線性穩(wěn)壓器具 2nV/√Hz 噪聲和 120dB 電源抑制
圖 13：驅(qū)動(dòng)器電路板使 AC 和 DC 電壓相加，以在頻率直至 10MHz 時(shí)提供數(shù)安培電流。
將這個(gè)電路連接到 DUT 時(shí)，需要提到的一個(gè)主要說(shuō)明是：穩(wěn)壓器不應(yīng)該使用輸入電容。第一個(gè)原因是，該電路沒(méi)有為驅(qū)動(dòng)電容性負(fù)載而優(yōu)化，可能產(chǎn)生振蕩。第二個(gè)原因是，這個(gè)電路不能吸取電流，必須有負(fù)載存在以給輸入電容器放電，尤其是在頻率增大時(shí)。在 10MHz 跨一個(gè) 1µF 電容器提供一個(gè) 50mVP-P 正弦信號(hào)時(shí)，需要超過(guò) 3A 充電和放電電流，以防止信號(hào)失真。如果在小輸出電流 (低于 100mA) 時(shí)進(jìn)行測(cè)量，那么就要預(yù)加載，以確保提供給穩(wěn)壓器的信號(hào)保真度。
未雨綢繆
當(dāng)穩(wěn)壓器具備很高的電源抑制時(shí)，就必須仔細(xì)考慮儀器的細(xì)節(jié)問(wèn)題。如果穩(wěn)壓器提供 100dB 電源抑制，那么 50mVP-P 輸入信號(hào)在輸出端就被降至 0.5µVP-P。可以提高輸入信號(hào)幅度，但在某些點(diǎn)上將發(fā)生從小信號(hào)響應(yīng)向大信號(hào)響應(yīng)的轉(zhuǎn)變。
就一個(gè)具備很高電源抑制的穩(wěn)壓器而言，輸出信號(hào)的小幅度可與該器件的噪聲幅度相比，或者比器件的噪聲幅度還小。這建議我們應(yīng)該像放大噪聲一樣地放大信號(hào)，以能夠進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量。即使這么做了，輸出信號(hào)也常常被噪聲淹沒(méi)。幸運(yùn)的是，新式示波器提供求取平均值的功能，使人們能夠從噪聲中抽取出信號(hào)。隨機(jī)噪聲的平均值為零。輸入信號(hào)提供所需的觸發(fā)信號(hào)。
無(wú)論信號(hào)是否被放大，測(cè)量電源抑制時(shí)，還可能出現(xiàn)其他一些問(wèn)題。輸入和輸出信號(hào)必須同時(shí)測(cè)量，人們需要知道輸入和輸出幅度，以確定該器件的抑制性能。測(cè)量配置的方框圖如圖 14 所示。
圖 14：電源抑制測(cè)量配置的方框圖顯示了地回路。將單端放大器轉(zhuǎn)換成差分放大器可解決地回路問(wèn)題。
值得一提的是，在這個(gè)方框圖中，存在可能破壞測(cè)量結(jié)果的地回路。第一個(gè)地回路是通過(guò)兩個(gè)示波器通道的公共地形成的。這個(gè)地回路從信號(hào)放大器中通過(guò)，回路中的任何信號(hào)都會(huì)破壞電源抑制測(cè)量結(jié)果，使測(cè)量結(jié)果不能反映實(shí)際性能。對(duì)這個(gè)問(wèn)題的解決辦法是，將信號(hào)放大器從單端電路變成全差分電路。這么做了以后，兩個(gè)回路都被斷開了，這樣就保證了測(cè)量保真度。第二個(gè)地回路 (圖 14 中沒(méi)有顯示) 通過(guò) AC 線路地到達(dá)第一個(gè)示波器通道。這個(gè)回路對(duì)誤差貢獻(xiàn)最小，因?yàn)橄啾戎滤行盘?hào)都是大信號(hào)。
用簡(jiǎn)單放大器實(shí)現(xiàn)差分輸入
一個(gè)簡(jiǎn)單放大器如圖 15 所示。這個(gè)放大器在輸入端使用了全差分增益級(jí)，增益為 40dB，其后是一個(gè)差分至單端轉(zhuǎn)換器，提供另外 20dB 增益。每個(gè)輸入端都有一個(gè) 200Hz 高通濾波器以隔離 DC。之所以選擇 LTC6409，是因?yàn)樵撈骷峁┖艽蟮?10GHz 增益帶寬積。第二級(jí)由 LT1818 組成，配置為一個(gè)差分至單端轉(zhuǎn)換器，增益為 20dB。
圖 15：簡(jiǎn)單的差分至單端放大器提供 60dB 增益
這個(gè)放大器組合的輸入?yún)⒖荚肼曔\(yùn)行大約 1.4nV/√Hz，這意味著我們預(yù)期應(yīng)該測(cè)得低于 2.2µVP-P 的噪聲。同時(shí)，我們預(yù)期穩(wěn)壓器本身有 4µVP-P 噪聲。我們預(yù)期在穩(wěn)壓器輸出端有 0.5µVP-P 信號(hào)，與該信號(hào)相比，這個(gè)噪聲完全淹沒(méi)了我們?cè)噲D測(cè)量的信號(hào)。不過(guò)，惟一的可取之處是噪聲的隨機(jī)性，噪聲的平均值為零：使用具備存儲(chǔ)器的新式示波器求取平均值后，就可得到隱藏在噪聲中的信號(hào)。
改進(jìn)差分放大器
極高性能線性穩(wěn)壓器測(cè)量變得更加棘手。輸出信號(hào)僅獲得 60dB 增益時(shí)，0.5µVP-P 信號(hào)就變成了 0.5mVP-P。這么小的幅度已經(jīng)接近很多高端示波器 1X 探頭的測(cè)量門限了。將線性穩(wěn)壓器輸入幅度提高 10 倍，會(huì)增加空間，但是如果穩(wěn)壓器抑制再增加 20dB，那么問(wèn)題就會(huì)再次出現(xiàn)。
圖 16 顯示了怎樣實(shí)現(xiàn)更高性能的放大器。該放大器基于圖 2 所示噪聲放大器和圖 15 所示差分至單端放大器�，F(xiàn)在，每一級(jí)所用的 LT1818 換成了 LT1994 差分放大器，LT1994 向差分三極對(duì)管反饋信號(hào)，三極對(duì)管仍然由 THAT300 三極管陣列組成。第二個(gè)差分增益級(jí)由另一個(gè) LT1994 組成，之后通過(guò)第一個(gè) LT6232 轉(zhuǎn)換成單端測(cè)量電路。面向高通和巴特沃斯濾波器的后續(xù)各級(jí)與圖 2 中相同。電路響應(yīng)的校準(zhǔn)和驗(yàn)證與低噪聲放大器相同。
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