对静噪的探索—线性稳压器具高噪声和电源抑制

。锁定的放大器用基准信号在想要的频率上提供同步检测，以帮助测量小信号。网络分析仪还提供一个扫频振荡器，同时提供带通功能，以测量输入和输出幅度，并计算电路的抑制性能。这些方法提供有效的测量结果，但是人们仍然需要谨慎对待电路连接并验证测量结果。在示波器上检查输入和输出信号是必做之事，信号幅度和波形会指明，所测试的稳压器是否被驱动进入了压差状态，或者小信号响应是否已让位于大信号响应。

　　陷阱

　　与测量噪声类似，测量电源抑制时，也有一些陷阱可能导致人们误入歧途。对电路接地需要严加注意，使用星形接地方式很重要。测量电源抑制时所看到的某些影响，实际上似乎是反直觉的。

　　迄今为止，可靠的设计始终会在线性稳压器的输入端包括一些电容，以保持电源阻抗在整个频率范围内尽可能低。如果器件提供足够高的电源抑制，那么实际上有可能增大输出纹波。

　　考虑一个如图 19 所示的电路，其中 LT3042 对 LT8614 Silent Switcher稳压器进行后稳压。在 500kHz 开关频率上，LT8614 通过两三英寸长的铜质电路板走线，向 LT3042 输入端提供约 20mVP-P 纹波。在 LT8614 使用仅 22μF 的输出电容器时，线性稳压器的输出纹波仅为几 μVP-P。当 LT3042 输入端增加一个 4.7μF 电容器时，输出纹波增大到约 75μVP-P，如图 20 所示。应该提到的是，就这些照片而言，带宽限制在 20MHz，因为目的是显示开关频率上的纹波，而不是高频边沿尖峰。

　　图 19：用 LT3042 对 LT8614 Silent Switcher 稳压器进行后稳压。

　　图 20：LT3042 对 LT8614 Silent Switcher 稳压器进行后稳压 （a） 在 LT3042 输入端无需任何电容器，（b） 在 LT3042 输入端有 4.7μF 电容器。两张照片都是带宽受限的，以忽略高频尖峰。

　　增加输入电容是怎样降低稳压器电源抑制的？ 答案与 LT3042 性能无关，而与电路板布局有关。LT3042 提供卓越和具备以电气方式抑制输入电源信号的能力。迄今为止，能否抑制这些信号一直是限制因素。现在，磁场成了罪魁祸首。

　　为了更好地理解这一点，图 21 所示原理图用一条绿色的实线突出显示了 DC-DC 转换器的一条 AC 电流通路。如果 LT3042 的输入端有电容，那么 AC 电流也流过绿色虚线显示的通路。LT3042 的输入在所关注的频率上呈现高阻抗特性，因此无 AC 电流流入 LT3042。

　　图 21：本原理图突出显示了 DC-DC 转换器的 AC 电流回路和一些易受磁耦合影响 （附录 B 的图 B1） 的通路。组合使用铁氧体珠、屏蔽以及调节物理距离的方法，以最大限度减小高频尖峰 （附录 B 的图 B2）。电路板结构来自附录 B 的图 B。

　　AC 电流产生磁场，该磁场将在附近的其他回路中引起电流，在变压器中，绕组以同样的方式耦合。在图 21 中，两个所关注的回路用蓝色和红色显示。蓝色回路由 CSET 和 RSET 形成，在误差放大器输入端产生纹波。由于 LT3042 的单位增益架构，这个纹波被一直传送到输出端。红色回路由输出电容器和回看进稳压器的阻抗 （以及附近的负载组件） 直接在稳压器输出端产生纹波。

　　与直觉相反，去掉 LT3042 输入端的电容会降低输出纹波。考虑到这不是信号的电馈通，而是磁场耦合，所以人们在设计电路板时，必须考虑距离、屏蔽和回路方向。场强与距离和回路面积有关，最大限度减小回路面积 （不是靠采用输入电容器） 和最大限度延长距离 （仅通过使用 DC-DC 转换器输出电容） 限制了加到敏感回路上的电流。

　　这表明，之前决定在信号驱动器电路板的输出端或稳压器输入端不使用电容器是明智的。如果在稳压器输入使用电容器，就增加了一个回路，从而会产生磁场，该磁场耦合进输出并导致错误的测量结果。稳压器电源抑制看起来会比实际情况差得多。

　　使用开关稳压器时遇到的另一个问题是，不仅要去掉开关频率纹波，还要去掉与开关边沿有关的尖峰。有些电路的开关边沿仅在几纳秒时间内就过渡完毕，从而产生数百 MHz 频率分量。这些频率无法用简单的线性稳压器消除。走线电容和磁耦合等寄生效应使得这些尖峰难以降低。请参阅凌力尔特《应用指南 101》（Application Note 101）"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），以及附录 B "控制高频开关尖峰"，以获得进一步的信息。

　　结论

LT3042 等线性稳压器具备很高的性能，为敏感系统提供了噪声极低的电源轨。验证这类器件的 DC 性能通常不是很棘手的任务。而在性能如此之高的情况下，诸如噪声、