線性穩(wěn)壓器具 2nV/√Hz 噪聲和 120dB 電源抑制
測量穩(wěn)壓器輸出噪聲
一旦放大器檢查和校準完畢，就進行實際噪聲測量。要想準確測量線性穩(wěn)壓器的輸出噪聲并獲得反映真實情況的結(jié)果，就要格外注意 DUT 屏蔽、組件選擇、布局和電纜管理。圖 9 顯示了用來測試一個線性穩(wěn)壓器的配置，突出顯示了用來避免磁場干擾測量結(jié)果的結(jié)構(gòu)和屏蔽方法。在任何給定時間只有一個儀器連接以排除破壞測量的接地回路。
圖 9：進行噪聲測量的實驗臺配置。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，因為穩(wěn)壓器具備低輸出阻抗，因此非常不容易受到低頻磁場的影響。連接穩(wěn)壓器輸出和噪聲放大器時，需要使用短的桶形連接器，因為長的軟電纜由于靜電效應(yīng)會引入誤差。
放大器輸出直接饋送到示波器中，以測量峰至峰值噪聲。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。
測量 RMS 噪聲要求更加仔細地選擇儀器。并不是所有 RMS 電壓表都“生而平等”，請查閱摘自《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)致測量結(jié)果比實際情況更加樂觀的問題。
測量穩(wěn)壓器電源抑制
與噪聲測量同等重要
線性穩(wěn)壓器的電源抑制與輸出電壓噪聲同樣至關(guān)重要。如果電源抑制性能不佳，即使噪聲最低的穩(wěn)壓器也會使不想要的信號通過，到達輸出，這樣的信號到達輸出后可能淹沒穩(wěn)壓器的噪聲。人們常常使用開關(guān)穩(wěn)壓器作為預(yù)穩(wěn)壓器，以提供效率、噪聲、瞬態(tài)響應(yīng)和輸出阻抗的最佳組合。
大多數(shù)最先進的開關(guān)穩(wěn)壓器都在 100kHz 至 4MHz 頻率范圍內(nèi)工作。即使采用 ESR 最低的電容器，開關(guān)穩(wěn)壓器能量傳送的脈沖性也會導(dǎo)致在開關(guān)頻率上出現(xiàn)輸出電壓紋波。在噪聲敏感的視頻、通信以及其他類型的電路中，這些紋波信號會引起問題。凌力爾特 2005 年 7 月發(fā)布了《應(yīng)用指南 101》(Application Note 101)，題為“Minimizing Switching Regulator Residue in Linear Regulator Outputs”(最大限度降低開關(guān)穩(wěn)壓器信號在線性穩(wěn)壓器輸出中的殘留)，文中已經(jīng)探討了這個問題。
凌力爾特最近推出的線性穩(wěn)壓器之電源抑制為 80dB 及更大范圍。LT3042 在某些頻率上電源抑制接近 120dB。為了測試電源抑制，輸入必須保持在足夠低的幅度，以確保測試的是穩(wěn)壓器的小信號響應(yīng)而不是大信號響應(yīng)，當(dāng)然信號也必須足夠大，以在輸出端提供可測量的信號。此外，疊加了 AC 信號的輸入 DC 信號一定不能使穩(wěn)壓器產(chǎn)生壓差或進入其他不想進入的工作區(qū)。
驅(qū)動 DUT
測試穩(wěn)壓器電源抑制性能時，第一件必做之事就是提供一個將受到抑制的信號。這可不是僅將頻率發(fā)生器連接到穩(wěn)壓器上而已，而是復(fù)雜得多。AC 信號必須疊加在 DC 偏移之上，并能夠在加載情況下提供所需電流。
Jim Williams 開發(fā)了用來實現(xiàn)這一目的的電路，如圖 13 所示。在這個電路中，DC 基準電壓由 A2 產(chǎn)生，并在 A1 的負輸入端與 AC 信號疊加。A1 輸出驅(qū)動達林頓連接的三極管，而三極管與鎮(zhèn)流電阻器連接，可把這些電路組并聯(lián)以提供高達 5A 的輸出電流。
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