滤波器，以隔离任何残留 DC 信号。

　　图 1：面向噪声测试的滤波器和增益选择。巴特沃斯滤波器提供合适的频率响应。

　　实际电路如图 2 所示。这里 DC 隔离是用 680μF 电容器和紧随其后的 499Ω电阻器组成。电容和电阻值的选择是该电路须做出的主要权衡之一。电阻器的值必须足够低，以便其后一级的基极电流不会引起极大的 DC 误差。不过，如果所选电阻值太低，该滤波器所需电容就会变得极之大。对所测试的稳压器而言，低电阻值还有可能使该滤波器成为频率补偿的组成部分，从而改变所测得的结果。电流值构成了 0.5Hz 高通滤波器。

　　图 2：图 1 所示方框图的实际电路。并联的各级每个都配备了低噪声三极管差分电路，以降低噪声，同时提高增益。

　　第一个增益级的架构至关重要。这一级必须提供固定增益，同时在極低的輸入参考噪声工作。在题为 "775 Nanovolt Noise Measurement for A Low Noise Voltage Reference" （针对低噪声电压基准的 775 毫微伏噪声测量） 的《应用指南 124》（ApplicaTIon Note 124） 中，介绍了已故的 Jim Williams 所做的工作，以此为基础，选择用三极管差分对驱动运算放大器的输入，以提供最佳带宽，同时仍然保持低噪声。以大约 80 倍的增益驱动差分对意味着，这对三极管的噪声起主导作用，而运算放大器的噪声不是非常重要的因素。

　　超低噪声放大器第一增益级由两对匹配的 THAT300 三极对管并联组成 （以降低输入参考噪声），接着是 LT1818，该器件配置为使这一级提供 25 倍的总增益。单一 SO-14 封装中包含 4 个 THAT300 三极管，提供良好的匹配特性 （典型值为 500μV ？VBE） 和 800pV/√Hz 的典型噪声。选择 LT1818 是为了实现高增益-带宽积。

　　输入三极对管和放大器级并联，可在不牺牲增益的前提下改善噪声层。人们都知道，放大器电路并联时，产生电压噪声压差，N 级并联时使噪声降低为 1/√N。三极对管并联使有效噪声降至 800pV/√Hz。之后，通过并联 4 个完整的输入级，这个噪声会进一步降低，再降低 2 倍，至 400pV/√Hz。后续增加的噪声源很小，从而使我们能够接近 1% 准确度所要求的 450pV/√Hz。

　　在第一增益级之后，330μF 电容器和 100Ω 电阻器对任何偏移提供 DC 隔离，而偏移是三极管差分对和运算放大器所固有的。这还提供 5Hz 高通滤波器，从而有助于提供想要的低频带阻。所有 4 个输入级合起来构成第二个增益级，增益为 20 倍。这时，输入已经得到了放大，因此运算放大器的噪声再次成为影响很小的因素。

　　10Hz 二阶高通滤波器是一个简单的单位增益 Sallen-Key 滤波器。提高这个滤波器的 Q 值，以帮助补偿单一 5Hz 高通滤波器级的频率响应，并为整个电路提供一个 10Hz 的 3dB 点。另外，这一级的 DC 隔离防止可能在前一级已经被放大的任何偏移再次被放大。如果不能在不同的级之间隔离 DC 信号，就有可能导致将放大器驱动到其轨电压上，从而使测量结果无效。每个增益级之间都放置了一个滤波器，以防止 DC 信号通过，同时提供低端带阻。

　　最后一级是一个简单的负输出放大器，具可调增益以补偿组件值的变化。从这里开始，该电路分成了 3 个输出级。最大带宽直接来自一个跟随器，从而避免了低通滤波，并在满增益噪声吞吐量情况下，提供 3MHz 的最大带宽。第二个输出采用了 1MHz 4 阶巴特沃斯低通滤波器，最后一个输出采用 100kHz 4 阶巴特沃斯低通滤波器。所有这 3 个级都使用一个最终在 5Hz 的 DC 隔离 RC 滤波器。

　　组件选择很重要

对任何电路而言，