在很多電路應(yīng)用中，無噪聲、良好穩(wěn)定的電源對(duì)于實(shí)現(xiàn)最佳性能是很重要。壓控振蕩器 （VCO） 和精確的壓控晶體振蕩器 （VCXO） 會(huì)迅速響應(yīng)電源的微小變化。鎖相環(huán) （PLL） 需要穩(wěn)定的電源，因?yàn)殡娫瓷系?a target="_blank">信號(hào)會(huì)直接轉(zhuǎn)變成輸出的相位噪聲。RF 放大器需要無噪聲電源，因?yàn)檫@類放大器缺乏抑制電源變化的能力，而且穩(wěn)壓器變化將以不想要的邊帶信號(hào)形式出現(xiàn)，降低了信噪比。低噪聲放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器 （ADC） 不具備無限大的電源抑制能力，穩(wěn)壓器輸出越干凈，性能就越高。上面僅列舉了幾種需要線性穩(wěn)壓器提供無噪聲電源軌的例子，那么怎樣才能確保穩(wěn)壓器按規(guī)定運(yùn)行呢？

　　電源一旦搭建完畢就可以確定，對(duì)于其應(yīng)用而言，電源是否具有足夠低的噪聲。振蕩器的相位噪聲可以測(cè)量，然后，相對(duì)于用一個(gè)已知和性能良好的電源實(shí)現(xiàn)之結(jié)果，對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較。還要檢查 ADC，以確保得到最多位數(shù)。這些測(cè)量工作比較難，需要耗費(fèi)大量時(shí)間，如果可不進(jìn)行費(fèi)用高昂的試驗(yàn)就可確保噪聲足夠低，那會(huì)更好。

　　除了噪聲，還必須考慮線性穩(wěn)壓器的電源抑制能力。線性穩(wěn)壓器電源抑制能力不佳會(huì)給開關(guān)穩(wěn)壓器留下剩余信號(hào)或帶來其他不想要的信號(hào)，從而破壞為確保擁有干凈的電源所付出的艱苦努力。如果電源抑制能力不佳，留下了足夠淹沒噪聲的信號(hào)，那么穩(wěn)壓器的噪聲即使極低，也是沒有價(jià)值的。

　　測(cè)量輸出電壓噪聲

　　靜噪不是新鮮事

　　噪聲問題很早以前就開始提及了。2000 年 3 月凌力爾特發(fā)布了《應(yīng)用指南 83》（Application Note 83），題為 “低壓差穩(wěn)壓器的低噪聲性能驗(yàn)證” （Performance Verification of Low Noise， Low Dropout Regulators），文中詳細(xì)敘述了一種測(cè)量方法，可以有把握地測(cè)量低至 4μVRMS 的穩(wěn)壓器輸出電壓噪聲。該應(yīng)用指南中所用的放大器電路和濾波器在 10Hz 至 100kHz 帶寬時(shí)提供 60dB 增益。這是一個(gè)良好的起點(diǎn)，可以有把握地測(cè)量噪聲水平。

　　諸如 LT3042 等最新線性穩(wěn)壓器現(xiàn)已投產(chǎn)，其輸出電壓噪聲低得多。在《應(yīng)用指南 83》發(fā)布前后推出的該系列穩(wěn)壓器在 10Hz 至 100kHz 頻帶上的噪聲約為 20μVRMS，而現(xiàn)在 LT3042 在相同頻帶上的噪聲低至 0.8μVRMS。回顧《應(yīng)用指南 83》中的電路可以看出，輸入?yún)⒖荚肼晫訛?0.5μVRMS，當(dāng)測(cè)量低至 4μVRMS 的噪聲時(shí)，誤差低于 1%。在輸出噪聲為 0.8μVRMS 的現(xiàn)在，這樣的噪聲層就不可接受了，因?yàn)榉€(wěn)壓器本身的工作噪聲僅略高于測(cè)量電路。這相當(dāng)于幾乎高達(dá) 20% 的誤差，從而使測(cè)量電路成為過于重要的因素，以至于不能有把握地測(cè)量信號(hào)。

　　測(cè)量低于 1μVRMS 的噪聲不是一項(xiàng)微不足道的任務(wù)。在 10Hz 至 100kHz 測(cè)量頻帶上逆推，這相當(dāng)于 3.16nV/√Hz 噪聲頻譜密度 （假定噪聲為白噪聲）。這就相當(dāng)于 625Ω 電阻器產(chǎn)生的熱噪聲。以 5% 的誤差測(cè)量這么大的噪聲，要求儀器有一個(gè) 1nV/√Hz 的輸入?yún)⒖荚肼暎?1% 內(nèi)的誤差測(cè)量則要求 450pV/√Hz 的輸入?yún)⒖荚肼暋?/p>

　　進(jìn)行什么樣的測(cè)量？

　　我們現(xiàn)在對(duì)儀器要求的噪聲層已有所了解，但是還有一個(gè)問題，即關(guān)鍵頻率范圍以及用什么儀器測(cè)量所產(chǎn)生的噪聲。為了測(cè)量噪聲頻譜密度，可以簡(jiǎn)單地通過低噪聲增益級(jí)饋送穩(wěn)壓器輸出，然后再饋送到頻譜分析儀中，從而將不想要的頻率從測(cè)量中隔離出去。如果想測(cè)量峰至峰值或 RMS 噪聲，那么在低噪聲增益級(jí)上要確保帶阻，以確保僅測(cè)量在想要的帶寬內(nèi)的信號(hào)。

　　常用的寬帶噪聲測(cè)量頻率范圍為 10Hz 至 100kHz。這個(gè)范圍包括音頻頻帶，可確保通過 RF 傳送的基帶數(shù)據(jù)產(chǎn)生最小的邊帶信號(hào)。鎖相環(huán)中使用的低噪聲穩(wěn)壓器和高準(zhǔn)確度儀表要求在較高的頻率上進(jìn)行測(cè)量 （高達(dá) 1MHz 及以上），因此我們不應(yīng)該將自己限制到僅 100kHz 范圍。理想情況下，帶阻會(huì)在想要的頻率上實(shí)現(xiàn)絕對(duì)的磚墻式濾波，但電路設(shè)計(jì)的現(xiàn)實(shí)使我們無法實(shí)現(xiàn)這樣的效果。選擇較高階的巴特沃斯 （Butterworth） 濾波器， 以保持所關(guān)注頻率范圍內(nèi)的最大平坦度及其提供更好磚墻式近似的能力。濾波器的階數(shù)由其等效噪聲帶寬 （ENB） 引入的誤差決定：二階低通巴特沃斯濾波器的 ENB 為 1.11fH，所產(chǎn)生的誤差太大。4 階濾波器的 ENB 降至 1.026fH，所產(chǎn)生的誤差約為 1.3%。更高階的濾波器會(huì)增加不必要的復(fù)雜性和成本，所帶來的性能改進(jìn)卻很小。4 階濾波器的誤差加上輸入?yún)⒖荚肼曀氲恼`差，若要以 5% 內(nèi)的誤差進(jìn)行測(cè)量，則要求來自放大器的輸入?yún)⒖荚肼曋畲笳`差不超過 1%。

　　電路增益也必須考慮。如果增益太低，測(cè)量?jī)x器的噪聲會(huì)加進(jìn)來，像放大器的輸入噪聲一樣，損害測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。同時(shí)，儀器也許不夠靈敏，無法提供可靠的測(cè)量結(jié)果。就 RMS 噪聲測(cè)量而言，HP3400A RMS 電壓表的底部范圍為 1mV，因此 60dB 是絕對(duì)最低增益。基于目前可獲得的商用頻譜分析儀 （而且可從二手市場(chǎng)獲得） 之噪聲層數(shù)據(jù)，人們決定 80dB 時(shí)會(huì)有最佳的工作表現(xiàn)。

　　穩(wěn)壓器測(cè)量時(shí)須考慮的因素

　　噪聲測(cè)量電路的方框圖如圖 1 所示。首先是 DC 隔離構(gòu)件，接下來是超低噪聲增益級(jí)以 AV = 25 將輸入放大。然后是一個(gè) 5Hz 的單階高通濾波器至另一個(gè) AV = 20 的增益構(gòu)件。接下來是一個(gè) 10Hz 二階 Sallen-Key 濾波器和最后的 AV = 20 之增益級(jí)，到此凈增益達(dá)到了 1 萬倍或 80dB。再后面是 3 個(gè)可選輸出之一，選擇哪一個(gè)取決于想要的高端頻率。3 個(gè)可選輸出或其頻率范圍分別是 1MHz 限制、前述的 100kHz 帶阻、以及達(dá)到所用增益級(jí)極限的 （在 3MHz 測(cè)量到 ？3dB 頻率） 寬帶輸出。每種輸出之后都是最后的 5Hz 高通濾波器，以隔離任何殘留 DC 信號(hào)。

　　圖 1：面向噪聲測(cè)試的濾波器和增益選擇。巴特沃斯濾波器提供合適的頻率響應(yīng)。

　　實(shí)際電路如圖 2 所示。這里 DC 隔離是用 680μF 電容器和緊隨其后的 499Ω電阻器組成。電容和電阻值的選擇是該電路須做出的主要權(quán)衡之一。電阻器的值必須足夠低，以便其后一級(jí)的基極電流不會(huì)引起極大的 DC 誤差。不過，如果所選電阻值太低，該濾波器所需電容就會(huì)變得極之大。對(duì)所測(cè)試的穩(wěn)壓器而言，低電阻值還有可能使該濾波器成為頻率補(bǔ)償?shù)慕M成部分，從而改變所測(cè)得的結(jié)果。電流值構(gòu)成了 0.5Hz 高通濾波器。

　　圖 2：圖 1 所示方框圖的實(shí)際電路。并聯(lián)的各級(jí)每個(gè)都配備了低噪聲三極管差分電路，以降低噪聲，同時(shí)提高增益。

　　第一個(gè)增益級(jí)的架構(gòu)至關(guān)重要。這一級(jí)必須提供固定增益，同時(shí)在極低的輸入?yún)⒖荚肼暪ぷ鳌Ｔ陬}為 “775 Nanovolt Noise Measurement for A Low Noise Voltage Reference” （針對(duì)低噪聲電壓基準(zhǔn)的 775 毫微伏噪聲測(cè)量） 的《應(yīng)用指南 124》（Application Note 124） 中，介紹了已故的 Jim Williams 所做的工作，以此為基礎(chǔ)，選擇用三極管差分對(duì)驅(qū)動(dòng)運(yùn)算放大器的輸入，以提供最佳帶寬，同時(shí)仍然保持低噪聲。以大約 80 倍的增益驅(qū)動(dòng)差分對(duì)意味著，這對(duì)三極管的噪聲起主導(dǎo)作用，而運(yùn)算放大器的噪聲不是非常重要的因素。

　　超低噪聲放大器第一增益級(jí)由兩對(duì)匹配的 THAT300 三極對(duì)管并聯(lián)組成 （以降低輸入?yún)⒖荚肼暎又?LT1818，該器件配置為使這一級(jí)提供 25 倍的總增益。單一 SO-14 封裝中包含 4 個(gè) THAT300 三極管，提供良好的匹配特性 （典型值為 500μV ？VBE） 和 800pV/√Hz 的典型噪聲。選擇 LT1818 是為了實(shí)現(xiàn)高增益-帶寬積。

　　輸入三極對(duì)管和放大器級(jí)并聯(lián)，可在不犧牲增益的前提下改善噪聲層。人們都知道，放大器電路并聯(lián)時(shí)，產(chǎn)生電壓噪聲壓差，N 級(jí)并聯(lián)時(shí)使噪聲降低為 1/√N(yùn)。三極對(duì)管并聯(lián)使有效噪聲降至 800pV/√Hz。之后，通過并聯(lián) 4 個(gè)完整的輸入級(jí)，這個(gè)噪聲會(huì)進(jìn)一步降低，再降低 2 倍，至 400pV/√Hz。后續(xù)增加的噪聲源很小，從而使我們能夠接近 1% 準(zhǔn)確度所要求的 450pV/√Hz。

　　在第一增益級(jí)之后，330μF 電容器和 100Ω 電阻器對(duì)任何偏移提供 DC 隔離，而偏移是三極管差分對(duì)和運(yùn)算放大器所固有的。這還提供 5Hz 高通濾波器，從而有助于提供想要的低頻帶阻。所有 4 個(gè)輸入級(jí)合起來構(gòu)成第二個(gè)增益級(jí)，增益為 20 倍。這時(shí)，輸入已經(jīng)得到了放大，因此運(yùn)算放大器的噪聲再次成為影響很小的因素。

　　10Hz 二階高通濾波器是一個(gè)簡(jiǎn)單的單位增益 Sallen-Key 濾波器。提高這個(gè)濾波器的 Q 值，以幫助補(bǔ)償單一 5Hz 高通濾波器級(jí)的頻率響應(yīng)，并為整個(gè)電路提供一個(gè) 10Hz 的 3dB 點(diǎn)。另外，這一級(jí)的 DC 隔離防止可能在前一級(jí)已經(jīng)被放大的任何偏移再次被放大。如果不能在不同的級(jí)之間隔離 DC 信號(hào)，就有可能導(dǎo)致將放大器驅(qū)動(dòng)到其軌電壓上，從而使測(cè)量結(jié)果無效。每個(gè)增益級(jí)之間都放置了一個(gè)濾波器，以防止 DC 信號(hào)通過，同時(shí)提供低端帶阻。

　　最后一級(jí)是一個(gè)簡(jiǎn)單的負(fù)輸出放大器，具可調(diào)增益以補(bǔ)償組件值的變化。從這里開始，該電路分成了 3 個(gè)輸出級(jí)。最大帶寬直接來自一個(gè)跟隨器，從而避免了低通濾波，并在滿增益噪聲吞吐量情況下，提供 3MHz 的最大帶寬。第二個(gè)輸出采用了 1MHz 4 階巴特沃斯低通濾波器，最后一個(gè)輸出采用 100kHz 4 階巴特沃斯低通濾波器。所有這 3 個(gè)級(jí)都使用一個(gè)最終在 5Hz 的 DC 隔離 RC 濾波器。

　　組件選擇很重要

　　對(duì)任何電路而言，選擇正確的組件都很重要，但是談到超低噪聲測(cè)量時(shí)，選擇正確的組件甚至?xí)P(guān)鍵。噪聲放大器中最關(guān)鍵的點(diǎn)是輸入級(jí)，一旦確定了這第一級(jí)，很多困難也就變小了。用來直接在輸入端實(shí)現(xiàn) DC 隔離的 RC 濾波器必須仔細(xì)考慮。

　　電阻器的選擇沒有很多爭(zhēng)議，與薄膜電阻器相比，金屬薄膜電阻器用來確保低 1/f 噪聲。電容器則完全是另一回事，必須仔細(xì)考慮。在《應(yīng)用指南 124》（Application Note 124） 中，使用了一種昂貴的液鉭電容器，以提供很低的 1/f 噪聲，這種電容器是手工挑選的，以選出低泄漏器件。在以低至 0.1Hz 頻率工作時(shí)，這些特性更加重要。針對(duì)寬帶噪聲采用 10Hz 低頻帶阻時(shí)，較低價(jià)格的電容器可以提供可接受的性能。大型多層陶瓷電容器是一種糟糕的選擇，因?yàn)樗鼈儽举|(zhì)上是一種壓電器件，任何機(jī)械振動(dòng)會(huì)把信號(hào)注入到電路中，迅速地超過所測(cè)噪聲水平。此外，電壓系數(shù)基于穩(wěn)壓器輸出電壓引起拐角頻率變化，這個(gè)特性是不想要的。鉭和鋁電解質(zhì)電容器價(jià)格不貴，也沒有電壓系數(shù)或機(jī)械敏感性問題。以前會(huì)考慮聚對(duì)苯二甲酸薄膜電容器等更加昂貴的電容器，但是低可用性、高成本和缺乏性能改進(jìn)使這類電容器被排除在外了。

　　即使采用那些可能的選擇，電容器也確實(shí)顯示出必須仔細(xì)考慮的噪聲特性。大型多層陶瓷電容器能夠以低噪聲工作，但是已經(jīng)被排除在外，因?yàn)樗鼈儗?duì)機(jī)械振動(dòng)敏感。鉭和鋁電解質(zhì)電容器產(chǎn)生較高的噪聲 （見參考資料中 Sikula 等撰寫的文章，以了解進(jìn)一步的信息）。最后選擇了標(biāo)準(zhǔn)鉭電容器，因?yàn)檫@類電容器價(jià)格合理、偏置電壓特性良好而且對(duì)物理振動(dòng)不起反應(yīng)。多個(gè)電容器并聯(lián)可獲得所需電壓額定值和凈電容，同時(shí)還可降低這些電容器導(dǎo)致的噪聲。

　　出于類似原因，第一個(gè)增益級(jí)構(gòu)件和第二個(gè)增益級(jí)構(gòu)件之間的隔離 / 濾波也選擇用鉭電容器實(shí)現(xiàn)。盡管使用鉭電容器后，第一級(jí)的增益會(huì)導(dǎo)致噪聲被放大，但是人們發(fā)現(xiàn)，陶瓷電容器的壓電響應(yīng)產(chǎn)生的信號(hào)超出了可接受水平。

　　幾乎任何類型的電容器都適合最后的輸出隔離 / 濾波網(wǎng)絡(luò)，這里選擇了陶瓷電容器。被放大并與電容器壓電響應(yīng)有關(guān)的噪聲現(xiàn)在足夠大，缺少 DC 偏移意味著電容器接近其預(yù)期值。第一增益級(jí)中的補(bǔ)償電容器以及巴特沃斯濾波器中使用的電容器是 C0G、NPO 或聚對(duì)苯二甲酸電容器，因?yàn)檫@類電容器的電介質(zhì)沒有或有很小的壓電效應(yīng)或 DC 偏置漂移。

　　怎樣給電路本身供電是最后一個(gè)重要決定。人們選擇用堿性電池作電源，這樣就可為所有級(jí)提供噪聲最小的電源，并防止設(shè)備中可能存在的地環(huán)路導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確。我們必須記住，這里采用的所有電路都不具備無限大的電源抑制能力，電源上的任何噪聲都可以到達(dá)輸出，并有可能影響測(cè)量結(jié)果。在選擇用任何基于電網(wǎng)的電源供電時(shí)，要仔細(xì)考慮這些因素。

　　實(shí)際的電路限制

　　放大器有一些實(shí)際限制是不能忽視的。如果電路提供 80dB 增益，那么輸入端的 100μVP-P 信號(hào)在輸出端將變成 1VP-P。用 ±4.5V 電源供電決定了輸出信號(hào)幅度低于 ±3.5V。因此，輸入不能接受總幅度超過 ±350μV 的信號(hào)，否則信號(hào)保真度就無法保證。就高斯 （Gaussian） 噪聲而言，預(yù)計(jì)最差情況的波峰因數(shù)為 10，那么用這個(gè)電路可測(cè)得的最大值僅為 70μVRMS。

　　從這里看出，確保鉭電容器正確偏置也很重要。就輸入隔離電容器而言，三極管幾乎在地電位上工作，因此正輸出電壓穩(wěn)壓器要求將電容器的正極連至穩(wěn)壓器輸出。相反，測(cè)量負(fù)的輸出電壓時(shí)，電容器要反過來連接。就第一級(jí)和第二級(jí)之間的 DC 隔離和濾波而言，電容器的負(fù)端應(yīng)該連至第一級(jí)。三極管的基極電流通過 499Ω 電阻器將其基極電壓拉至略負(fù)，這個(gè)略負(fù)的電壓通過第一級(jí)的 25 倍增益進(jìn)一步放大，因此要求電容器這樣取向。

　　校準(zhǔn)、驗(yàn)證和測(cè)量

　　一旦電路搭建完成，就需要驗(yàn)證增益和輸入?yún)⒖荚肼暋榱诵?zhǔn)增益，用 60dB 衰減把來自函數(shù)發(fā)生器的信號(hào)降至能夠避免放大器輸出以軌電壓運(yùn)行的水平。在 1kHz 中頻段頻率時(shí)，100mVP-P 從函數(shù)發(fā)生器進(jìn)入衰減器，調(diào)整最后的增益級(jí)中的電位器，以在輸出端提供 1VP-P。在 10Hz 至 1MHz 范圍來回調(diào)節(jié)頻率，以驗(yàn)證增益在想要的帶寬內(nèi)是平坦的。

　　增益和頻率響應(yīng)的驗(yàn)證是用網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行的。基準(zhǔn)信號(hào)通過 60dB 衰減器饋送給放大器輸入。3 個(gè)獨(dú)立的輸出作為測(cè)試點(diǎn)連接，并掃過整個(gè)頻率范圍。圖 3 顯示 3 個(gè)輸出中每一個(gè)的增益隨頻率的變化，突出顯示了卓越的平坦度和恰當(dāng)?shù)墓战穷l率。

　　圖 3：圖 1 電路的增益。濾波器響應(yīng)顯示，在想要的拐角頻率處有陡峭的滾降。

　　為了驗(yàn)證輸入?yún)⒖荚肼暎瑢⒎糯笃鬏斎攵探又恋兀瑴y(cè)量輸出端的噪聲。測(cè)量直接用 RMS 電壓表或示波器進(jìn)行。噪聲頻譜密度用頻譜分析儀觀看。所測(cè)得的寬帶輸出噪聲頻譜密度 （如圖 4 所示） 有 1/f 噪聲，拐角頻率為 200Hz，在 200Hz 至 1MHz 范圍內(nèi)呈現(xiàn) 5μV/√Hz 白噪聲特性。用 80dB 增益除以這個(gè)噪聲數(shù)值，得出輸入?yún)⒖荚肼暿?500pV/√Hz，略高于目標(biāo)值。即使有 1/f 分量，這一數(shù)值也相當(dāng)于在 10Hz 至 100kHz 帶寬內(nèi)有 0.15μVRMS，這個(gè)數(shù)值足夠低，可以有把握地在相同的帶寬上測(cè)量 1μVRMS。測(cè)量結(jié)果與示波器上測(cè)得的峰至峰值噪聲有良好的相關(guān)性，如圖 5 所示。

　　圖 4：輸入短接至地時(shí)放大器的噪聲頻譜密度顯示出有 1/f 分量。除以 80dB 電路增益，就可產(chǎn)生輸入?yún)⒖荚肼暋?/p>

　　圖 5：輸入短接至地時(shí)的峰至峰值放大器噪聲 （100kHz 范圍） 與噪聲頻譜密度相關(guān)。

　　測(cè)量仍然不是一項(xiàng)簡(jiǎn)單的任務(wù)

　　在這個(gè)電路的設(shè)計(jì)和測(cè)試期間，出現(xiàn)了幾種不太明顯的影響，這顯示出測(cè)量超低噪聲的難度。將輸入短接至地并將輸出連至示波器，揭示出很多用 RMS 電壓表或頻譜分析儀看不到的信息。用陶瓷電容器進(jìn)行輸入濾波和第二級(jí)濾波時(shí)，只用手指敲擊實(shí)驗(yàn)臺(tái)就會(huì)產(chǎn)生很大的信號(hào)擺幅，從而顯示出陶瓷電容器的壓電特性。這使得人們轉(zhuǎn)而采用固鉭電容器。

　　還有一種明顯的影響是，待測(cè)噪聲如此之小，以至于需要不同尋常的測(cè)量方法，以確保得到可靠的測(cè)量結(jié)果。將放大器電路板放在型號(hào)較舊的示波器前面，就會(huì)顯示規(guī)則的 20kHz 信號(hào) （就像示波器內(nèi)有一個(gè)開關(guān)穩(wěn)壓器），該信號(hào)的幅度大于輸入?yún)⒖荚肼暋？拷鼘?shí)驗(yàn)臺(tái)上的萬用表放置放大器電路板，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)很大的 60Hz 信號(hào)。圖 6 顯示，當(dāng)放大器放置在加電示波器前面幾英寸的地方時(shí)，放大器是多么靈敏。在上述兩種情況下，將電路板從設(shè)備附近拿開，或者改變電路板的朝向，都會(huì)改變信號(hào)幅度，而關(guān)斷設(shè)備則會(huì)消除信號(hào)。在鉛筆末端纏繞幾個(gè)導(dǎo)線回路，將這連至函數(shù)發(fā)生器，以在不同頻率時(shí)作為小型天線使用。不出所料，電路板上的某些區(qū)域有一些電路回路與實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)備中的電感器和變壓器發(fā)生了磁耦合。為此進(jìn)行了一些布局改進(jìn)，以幫助最大限度減少回路，不過顯而易見的是，需要外部屏蔽。

　　圖 6：輸入短接至地和靠近示波器時(shí)，所顯示的信號(hào)突出表明放大器電路板對(duì)磁場(chǎng)的靈敏度。

　　屏蔽盒結(jié)構(gòu)

　　圖 7 和圖 8 顯示了用來放置噪聲放大器電路板的屏蔽盒之內(nèi)部結(jié)構(gòu)。放大器電路板與 6 節(jié) D 號(hào)堿性電池一起放置在屏蔽盒內(nèi)，該屏蔽盒是用 0.050“ 厚的 Mu Metal 做成的，以針對(duì)低頻磁場(chǎng)提供良好的屏蔽效果。然后，將這屏蔽盒放入一個(gè)由 2 盎司覆銅板做成的盒子中，兩個(gè)盒子之間留出 1/2’’ 空隙，之所以選擇覆銅板，是要針對(duì)較高頻率提供良好的屏蔽效果。最后，將這兩個(gè)盒子放入一個(gè)不銹鋼盒 （一個(gè)再利用的餅干盒） 中，以針對(duì)磁場(chǎng)提供一定程度的初始屏蔽，盒間依然留出 1/2’’ 空隙。各個(gè)盒之間的 1/2’’ 空氣隙幫助衰減磁場(chǎng)。附錄 A “用于磁場(chǎng)屏蔽的材料”一文探討了對(duì)低頻磁場(chǎng)屏蔽有用的材料。

　　圖 7：屏蔽盒結(jié)構(gòu) （不銹鋼盒內(nèi)套銅板盒再內(nèi)套 Mu Metal 盒） 以衰減磁場(chǎng)。

　　圖 8：詳細(xì)的屏蔽盒結(jié)構(gòu)。請(qǐng)注意，僅輸入同軸纜屏蔽層連至金屬屏蔽盒，以防止產(chǎn)生地回路。

　　關(guān)于屏蔽盒的構(gòu)造，需要提及幾個(gè)重要的方面。內(nèi)部放大器電路板用同軸電纜將信號(hào)從電路板送出來，送到輸入和輸出 BNC 連接器。不過，必須注意同軸纜屏蔽層的連接。僅輸入屏蔽層連至電路板的地平面和最外層的不銹鋼盒。輸入和輸出 BNC 屏蔽層都連至不銹鋼盒，同時(shí)輸入和輸出端的同軸纜屏蔽層都連至電路板地。如果輸出屏蔽層也連至不銹鋼盒，那么就會(huì)形成一個(gè)地回路，這可能會(huì)增強(qiáng)雜散磁場(chǎng)。每一層屏蔽盒都通過金屬螺釘和支架與其外面一層屏蔽盒實(shí)現(xiàn)電氣連接，放大器電路板用阻焊層隔離。這樣一來，無需在內(nèi)部連至放大器電路板的地平面，就可以實(shí)現(xiàn)屏蔽盒之間的連接，這樣就不會(huì)產(chǎn)生可能的回路。最后，不銹鋼本身可以增大衰減：不銹鋼盒體與盒蓋的內(nèi)外邊緣經(jīng)過打磨，以清除裝飾漆和保護(hù)層，確保盒體與盒蓋之間有良好的電氣接觸。

　　值得一提的是，即使所有聯(lián)注放在屏蔽電路上，但是電壓頻率場(chǎng)依然足夠強(qiáng)以直接影響噪聲曲線，如圖 4 所示。幸運(yùn)的是，屏蔽足夠有效，能夠最大限度減小這些場(chǎng)產(chǎn)生的信號(hào)。即便如此，在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，人們還是應(yīng)該充分意識(shí)到與電路相互影響的各種場(chǎng)的潛力。

　　測(cè)量穩(wěn)壓器輸出噪聲

　　一旦放大器檢查和校準(zhǔn)完畢，就進(jìn)行實(shí)際噪聲測(cè)量。要想準(zhǔn)確測(cè)量線性穩(wěn)壓器的輸出噪聲并獲得反映真實(shí)情況的結(jié)果，就要格外注意 DUT 屏蔽、組件選擇、布局和電纜管理。圖 9 顯示了用來測(cè)試一個(gè)線性穩(wěn)壓器的配置，突出顯示了用來避免磁場(chǎng)干擾測(cè)量結(jié)果的結(jié)構(gòu)和屏蔽方法。在任何給定時(shí)間只有一個(gè)儀器連接以排除破壞測(cè)量的接地回路。

　　圖 9：進(jìn)行噪聲測(cè)量的實(shí)驗(yàn)臺(tái)配置。屏蔽盒中放置了噪聲放大器。由于線性穩(wěn)壓器具備低輸出阻抗，所以沒有必要屏蔽，但是磁場(chǎng)仍然有可能影響輸出。

　　選擇用電池作為電源給線性穩(wěn)壓器供電的理由與選擇用電池給放大器供電是相同的，目的是測(cè)量線性穩(wěn)壓器的噪聲，而不是確定電源抑制特性。穩(wěn)壓器不需要屏蔽，因?yàn)榉€(wěn)壓器具備低輸出阻抗，因此非常不容易受到低頻磁場(chǎng)的影響。連接穩(wěn)壓器輸出和噪聲放大器時(shí)，需要使用短的桶形連接器，因?yàn)殚L(zhǎng)的軟電纜由于靜電效應(yīng)會(huì)引入誤差。

　　放大器輸出直接饋送到示波器中，以測(cè)量峰至峰值噪聲。如圖 10 所示，LT3042 的峰至峰值噪聲為 4μVP-P。同一穩(wěn)壓器的頻譜分析儀曲線 （如圖 11 所示） 顯示了在不同 SET 引腳電容時(shí)產(chǎn)生的噪聲。10Hz 至 100kHz RMS 噪聲作為 SET 引腳電容的函數(shù)顯示在圖 12 中。

　　圖 10：LT3042 在 10Hz 至 100kHz 帶寬上的噪聲。RMS 噪聲為 0.8μVRMS。

　　圖 11：噪聲頻譜密度曲線顯示了 LT3042 的 SET 引腳電容增大的影響。

　　圖 12：在 10Hz 至 100kHz 帶寬上，SET 引腳電容增大，RMS 噪聲降低。

　　測(cè)量 RMS 噪聲要求更加仔細(xì)地選擇儀器。并不是所有 RMS 電壓表都“生而平等”，請(qǐng)查閱摘自《應(yīng)用指南 83》（Application Note 83） 文章 “Performance Verification of Low Noise， Low Dropout Regulators” （低壓差穩(wěn)壓器的低噪聲性能驗(yàn)證） 中附錄 C 的 “UNDERSTANDING AND SELECTING RMS VOLTMETERS”（了解和選擇 RMS 電壓表），以了解有關(guān) RMS 電壓表的種類以及各種電壓表性能的信息。這份附錄列出了很多不同的 RMS 電壓表，并突出說明了為什么有些電壓表有很大誤差，因而導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果比實(shí)際情況更加樂觀的問題。