对静噪的探索—线性稳压器具高噪声和电源抑制

实际噪声测量。要想准确测量线性稳压器的输出噪声并获得反映真实情况的结果，就要格外注意 DUT 屏蔽、组件选择、布局和电缆管理。图 9 显示了用来测试一个线性稳压器的配置，突出显示了用来避免磁场干扰测量结果的结构和屏蔽方法。在任何给定时间只有一个仪器连接以排除破坏测量的接地回路。

　　图 9：进行噪声测量的实验台配置。屏蔽盒中放置了噪声放大器。由于线性稳压器具备低输出阻抗，所以没有必要屏蔽，但是磁场仍然有可能影响输出。

　　选择用电池作为电源给线性稳压器供电的理由与选择用电池给放大器供电是相同的，目的是测量线性稳压器的噪声，而不是确定电源抑制特性。稳压器不需要屏蔽，因为稳压器具备低输出阻抗，因此非常不容易受到低频磁场的影响。连接稳压器输出和噪声放大器时，需要使用短的桶形连接器，因为长的软电缆由于静电效应会引入误差。

　　放大器输出直接馈送到示波器中，以测量峰至峰值噪声。如图 10 所示，LT3042 的峰至峰值噪声为 4μVP-P。同一稳压器的频谱分析仪曲线 （如图 11 所示） 显示了在不同 SET 引脚电容时产生的噪声。10Hz 至 100kHz RMS 噪声作为 SET 引脚电容的函数显示在图 12 中。

　　图 10：LT3042 在 10Hz 至 100kHz 带宽上的噪声。RMS 噪声为 0.8μVRMS。

　　图 11：噪声频谱密度曲线显示了 LT3042 的 SET 引脚电容增大的影响。

　　图 12：在 10Hz 至 100kHz 带宽上，SET 引脚电容增大，RMS 噪声降低。

　　测量 RMS 噪声要求更加仔细地选择仪器。并不是所有 RMS 电压表都"生而平等"，请查阅摘自《应用指南 83》（Application Note 83） 文章 "Performance Verification of Low Noise， Low Dropout Regulators" （低压差稳压器的低噪声性能验证） 中附录 C 的 "UNDERSTANDING AND SELECTING RMS VOLTMETERS"（了解和选择 RMS 电压表），以了解有关 RMS 电压表的种类以及各种电压表性能的信息。这份附录列出了很多不同的 RMS 电压表，并突出说明了为什么有些电压表有很大误差，因而导致测量结果比实际情况更加乐观的问题。

　　与噪声测量同等重要

　　线性稳压器的电源抑制与输出电压噪声同样至关重要。如果电源抑制性能不佳，即使噪声最低的稳压器也会使不想要的信号通过，到达输出，这样的信号到达输出后可能淹没稳压器的噪声。人们常常使用开关稳压器作为预稳压器，以提供效率、噪声、瞬态响应和输出阻抗的最佳组合。

　　大多数最先进的开关稳压器都在 100kHz 至 4MHz 频率范围内工作。即使采用 ESR 最低的电容器，开关稳压器能量传送的脉冲性也会导致在开关频率上出现输出电压纹波。在噪声敏感的视频、通信以及其他类型的电路中，这些纹波信号会引起问题。凌力尔特 2005 年 7 月发布了《应用指南 101》（Application Note 101），题为"Minimizing Switching Regulator Residue in Linear Regulator Outputs"（最大限度降低开关稳压器信号在线性稳压器输出中的残留），文中已经探讨了这个问题。

　　凌力尔特最近推出的线性稳压器之电源抑制为 80dB 及更大范围。LT3042 在某些频率上电源抑制接近 120dB。为了测试电源抑制，输入必须保持在足够低的幅度，以确保测试的是稳压器的小信号响应而不是大信号响应，当然信号也必须足够大，以在输出端提供可测量的信号。此外，叠加了 AC 信号的输入 DC 信号一定不能使稳压器产生压差或进入其他不想进入的工作区。

　　驱动 DUT

　　测试稳压器电源抑制性能时，第一件必做之事就是提供一个将受到抑制的信号。这可不是仅将频率发生器连接到稳压器上而已，而是复杂得多。AC 信号必须叠加在 DC 偏移之上，并能够在加载情况下提供所需电流。

　　Jim Williams 开发了用来实现这一目的的电路，如图 13 所示。在这个电路中，DC 基准电压由 A2 产生，并在 A1 的负输入端与 AC 信号叠加。A1 输出驱动达林顿连接的三极管，而三极管与镇流电阻器连接，可把这些电路组并联以提供高达 5A 的输出电流。

　　图 13：驱动器电路板使 AC 和 DC 电压相加，以在频率直至 10MHz 时提供数安培电流。

将这个电路连接到 DUT 时，需要提到的一个主要说明是：稳压器不应该使用输入电容。第一个原因是，该电路没有为驱动电容性负载而优化，可能产生振荡。第二个原因是，这个电路不能吸取电流，必须有负载存在以给输入电容器放电，尤其是在频率增大时。在 10MHz 跨一个 1μF 电容器提供一个 50mVP-P 正弦信号时，需要超过 3A 充电和放电电流，以防止信号失真。如果在小输出电流 （低于 1