导言
在许多电路运用中，无噪声、杰出安稳的电源关于完结最佳功用是很重要。压控振动器 (VCO) 和精确的压控晶体振动器 (VCXO) 会敏捷呼应电源的细小改动。锁相环 (PLL) 需求安稳的电源，由于电源上的信号会直接改变成输出的相位噪声。RF 扩大器需求无噪声电源，由于这类扩大器短少按捺电源改动的才干，并且稳压器改动将以不想要的边带信号办法呈现，下降了信噪比。低噪声扩大器和模数转化器 (ADC) 不具有无限大的电源按捺才干，稳压器输出越洁净，功用就越高。上面仅列举了几种需求线性稳压器供给无噪声电源轨的比如，那么怎样才干保证稳压器按规矩运转呢?
电源一旦建立结束就能够确认，关于其运用而言，电源是否具有满足低的噪声。振动器的相位噪声能够丈量，然后，相关于用一个已知和功用杰出的电源完结之成果，对丈量成果进行比较。还要查看 ADC，以保证得到最多位数。这些丈量作业比较难，需求消耗许多时刻，假如可不进行费用昂扬的试验就可保证噪声满足低，那会更好。
除了噪声，还有必要考虑线性稳压器的电源按捺才干。线性稳压器电源按捺才干欠安会给开关稳压器留下剩下信号或带来其他不想要的信号，然后损坏为保证具有洁净的电源所支付的艰苦尽力。假如电源按捺才干欠安，留下了满足吞没噪声的信号，那么稳压器的噪声即便极低，也是没有价值的。
丈量输出电压噪声
静噪不是新鲜事
噪声问题很早曾经就开端提及了。2000 年 3 月凌力尔特发布了《运用攻略 83》(Application Note 83)，题为 “低压差稳压器的低噪声功用验证” (Performance Verification of Low Noise, Low Dropout Regulators)，文中具体叙说了一种丈量办法，能够有把握地丈量低至 4µVRMS 的稳压器输出电压噪声。该运用攻略中所用的扩大器电路和滤波器在 10Hz 至 100kHz 带宽时供给 60dB 增益。这是一个杰出的起点，能够有把握地丈量噪声水平。
比如 LT3042 等最新线性稳压器现已投产，其输出电压噪声低得多。在《运用攻略 83》发布前后推出的该系列稳压器在 10Hz 至 100kHz 频带上的噪声约为 20µVRMS，而现在 LT3042 在相同频带上的噪声低至 0.8µVRMS。回忆《运用攻略 83》中的电路能够看出，输入参阅噪声层为 0.5µVRMS，当丈量低至 4µVRMS 的噪声时，差错低于 1%。在输出噪声为 0.8µVRMS 的现在，这样的噪声层就不可承受了，由于稳压器自身的作业噪声仅略高于丈量电路。这相当于简直高达 20% 的差错，然后使丈量电路成为过于重要的要素，以至于不能有把握地丈量信号。
丈量低于 1µVRMS 的噪声不是一项微乎其微的使命。在 10Hz 至 100kHz 丈量频带上逆推，这相当于 3.16nV/√Hz 噪声频谱密度 (假定噪声为白噪声)。这就相当于 625Ω 电阻器发生的热噪声。以 5% 的差错丈量这么大的噪声，要求仪器有一个 1nV/√Hz 的输入参阅噪声，而 1% 内的差错丈量则要求 450pV/√Hz 的输入参阅噪声。
进行什么样的丈量?
咱们现在对仪器要求的噪声层已有所了解，可是还有一个问题，即要害频率规模以及用什么仪器丈量所发生的噪声。为了丈量噪声频谱密度，能够简略地经过低噪声增益级 馈送稳压器输出，然后再馈送到频谱分析仪中，然后将不想要的频率从丈量中阻隔出去。假如想丈量峰至峰值或 RMS 噪声，那么在低噪声增益级上要保证带阻，以保证仅丈量在想要的带宽内的信号。
常用的宽带噪声丈量频率规模为 10Hz 至 100kHz。这个规模包含音频频带，可保证经过 RF 传送的基带数据发生最小的边带信号。锁相环中运用的低噪声稳压器和高精确度外表要求在较高的频率上进行丈量 (高达 1MHz 及以上)，因而咱们不应该将自己约束到仅 100kHz 规模。抱负状况下，带阻会在想要的频率上完结肯定的砖墙式滤波，但电路规划的实践使咱们无法完结这样的效果。挑选较高阶的巴特沃斯 (Butterworth) 滤波器, 以坚持所重视频率规模内的最大平整度及其供给更好砖墙式近似的才干。滤波器的阶数由其等效噪声带宽 (ENB) 引进的差错决议：二阶低通巴特沃斯滤波器的 ENB 为 1.11fH，所发生的差错太大。4 阶滤波器的 ENB 降至 1.026fH，所发生的差错约为 1.3%。更高阶的滤波器会添加不必要的杂乱性和本钱，所带来的功用改善却很小。4 阶滤波器的差错加上输入参阅噪声所引进的差错，若要以 5% 内的差错进行丈量，则要求来自扩大器的输入参阅噪声之最大差错不超越 1%。
电路增益也有必要考虑。假如增益太低，丈量仪器的噪声会加进来，像扩大器的输入噪声相同，危害丈量成果的精确性。一同，仪器或许不行活络，无法供给牢靠的丈量成果。就 RMS 噪声丈量而言，HP3400A RMS 电压表的底部规模为 1mV，因而 60dB 是肯定最低增益。根据现在可取得的商用频谱分析仪 (并且可从二手市场取得) 之噪声层数据，人们决议 80dB 时会有最佳的作业体现。
稳压器丈量时须考虑的要素
噪声丈量电路的方框图如图 1 所示。首先是 DC 阻隔构件，接下来是超低噪声增益级以 AV = 25 将输入扩大。然后是一个 5Hz 的单阶高通滤波器至另一个 AV = 20 的增益构件。接下来是一个 10Hz 二阶 Sallen-Key 滤波器和终究的 AV = 20 之增益级，到此净增益抵达了 1 万倍或 80dB。再后边是 3 个可选输出之一，挑选哪一个取决于想要的高端频率。3 个可选输出或其频率规模分别是 1MHz 约束、前述的 100kHz 带阻、以及抵达所用增益级极限的 (在 3MHz y量到 -3dB 频率) 宽带输出。每种输出之后都是终究的 5Hz 高通滤波器，以阻隔任何残留 DC 信号。
图 1：面向噪声测验的滤波器和增益挑选。巴特沃斯滤波器供给适宜的频率呼应。
实践电路如图 2 所示。这儿 DC 阻隔是用 680µF 电容器和紧随这今后的 499Ω电阻器组成。电容和电阻值的挑选是该电路须做出的首要权衡之一。电阻器的值有必要满足低，以便这今后一级的基极电流不会引起极大的 DC 差错。不过，假如所选电阻值太低，该滤波器所需电容就会变得极之大。对所测验的稳压器而言，低电阻值还有或许使该滤波器成为频率补偿的组成部分，然后改动所测得的成果。电流值构成了 0.5Hz 高通滤波器。
图 2：图 1 所示方框图的实践电路。并联的各级每个都装备了低噪声三极管差分电路，以下降噪声，一同进步增益。
榜首个增益级的架构至关重要。这一级有必要供给固定增益，一同在O低的入参阅噪声作业。在题为 “775 Nanovolt Noise Measurement for A Low Noise Voltage Reference” (针对低噪声电压基准的 775 毫微伏噪声丈量) 的《运用攻略 124》(Application Note 124) 中，介绍了已故的 Jim Williams 所做的作业，以此为基础，挑选用三极管差分对驱动运算扩大器的输入，以供给最佳带宽，一同依然坚持低噪声。以大约 80 倍的增益驱动差分对意味着，这对三极管的噪声起主导效果，而运算扩大器的噪声不是十分重要的要素。
超低噪声扩大器榜首增益级由两对匹配的 THAT300 三极对管并联组成 (以下降输入参阅噪声)，接着是 LT1818，该器材装备为使这一级供给 25 倍的总增益。单一 SO-14 封装中包含 4 个 THAT300 三极管，供给杰出的匹配特性 (典型值为 500µV VBE) 和 800pV/√Hz 的典型噪声。挑选 LT1818 是为了完结高增益-带宽积。
输入三极对管和扩大器级并联，可在不献身增益的前提下改善噪声层。人们都知道，扩大器电路并联时，发生电压噪声压差，N 级并联时使噪声下降为 1/√N。三极对管并联使有用噪声降至 800pV/√Hz。之后，经过并联 4 个完好的输入级，这个噪声会进一步下降，再下降 2 倍，至 400pV/√Hz。后续添加的噪声源很小，然后使咱们能够挨近 1% 精确度所要求的 450pV/√Hz。
在榜首增益级之后，330µF 电容器和 100Ω 电阻器对任何偏移供给 DC 阻隔，而偏移是三极管差分对和运算扩大器所固有的。这还供给 5Hz 高通滤波器，然后有助于供给想要的低频带阻。一切 4 个输入级合起来构成第二个增益级，增益为 20 倍。这时，输入现已得到了扩大，因而运算扩大器的噪声再次成为影响很小的要素。
10Hz 二阶高通滤波器是一个简略的单位增益 Sallen-Key 滤波器。进步这个滤波器的 Q 值，以协助补偿单一 5Hz 高通滤波器级的频率呼应，并为整个电路供给一个 10Hz 的 3dB 点。别的，这一级的 DC 阻隔防止或许在前一级现已被扩大的任何偏移再次被扩大。假如不能在不同的级之间阻隔 DC 信号，就有或许导致将扩大器驱动到其轨电压上，然后使丈量成果无效。每个增益级之间都放置了一个滤波器，以防止 DC 信号经过，一同供给低端带阻。
终究一级是一个简略的负输出扩大器，具可调增益以补偿组件值的改动。从这儿开端，该电路分成了 3 个输出级。最大带宽直接来自一个跟从器，然后防止了低通滤波，并在满增益噪声吞吐量状况下，供给 3MHz 的最大带宽。第二个输出选用了 1MHz 4 阶巴特沃斯低通滤波器，终究一个输出选用 100kHz 4 阶巴特沃斯低通滤波器。一切这 3 个级都运用一个终究在 5Hz 的 DC 阻隔 RC 滤波器。
组件挑选很重要
对任何电路而言，挑选正确的组件都很重要，可是谈到超低噪声丈量时，挑选正确的组件甚至会更要害。噪声扩大器中最要害的点是输入级，一旦确认了这榜首级，许多困难也就变小了。用来直接在输入端完结 DC 阻隔的 RC 滤波器有必要细心考虑。
电阻器的挑选没有许多争议，与薄膜电阻器比较，金属薄膜电阻器用来保证低 1/f 噪声。电容器则彻底是另一回事，有必要细心考虑。在《运用攻略 124》(Application Note 124) 中，运用了一种贵重的液钽电容器，以供给很低的 1/f 噪声，这种电容器是手艺挑选的，以选出低走漏器材。在以低至 0.1Hz 频率作业时，这些特性愈加重要。针对宽带噪声选用 10Hz 低频带阻时，较低价格的电容器能够供给可承受的功用。大型多层陶瓷电容器是一种糟糕的挑选，由于它们本质上是一种压电器材，任何机械振动会把信号注入到电路中，敏捷地超越所测噪声水平。此外，电压系数根据稳压器输出电压引起角落频率改动，这个特性是不想要的。钽和铝电解质电容器价格不贵，也没有电压系数或机械活络性问题。曾经会考虑聚对苯二甲酸薄膜电容器等愈加贵重的电容器，可是低可用性、高本钱和短少功用改善使这类电容器被扫除在外了。
即便选用那些或许的挑选，电容器也的确显现出有必要细心考虑的噪声特性。大型多层陶瓷电容器能够以低噪声作业，可是现已被扫除在外，由于它们对机械振动活络。钽和铝电解质电容器发生较高的噪声 (见参阅资猜中 Sikula 等编撰的文章，以了解进一步的信息)。终究挑选了规范钽电容器，由于这类电容器价格合理、偏置电压特性杰出并且对物理振动不起反响。多个电容器并联可取得所需电压额定值和净电容，一同还可下降这些电容器导致的噪声。
出于相似原因，榜首个增益级构件和第二个增益级构件之间的阻隔 / 滤波也挑选用钽电容器完结。虽然运用钽电容器后，榜首级的增益会导致噪声被扩大，可是人们发现，陶瓷电容器的压电呼应发生的信号超出了可承受水平。
简直任何类型的电容器都合适终究的输出阻隔 / 滤波网络，这儿挑选了陶瓷电容器。被扩大并与电容器压电呼应有关的噪声现在满足大，短少 DC 偏移意味着电容器挨近其预期值。榜首增益级中的补偿电容器以及巴特沃斯滤波器中运用的电容器是 C0G、NPO 或聚对苯二甲酸电容器，由于这类电容器的电介质没有或有很小的压电效应或 DC 偏置漂移。
怎样给电路自身供电是终究一个重要决议。人们挑选用碱性电池作电源，这样就可为一切级供给噪声最小的电源，并防止设备中或许存在的地环路导致丈量成果不精确。咱们有必要记住，这儿选用的一切电路都不具有无限大的电源按捺才干，电源上的任何噪声都能够抵达输出，并有或许影响丈量成果。在挑选用任何根据电网的电源供电时，要细心考虑这些要素。
实践的电路约束
扩大器有一些实践约束是不能忽视的。假如电路供给 80dB 增益，那么输入端的 100µVP-P 信号在输出端将变成 1VP-P。用 ±4.5V 电源供电决议了输出信号起伏低于 ±3.5V。因而，输入不能承受总起伏超越 ±350µV 的信号，不然信号保真度就无法保证。就高斯 (Gaussian) 噪声而言，估量最差状况的波峰因数为 10，那么用这个电路可测得的最大值仅为 70µVRMS。
从这儿看出，保证钽电容器正确偏置也很重要。就输入阻隔电容器而言，三极管简直在地电位上作业，因而正输出电压稳压器要求将电容器的正极连至稳压器输出。相反，丈量负的输出电压时，电容器要反过来衔接。就榜首级和第二级之间的 DC 阻隔和滤波而言，电容器的负端应该连至榜首级。三极管的基极电流经过 499Ω 电阻器将其基极电压拉至略负，这个略负的电压经过榜首级的 25 倍增益进一步扩大，因而要求电容器这样取向。
校准、验证和丈量
一旦电路建立完结，就需求验证增益和输入参阅噪声。为了校准增益，用 60dB 衰减 把来自函数发生器的信号降至能够防止扩大器输出以轨电压运转的水平。在 1kHz 中频段频率时，100mVP-P 从函数发生器进入衰减器，调整终究的增益级中的电位器，以在输出端供给 1VP-P。在 10Hz 至 1MHz 规模来回调理频率，以验证增益在想要的带宽内是平整的。
增益和频率呼应的验证是用网络分析仪进行的。基准信号经过 60dB 衰减器馈送给扩大器输入。3 个独立的输出作为测验点衔接，并扫过整个频率规模。图 3 显现 3 个输出中每一个的增益随频率的改动，杰出显现了杰出的平整度和恰当的角落频率。
图 3：图 1 电路的增益。滤波器呼应显现，在想要的角落频率处有峻峭的滚降。
为了验证输入参阅噪声，将扩大器输入短接至地，丈量输出端的噪声。丈量直接用 RMS 电压表或示波器进行。噪声频谱密度用频谱分析仪观看。所测得的宽带输出噪声频谱密度 (如图 4 所示) 有 1/f 噪声，角落频率为 200Hz，在 200Hz 至 1MHz 规模内呈现 5µV/√Hz 白噪声特性。用 80dB 增益除以这个噪声数值，得出输入参阅噪声是 500pV/√Hz，略高于目标值。即便有 1/f 重量，这一数值也相当于在 10Hz 至 100kHz 带宽内有 0.15µVRMS，这个数值满足低，能够有把握地在相同的带宽上丈量 1µVRMS。丈量成果与示波器上测得的峰至峰值噪声有杰出的相关性，如图 5 所示。
图 4：输入短接至地时扩大器的噪声频谱密度显现出有 1/f 重量。除以 80dB 电路增益，就可发生输入参阅噪声。
图 5：输入短接至地时的峰至峰值扩大器噪声 (100kHz 规模) 与噪声频谱密度相关。
丈量依然不是一项简略的使命
在这个电路的规划和测验期间，呈现了几种不太显着的影响，这显现出丈量超低噪声的难度。将输入短接至地并将输出连至示波器，提醒出许多用 RMS 电压表或频谱分析仪看不到的信息。用陶瓷电容器进行输入滤波和第二级滤波时，只用手指敲击试验台就会发生很大的信号摆幅，然后显现出陶瓷电容器的压电特性。这使得人们转而选用固钽电容器。
还有一种显着的影响是，待测噪声如此之小，以至于需求不同寻常的丈量办法，以保证得到牢靠的丈量成果。将扩大器电路板放在类型较旧的示波器前面，就会显现规矩的 20kHz 信号 (就像示波器内有一个开关稳压器)，该信号的起伏大于输入参阅噪声。挨近试验台上的万用表放置扩大器电路板，就会发生一个很大的 60Hz 信号。图 6 显现，当扩大器放置在加电示波器前面几英寸的当地时，扩大器是多么活络。在上述两种状况下，将电路板从设备邻近拿开，或许改动电路板的朝向，都会改动信号起伏，而关断设备则会消除信号。在铅笔结尾环绕几个导线回路，将这连至函数发生器，以在不同频率时作为小型天线运用。果然如此，电路板上的某些区域有一些电路回路与试验台设备中的电感器和变压器发生了磁耦合。为此进行了一些布局改善，以协助最大极限削减回路，不过清楚明晰的是，需求外部屏蔽。
图 6：输入短接至地和挨近示波器时，所显现的信号杰出标明扩大器电路板对磁场的活络度。
屏蔽盒结构
图 7 和图 8 显现了用来放置噪声扩大器电路板的屏蔽盒之内部结构。扩大器电路板与 6 节 D 号碱性电池一同放置在屏蔽盒内，该屏蔽盒是用 0.050 厚的 Mu Metal 做成的，以针对低频磁场供给杰出的屏蔽效果。然后，将这屏蔽盒放入一个由 2 盎司覆铜板做成的盒子中，两个盒子之间留出 1/2’’ 空地，之所以挑选覆铜板，是要针对较高频率供给杰出的屏蔽效果。终究，将这两个盒子放入一个不锈钢盒 (一个再利用的饼干盒) 中，以针对磁场供给必定程度的初始屏蔽，盒间依然留出 1/2’’ 空地。各个盒之间的 1/2’’ 空气隙协助衰减磁场。附录 A “用于磁场屏蔽的资料”一文探讨了对低频磁场屏蔽有用的资料。
图 7：屏蔽盒结构 (不锈钢盒内套铜板盒再内套 Mu Metal 盒) 以衰减磁场。
图 8：具体的屏蔽盒结构。请留意，仅输入同轴缆屏蔽层连至金属屏蔽盒，以防止发生地回路。
关于屏蔽盒的结构，需求提及几个重要的方面。内部扩大器电路板用同轴电缆将信号从电路板送出来，送到输入和输出 BNC 衔接器。不过，有必要留意同轴缆屏蔽层的衔接。仅输入屏蔽层连至电路板的地平面和最外层的不锈钢盒。输入和输出 BNC 屏蔽层都连至不锈钢盒，一同输入和输出端的同轴缆屏蔽层都连至电路板地。假如输出屏蔽层也连至不锈钢盒，那么就会构成一个地回路，这或许会增强杂散磁场。每一层屏蔽盒都经过金属螺钉和支架与其外面一层屏蔽盒完结电气衔接，扩大器电路板用阻焊层阻隔。这样一来，无需在内部连至扩大器电路板的地平面，就能够完结屏蔽盒之间的衔接，这样就不会发生或许的回路。终究，不锈钢自身能够增大衰减：不锈钢盒体与盒盖的表里边际经过打磨，以铲除装修漆和保护层，保证盒体与盒盖之间有杰出的电气触摸。
值得一提的是，即便一切联注放在屏蔽电路上，可是电压频率场依然满足强以直接影响噪声曲线，如图 4 所示。走运的是，屏蔽满足有用，能够最大极限减小这些场发生的信号。即便如此，在进行丈量时，人们仍是应该充沛意识到与电路相互影响的各种场的潜力。
丈量稳压器输出噪声
一旦扩大器查看和校准结束，就进行实践噪声丈量。要想精确丈量线性稳压器的输出噪声并取得反映真实状况的成果，就要分外留意 DUT 屏蔽、组件挑选、布局和电缆办理。图 9 显现了用来测验一个线性稳压器的装备，杰出显现了用来防止磁场搅扰丈量成果的结构和屏蔽办法。在任何给定时刻只要一个仪器衔接以扫除损坏丈量的接地回路。
图 9：进行噪声丈量的试验台装备。屏蔽盒中放置了噪声扩大器。由于线性稳压器具有低输出阻抗，所以没有必要屏蔽，可是磁场依然有或许影响输出。
挑选用电池作为电源给线性稳压器供电的理由与挑选用电池给扩大器供电是相同的，意图是丈量线性稳压器的噪声，而不是确认电源按捺特性。稳压器不需求屏蔽，由于稳压器具有低输出阻抗，因而十分不简略遭到低频磁场的影响。衔接稳压器输出和噪声扩大器时，需求运用短的桶形衔接器，由于长的软电缆由于静电效应会引进差错。
扩大器输出直接馈送到示波器中，以丈量峰至峰值噪声。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) 显现了在不同 SET 引脚电容时发生的噪声。10Hz 至 100kHz RMS 噪声作为 SET 引脚电容的函数显现在图 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现了 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 噪声下降。
丈量 RMS 噪声要求愈加细心地挑选仪器。并不是一切 RMS 电压表都“生而平等”，请查阅摘自《运用攻略 83》(Application Note 83) 文章 “Performance Verification of Low Noise, Low Dropout Regulators” (低压差稳压器的低噪声功用验证) 中附录 C 的 “UNDERSTANDING AND SELECTING RMS VOLTMETERS”(了解和挑选 RMS 电压表)，以了解有关 RMS 电压表的品种以及各种电压表功用的信息。这份附录列出了许多不同的 RMS 电压表，并杰出阐明晰为什么有些电压表有很大差错，因而导致丈量成果比实践状况愈加达观的问题。
丈量稳压器电源按捺
与噪声丈量平等重要
线性稳压器的电源按捺与输出电压噪声相同至关重要。假如电源按捺功用欠安，即便噪声最低的稳压器也会使不想要的信号经过，抵达输出，这样的信号抵达输出后或许吞没稳压器的噪声。人们常常运用开关稳压器作为预稳压器，以供给功率、噪声、瞬态呼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 频率规模内作业。即便选用 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呈现输出电压纹波。在噪声活络的视频、通讯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《运用攻略 101》(Application Note 101)，题为“Minimizing Switching Regulator Residue in Linear Regulator Outputs”(最大极限下降开关稳压器信号在线性稳压器输出中的残留)，文中现已探讨了这个问题。
凌力尔特最近推出的线性稳压器之电源按捺为 80dB 及更大规模。LT3042 在某些频率上电源按捺挨近 120dB。为了测验电源按捺，输入有必要坚持在满足低的起伏，以保证测验的是稳压器的小信号呼应而不是大信号呼应，当然信号也有必要满足大，以在输出端供给可丈量的信号。此外，叠加了 AC 信号的输入 DC 信号必定不能使稳压器发生压差或进入其他不想进入的作业区。
驱动 DUT
测验稳压器电源按捺功用时，榜首件必做之事便是供给一个将遭到按捺的信号。这可不是仅将频率发生器衔接到稳压器上罢了，而是杂乱得多。AC 信号有必要叠加在 DC 偏移之上，并能够在加载状况下供给所需电流。
Jim Williams 开发了用来完结这一意图的电路，如图 13 所示。在这个电路中，DC 基准电压由 A2 发生，并在 A1 的负输入端与 AC 信号叠加。A1 输出驱动达林顿衔接的三极管，而三极管与镇流电阻器衔接，可把这些电路组并联以供给高达 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 时供给数安培电流。
将这个电路衔接到 DUT 时，需求说到的一个首要阐明是：稳压器不应该运用输入电容。榜首个原因是，该电路没有为驱动电容性负载而优化，或许发生振动。第二个原因是，这个电路不能汲取电流，有必要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 电容器供给一个 50mVP-P 正弦信号时，需求超越 3A 充电和放电电流，以防止信号失真。假如在小输出电流 (低于 100mA) 时进行丈量，那么就要预加载，以保证供给给稳压器的信号保真度。
有备无患
当稳压器具有很高的电源按捺时，就有必要细心考虑仪器的细节问题。假如稳压器供给 100dB 电源按捺，那么 50mVP-P 输入信号在输出端就被降至 0.5µVP-P。能够进步输入信号起伏，但在某些点大将发生从小信号呼应向大信号呼应的改变。
就一个具有很高电源按捺的稳压器而言，输出信号的小起伏可与该器材的噪声起伏比较，或许比器材的噪声起伏还小。这主张咱们应该像扩大噪声相同地扩大信号，以能够进行精确丈量。即便这么做了，输出信号也常常被噪声吞没。走运的是，新式示波器供给求取平均值的功用，使人们能够从噪声中抽取出信号。随机噪声的平均值为零。输入信号供给所需的触发信号。
不管信号是否被扩大，丈量电源按捺时，还或许呈现其他一些问题。输入和输出信号有必要一同丈量，人们需求知道输入和输出起伏，以确认该器材的按捺功用。丈量装备的方框图如图 14 所示。
图 14：电源按捺丈量装备的方框图显现了地回路。将单端扩大器转化成差分扩大器可处理地回路问题。
值得一提的是，在这个方框图中，存在或许损坏丈量成果的地回路。榜首个地回路是经过两个示波器通道的公共地构成的。这个地回路从信号扩大器中经过，回路中的任何信号都会损坏电源按捺丈量成果，使丈量成果不能反映实践功用。对这个问题的处理办法是，将信号扩大器从单端电路变满足差分电路。这么做了今后，两个回路都被断开了，这样就保证了丈量保真度。第二个地回路 (图 14 中没有显现) 经过 AC 线路地抵达榜首个示波器通道。这个回路对差错奉献最小，由于比较之下一切信号都是大信号。
用简略扩大器完结差分输入
一个简略扩大器如图 15 所示。这个扩大器在输入端运用了全差分增益级，增益为 40dB，这今后是一个差分至单端转化器，供给别的 20dB 增益。每个输入端都有一个 200Hz 高通滤波器以阻隔 DC。之所以挑选 LTC6409，是由于该器材供给很大的 10GHz 增益带宽积。第二级由 LT1818 组成，装备为一个差分至单端转化器，增益为 20dB。
图 15：简略的差分至单端扩大器供给 60dB 增益
这个扩大器组合的输入参阅噪声运转大约 1.4nV/√Hz，这意味着咱们预期应该测得低于 2.2µVP-P 的噪声。一同，咱们预期稳压器自身有 4µVP-P 噪声。咱们预期在稳压器输出端有 0.5µVP-P 信号，与该信号比较，这个噪声彻底吞没了咱们企图丈量的信号。不过，专一的可取之处是噪声的随机性，噪声的平均值为零：运用具有存储器的新式示波器求取平均值后，就可得到隐藏在噪声中的信号。
改善差分扩大器
极高功用线性稳压器丈量变得愈加扎手。输出信号仅取得 60dB 增益时，0.5µVP-P 信号就变成了 0.5mVP-P。这么小的起伏现已挨近许多高端示波器 1X 探头的丈量门限了。将线性稳压器输入起伏进步 10 倍，会添加空间，可是假如稳压器按捺再添加 20dB，那么问题就会再次呈现。
图 16 显现了怎样完结更高功用的扩大器。该扩大器根据图 2 所示噪声扩大器和图 15 所示差分至单端扩大器。现在，每一级所用的 LT1818 换成了 LT1994 差分扩大器，LT1994 向差分三极对管反应信号，三极对管依然由 THAT300 三极管阵列组成。第二个差分增益级由另一个 LT1994 组成，之后经过榜首个 LT6232 转化成单端丈量电路。面向高通和巴特沃斯滤波器的后续各级与图 2 中相同。电路呼应的校准和验证与低噪声扩大器相同。
图 16：改善的扩大器供给差分输入和 80dB 增益
丈量电源按捺的装备如图 17 所示。所测得的 LT3042 稳压器的电源按捺如图 18 所示。值得一提的是，该稳压器的电源按捺在 100Hz 时挨近 120dB。在示波器上验证这个丈量成果要求改善的扩大器供给 80dB 增益。
图 17：丈量电源按捺的装备。下方左面是驱动器电路板和 DUT，下方右边是扩大器电路板。电源和信号源未显现。
图 18：LT3042 的电源按捺曲线显现，在挨近 4MHz 频率时，功用 >70dB。
其他丈量办法
还可用其他办法和设备进行电源按捺丈量。确认的扩大器用基准信号在想要的频率上供给同步检测，以协助丈量小信号。网络分析仪还供给一个扫频振动器，一同供给带通功用，以丈量输入和输出起伏，并核算电路的按捺功用。这些办法供给有用的丈量成果，可是人们依然需求慎重对待电路衔接并验证丈量成果。在示波器上查看输入和输出信号是必做之事，信号起伏和波形会指明，所测验的稳压器是否被驱动进入了压差状况，或许小信号呼应是否已让坐落大信号呼应。
圈套
与丈量噪声相似，丈量电源按捺时，也有一些圈套或许导致人们误入歧途。对电路接地需求严加留意，运用星形接地办法很重要。丈量电源按捺时所看到的某些影响，实践上似乎是反直觉的。
迄今为止，牢靠的规划一直会在线性稳压器的输入端包含一些电容，以坚持电源阻抗在整个频率规模内尽或许低。假如器材供给满足高的电源按捺，那么实践上有或许增大输出纹波。
考虑一个如图 19 所示的电路，其间 LT3042 对 LT8614 Silent Switcher® 稳压器进行后稳压。在 500kHz 开关频率上，LT8614 经过两三英寸长的铜质电路板走线，向 LT3042 输入端供给约 20mVP-P 纹波。在 LT8614 运用仅 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 输入端添加一个 4.7µF 电容器时，输出纹波增大到约 75µVP-P，如图 20 所示。应该说到的是，就这些相片而言，带宽约束在 20MHz，由于意图是显现开关频率上的纹波，而不是高频边缘尖峰。
图 19：用 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。
图 20：LT3042 对 LT8614 Silent Switcher 稳压器进行后稳压 。两张相片都是带宽受限的，以疏忽高频尖峰。
添加输入电容是怎样下降稳压器电源按捺的? 答案与 LT3042 功用无关，而与电路板布局有关。LT3042 供给杰出和具有以电气办法按捺输入电源信号的才干。迄今为止，能否按捺这些信号一直是约束要素。现在，磁场成了元凶巨恶。
为了更好地了解这一点，图 21 所示原理图用一条绿色的实线杰出显现了 DC-DC 转化器的一条 AC 电流通路。假如 LT3042 的输入端有电容，那么 AC 电流也流过绿色虚线显现的通路。LT3042 的输入在所重视的频率上呈现高阻抗特性，因而无 AC 电流流入 LT3042。
图 21：本原理图杰出显现了 DC-DC 转化器的 AC 电流回路和一些易受磁耦合影响 (附录 B 的图 B1) 的通路。组合运用铁氧体珠、屏蔽以及调理物理间隔的办法，以最大极限减小高频尖峰 (附录 B 的图 B2)。电路板结构来自附录 B 的图 B。
AC 电流发生磁场，该磁场将在邻近的其他回路中引起电流，在变压器中，绕组以相同的办法耦合。在图 21 中，两个所重视的回路用蓝色和赤色显现。蓝色回路由 CSET 和 RSET 构成，在差错扩大器输入端发生纹波。由于 LT3042 的单位增益架构，这个纹波被一直传送到输出端。赤色回路由输出电容器和回看进稳压器的阻抗 (以及邻近的负载组件) 直接在稳压器输出端发生纹波。
与直觉相反，去掉 LT3042 输入端的电容会下降输出纹波。考虑到这不是信号的电馈通，而是磁场耦合，所以人们在规划电路板时，有必要考虑间隔、屏蔽和回路方向。场强与间隔和回路面积有关，最大极限减小回路面积 (不是靠选用输入电容器) 和最大极限延伸间隔 (仅经过运用 DC-DC 转化器输出电容) 约束了加到活络回路上的电流。
这标明，之前决议在信号驱动器电路板的输出端或稳压器输入端不运用电容器是正确的。假如在稳压器输入运用电容器，就添加了一个回路，然后会发生磁场，该磁场耦合进输出并导致过错的丈量成果。稳压器电源按捺看起来会比实践状况差得多。
运用开关稳压器时遇到的另一个问题是，不只要去掉开关频率纹波，还要去掉与开关边缘有关的尖峰。有些电路的开关边缘仅在几纳秒时刻内就过渡结束，然后发生数百 MHz 频率重量。这些频率无法用简略的线性稳压器消除。走线电容和磁耦合等寄生效应使得这些尖峰难以下降。请参阅凌力尔特《运用攻略 101》(Application Note 101)“Minimizing Switching Regulator Residue in Linear Regulator Outputs”(最大极限下降开关稳压器信号在线性稳压器输出中的残留)，以及附录 B “操控高频开关尖峰”，以取得进一步的信息。
定论
LT3042 等线性稳压器具有很高的功用，为活络体系供给了噪声极低的电源轨。验证这类器材的 DC 功用一般不是很扎手的使命。而在功用如此之高的状况下，比如噪声、电源按捺等要害参数不那么简略丈量。就连丈量电路、衔接、电路板布局和设备中最不引人留意的细节都要分外留意。一度或许被忽视的细小差错 (与待测信号比较) 现在却成了一阶差错项。能够供给高 PSRR 功用标明，信号不是经过器材自身而是经过磁耦合发送的。有必要查看每一个细节，以保证丈量保真度，供给牢靠的成果。
参阅资料
1. Morrison, Ralph, “Grounding and Shielding Techniques in Instrumentation”, Wiley-Interscience, 1986.
2. Ott, Henry W., “Noise Reduction Techniques in Electronic Systems”, Wiley-Interscience, 1976.
3. THAT 300 系列数据表，THAT 公司。
4. Williams, Jim, “775 Nanovolt Noise Measurement for A Low Noise Voltage Reference” (针对低噪声电压基准的 775 毫微伏噪声丈量), 凌力尔特公司,《运用攻略 124》(Application Note 124)，2009 年 7 月。
5. Williams, Jim 和 Owen, Todd, “Performance Verification of Low Noise, Low Dropout Regulators” (低压差稳压器的低噪声功用验证), 凌力尔特公司《运用攻略 83》(Application Note 83)，2000 年 3月。
6. Patel, Amit, “Industry’s First 0.8µVRMS Noise LDO Has 79dB Power Supply Rejection Ratio at 1MHz”(业界首款具 0.8µVRMS 噪声的 LDO 在 1MHz 时供给 79dB 电源按捺比), 凌力尔特公司 LT Journal of Analog Innovation，2015 年 4 月，榜首页至第七页。
7. Williams, Jim, “Practical Circuitry for Measurement and Control Problems” (用于处理丈量和操控问题的实践电路), “Symmetrical White Gaussian Noise” (对称的高斯白噪声)，附录 B，凌力尔特公司《运用攻略 61》(Application Note 61)，1994 年 8月，第 38 页至第 39 页。
8. Williams, Jim, “Minimizing Switching Regulator Residue in Linear Regulator Outputs” (最大极限下降开关稳压器信号在线性稳压器输出中的残留), 凌力尔特公司《运用攻略 101》(Application Note 101)，2005 年 7 月。
9. Metglas 2705M Technical Bulletin, Metglas 公司。
10. Metglas 2714A Technical Bulletin, Metglas 公司。
11. ZG-2 手册，Magnetic Shield 公司。
12. Mu-2 MuMETAL 手册，Magnetic Shield 公司。
13. Sandler, Steven 和 Hymowitz, Charles. “Capacitor Values: Don’t Believe the Label,” Power Electronics Technology, May 2007, pp. 22-27.
14. Sikula, J., J. Hlavka, J. Pavelka, V. Sedlakova, L. Grmela, M. Tacano, 和 S. Hashiguchi. “Low Frequency Noise of Tantalum Capacitors.” Active and Passive Electronic Components 25.2 (2002): 161-67. Web.
15. Kueck, Christian, “Power Supply Layout and EMI” (电源布局和 EMI), 凌力尔特公司《运用攻略 139》(Application Note 139)，2012 年 10 月。
附录 A
用于磁场屏蔽的资料
铝盒和铜盒常用来完结 RF 屏蔽，以防止不想要的信号进入活络电路。这类屏蔽盒不会与磁场耦合，尤其是面临作业台测验中所遇到的低频时。薄的不锈钢盒 (即便内装铜盒或铝盒) 不会使磁场得到满足的衰减。人们需求的是一种具有很高磁导率的资料，有必要使磁通线在电路周围改动方向，而不是答应磁通线经过电路。常见办法是选用多层相互之间由空气隙离隔的屏蔽资料。每一层都协助衰减磁场强度，一同在层之间设置必定的间隔以进一步下降场强。问题在于需求测验着考虑各种资料的磁导率以及确认充沛屏蔽电路免受磁场影响所需的厚度和装备。简略的不锈钢盒会需求极厚的盒壁 (估量至少为 1/2’’ 厚)，以供给满足的屏蔽。这会要求定制的焊接钢盒，这种钢盒一旦放置在试验台上，或许就永久也不会挪动了，由于太重。视合金资料的不同而不同，钢的相对磁导率在 400 至 2000 之间，而铜和铝则十分挨近 1。
具有极高磁导率的资料是完结屏蔽所需求的。Mu Metal 等高磁导率镍合金在成型并经过恰当退火后，具有 20,000 至 50,000 的相对磁导率。Mu Metal 供货商 Magnetic Shield 公司供给由 3 个嵌套圆筒形容器组成的测验箱，能够将活络电路放入箱内，以防止磁耦合问题。这种测验箱很贵重，不过却是一种完结磁屏蔽的简洁处理方案。假如自己制造屏蔽盒没什么问题，就能够购买 Mu Metal 板，依照自己的要求切开制造。主张运用较厚的板，以完结最佳屏蔽，防止资料饱满及磁场侵入问题。必定要留意，制造完结后，相对磁导率会下降，并且资料有必要在富氢环境中恰当地退火。
另一种或许的资料是无定形合金，称为 Metglas。Metglas 不像 Mu Metal 那样是大块板形资料，可供切开和制造，而是两英寸宽、0.8 密尔厚的带状资料。运用这种资料时，将其堆叠环绕在电路板上，堆叠层数以满足防止不想要的磁场进入电路板为准。磁场穿透的深度往往仅为资猜中任何小孔直径的一倍，Metglass 合金视类型不同而不同，比 Mu Metal 的相对磁导率高得多。咱们测验运用了 Metglas 2705M，这种资料浇铸完结后，无需在富氢环境顶用特别办法退火，就可供给 290,000 的相对磁导率。假如运用退火箱，那么 Metglas 2714A 供给高达 1,000,000 的相对磁导率。用 Metglas 完结屏蔽的问题在于 0.8 密尔的厚度，较薄的带状 Metglas 更易于饱满，需求多层环绕才干完结有用屏蔽。
附录 B
操控高频开关尖峰
一些最新开关形式电源电路与其前几代比较，开关转化速度快得多。转化速度进步有许多优点，例如功率进步、外部组件更小等。与这些快速转化边缘相伴而来的难题在于，需求最大极限减小加给及进入活络电路的有关尖峰。
现在，开关转化速度现已进步，一同谐波重量频率从数十 MHz 抵达了挨近 1GHz。RF 范畴规划师将意识到处理这些信号的难处。在这么高的频率上，组件寄生效应起主导效果，走线成了传输线，还呈现了针对电路板周围发送和接纳能量的天线。高频重量经过两种办法注入线性稳压器输出：传导和磁耦合。在 RF 范畴处理这个问题能够得到最好的效果。
传导信号进入稳压器并抵达稳压器输出。线性稳压器自身不能自动按捺任何这类信号，稳压器的单位增益带宽一般最大为 1MHz。稳压器从输入到输出有寄生电容，使高频重量能够经过寄生电容传达。在这些频率上，寄生电感和电阻削弱了输出电容器的效果。
操控传导尖峰的最佳办法是在稳压器输入端运用铁氧体珠。在稳压器作业频率规模内，铁氧体珠供给低损耗通路。跟着频率上升到超出这个规模，铁氧体珠阻抗进步，因而约束了高频能量的经过。
像操控传导通路相同，操控辐射信号通路以防止辐射信号抵达输出也需求留意细节。铁氧体珠不会阻挠辐射能量耦合进稳压器输出。屏蔽是一种好办法，有助于最大极限削减耦合进线性稳压器输出的高频辐射重量。此外，在受高频信号影响的组件之间供给阻隔能够下降场强。
考虑一下高频信号进入输出的两条途径，有助于为活络电路规划出噪声最小的电源。铁氧体珠、屏蔽和间隔相结合，将供给最佳的整体按捺。线性稳压器及其输出电容器应该用恰当的资料屏蔽，并放置在物理上距开关电源热回路很远的当地。线性稳压器的输入电容器应该坐落挨近开关电源的当地，而不是挨近线性稳压器。两至 3 英寸的间隔满足削弱与经过电容器的 AC 电流有关的场。终究，铁氧体珠应该放置在开关电源和稳压器之间。铁氧体珠放在输入电容器和稳压器之间没有有害影响。图 B1 显现电路衔接原理图，图 B2 杰出显现了具体的结构信息。
图 B1
INPUT FROM SWITCHING REGULATOR：来自开关稳压器的输入
FERRITE BEAD：铁氧体珠
KEEP 2’’ TO 3’’ AWAY FROM REGULATOR：与稳压器坚持 2 英寸至 3 英寸的间隔
SHIELD：屏蔽
CONNECT TO GROUND：接地
LINEAR REGULATOR：线性稳压器
TO SENSITIVE LOAD：至活络负载
图 B2
INPUT CAPACITOR：输入电容器
FERRITE BEAD：铁氧体珠
LINEAR REGULATOR：线性稳压器
SHIELD：屏蔽
OUTPUT CAPACITOR：输出电容器
