极低噪声幻像电源设计攻略：三种消噪方法详解

在电子设备的应用场景中，专业级电容麦克风对于电源有着极为严苛的要求。通常，这类麦克风需要 48 V 电源为内部电容传感器充电，并为内部缓冲器供电，以输出高阻抗的传感器信号。此电源的电流需求较低，一般仅为几 mA，但由于麦克风输出电平极低，且缓冲器自身的电源波纹抑制能力有限，所以对电源的噪声水平要求极高。同时，幻像电源不能向相邻的低电平电路注入电磁干扰（EMI），这对于紧凑型产品而言，是一个亟待解决的难题。

那么，是否能够利用 5 V、12 V 或 24 V 输入生成紧凑的超低噪声幻像电源（48 V）呢？答案是肯定的。我们可以借助一个简单的升压转换器和一个滤波器电路来降低 EMI，再配合一个小技巧，就能实现小尺寸的设计目标。这里，我们选用 LT8362 升压转换器来构建高性能电源。该转换器采用 60 V、2 A 开关，工作频率最高可达 2 MHz，并且采用 3 mm × 3 mm 的小型封装，非常适合紧凑设计的需求。

下面的电路基于标准的 LT8362 演示板 DC2628A，其原理图如图 1 所示。

图 1. 用于构建幻像电源的演示电路 DC2628 的原理图。

在这个演示板上，输入 EMI 滤波器通过与输入串联的开关电感器，能够有效过滤高频率噪声。然而，输出端的情况则不太理想。输出 EMI 滤波器虽然能有效抑制 MHz 区域的噪声，但对音频区域的噪声效果不佳。这些噪声主要源于反馈环路中的 30× 增益，它会放大 LT8362 的基准电压源噪声。

为了消除这些噪声，我们有以下三种方法：

第一种方法是在输出端增加电容。从理论上讲，只要增加足够的电容就能达到降噪效果。但对于 48 V 输出，实际电容的最低工作电压为 63 V，这就导致所需的电容体积大且成本高。

第二种方法是将 LT8362 输出增大 1 V 或 2 V，并在输出端增加一个 LDO 稳压器。不过，这需要采用高压 LDO 稳压器，其成本通常高于低压稳压器。而且，即使这些稳压器在低输出电压下具有低噪声特性，但使用基准电压的器件也会面临与 LT8362 一样的基准电压源噪声倍增问题。

第三种方法是考虑到麦克风输出的灵敏性并非高度依赖电源电压，所以无需对幻像电源进行完全调节。我们可以将一些电阻与输出电容串联，以提升其有效性。但这种方法只能在一定程度上减小高压电容的尺寸。

比较理想的方法是让输出电容看起来比实际更大，我们可以使用一种称之为电容倍增的传统方法来实现。在图 2 的灰色阴影部分可看到这个简单电路。

图 2. 与图 1 所示的电路相同，但输出端配有电容倍增器（灰色）来抑制开关稳压器产生的音频噪声。

其中，100 μF 电容控制基极电流的波纹，其对集电极电流的影响会以 NPN 晶体管的 beta 值放大，效果十分显著。图 3a 显示 LT8362 电路在 C4（滤波之前）处的输出，负载为 1 kΩ (50 mA)。

图 3. 滤波之前和之后。(a) 在 C4 处（滤波之前）测量时，升压稳压器输出的噪声含量约为 0.2%。(b) 滤波之后，输出的噪声含量明显减少，为 0.002%。

此时，噪声约为 80 mV p - p，相当于约 0.2% 的噪声含量。对于非关键应用，这种噪声含量可能是足够的。但在滤波之后，输出噪声性能明显改善，约为 1 mV p - p，如图 3b 所示，这相当于约 0.002% 或 20 ppm 噪声含量，足以满足最严苛的应用要求。图 4 显示了工作台设置。

图 4. 使用演示电路 DC2628 的干净幻像电源的工作台设置。

晶体管 SBCP56 - 16T1G 用于在低电流下实现高 VCBEO (80 V) 和高 β。高 β 让电容倍增器具备高表观电容，并且随输出电流变化保持相对恒定的压降。输出电压从 2 kΩ 负载时的 47.8 V 降低至 500 Ω 负载时的 47.5 V，足以满足麦克风应用的要求。需要注意的是，在没有测试噪声和稳压效果的情况下，不要轻易替换另一个晶体管。

在测试时使用 16 V 输入，其性能与 12 V 至 24 VIN 类似。有些应用可能要求从 5 V 开始升压，这可以通过将 LT8362 的开关频率从 2 MHz 降至 1 MHz 来实现，从而实现 75 ns 的最小关断时间。这也要求提高 L1，达到约 10 μH 至 15 μH，并且将大容量输出电容 C4 加倍，以保持等效性能。