在弱信號模擬電路中，噪聲是影響電路性能的關鍵因素。電路噪聲可能導致信號失真、精度下降，甚至使電路無法正常工作。而供電方式的選擇對弱信號模擬電路的噪聲水平有著至關重要的影響。不同的供電方式會引入不同類型和程度的噪聲，因此，深入研究各種供電方式對電路噪聲的影響，對于優(yōu)化弱信號模擬電路設計、提高電路性能具有重要意義。

常見供電方式及其特點

線性穩(wěn)壓電源(LDO)

線性穩(wěn)壓電源通過調整晶體管的導通程度來穩(wěn)定輸出電壓。其工作原理基于線性調壓，輸出電壓較為穩(wěn)定，紋波電壓低，這是其顯著優(yōu)點。例如，在一些對電源噪聲要求極高的高精度傳感器電路中，常采用低噪聲 LDO 穩(wěn)壓器來減少電源紋波對傳感器輸出信號穩(wěn)定性的影響。LDO 的工作過程相對簡單，沒有開關動作帶來的高頻噪聲，這對于弱信號模擬電路非常有利。但 LDO 也存在缺點，由于其工作在線性狀態(tài)，輸入輸出電壓差會導致較大的功耗，效率較低，且發(fā)熱較為嚴重。在一些對功耗有嚴格要求的應用場景中，這可能會成為限制其使用的因素。

開關電源(DC-DC)

開關電源通過控制功率開關管的導通和關斷時間來調整輸出電壓。它具有輸入電壓范圍廣、輸出電流大、功耗相對較低、發(fā)熱小等優(yōu)點。例如，在 4G 模組的供電設計中，DC-DC 開關電源因能滿足其高輸出電流的需求而被廣泛應用。開關電源在工作時，功率開關管的高速開關動作會產(chǎn)生高頻噪聲，這些噪聲可能會耦合到模擬電路中，對弱信號產(chǎn)生干擾。而且，開關電源的輸出紋波相對較大，雖然可以通過合理的設計和濾波措施來降低紋波，但相比 LDO，其紋波抑制難度較大。

電池供電

電池供電具有獨特的優(yōu)勢。鋰電池的放電特性使其具有較高的瞬態(tài)放電能力且內阻較低，對于一些對供電穩(wěn)定性和瞬態(tài)響應要求高的弱信號模擬電路，如某些便攜式設備中的模擬電路，鋰電池供電是比較理想的選擇。電池供電相對獨立，不易受到外部電源干擾。電池的電量會隨著使用逐漸減少，需要定期更換或充電，這在一些無法頻繁更換電池或充電不便的場景中會帶來不便。而且不同類型電池的特性差異較大，選擇合適的電池需要綜合考慮多種因素。

供電方式對電路噪聲的影響機制

線性穩(wěn)壓電源與噪聲

LDO 由于沒有開關動作，其產(chǎn)生的噪聲主要來源于內部元件的熱噪聲和晶體管的散粒噪聲等固有噪聲。這些噪聲相對較低且為寬帶噪聲。在高精度模擬電路中，LDO 的低噪聲特性使其能夠為電路提供較為純凈的電源，減少電源噪聲對信號的干擾。在實際應用中，如果 LDO 的輸入電壓不穩(wěn)定或存在較大紋波，經(jīng)過 LDO 穩(wěn)壓后，雖然輸出紋波會降低，但輸入紋波中的高頻成分可能仍會以一定比例傳遞到輸出端，對模擬電路產(chǎn)生影響。

開關電源與噪聲

開關電源的開關動作是產(chǎn)生噪聲的主要根源。在開關管導通和關斷的瞬間，會產(chǎn)生快速變化的電流和電壓尖峰，這些尖峰會輻射出高頻電磁干擾(EMI)。同時，開關電源的輸出紋波是由電感和電容的充放電過程引起的，紋波電壓會疊加在輸出直流電壓上。當開關電源為弱信號模擬電路供電時，這些高頻噪聲和紋波很容易通過電源線路耦合到模擬電路中，導致模擬信號失真。例如，在音頻放大器電路中，如果采用開關電源供電，高頻噪聲可能會導致音頻信號出現(xiàn)雜音，影響音質。

電池供電與噪聲

電池本身是一個相對穩(wěn)定的電源，正常情況下不會產(chǎn)生額外的開關噪聲或高頻干擾。但電池在放電過程中，其內阻會隨著電量的減少而發(fā)生變化，這可能會導致輸出電壓的微小波動。在一些對電壓穩(wěn)定性要求極高的弱信號模擬電路中，這種電壓波動可能會被放大，對電路性能產(chǎn)生影響。如果電池與電路之間的連接線路存在接觸不良等問題，也可能會引入額外的噪聲。

不同供電方式在弱信號模擬電路中的噪聲表現(xiàn)對比

實驗設計與測試方法

為了準確對比不同供電方式在弱信號模擬電路中的噪聲表現(xiàn)，搭建了一個典型的弱信號放大電路作為測試平臺。分別采用 LDO、DC-DC 開關電源和鋰電池為該電路供電。使用高精度的示波器和頻譜分析儀來測量電路輸出信號的噪聲水平，包括噪聲電壓的峰峰值、噪聲頻譜分布等參數(shù)。在測試過程中，保持電路的其他參數(shù)不變，僅改變供電方式，以確保測試結果的準確性和可比性。

測試結果分析

實驗結果表明，LDO 供電時，電路輸出的噪聲電壓峰峰值最低，噪聲頻譜較為平坦，且在低頻段噪聲水平較低。這充分體現(xiàn)了 LDO 在抑制噪聲方面的優(yōu)勢，尤其適合對低頻噪聲敏感的弱信號模擬電路。DC-DC 開關電源供電時，電路輸出噪聲中明顯存在與開關頻率相關的尖峰噪聲，噪聲電壓峰峰值相對較高，且在高頻段噪聲能量較大。雖然通過優(yōu)化電路設計和增加濾波措施可以降低部分噪聲，但與 LDO 相比，其噪聲水平仍然較高。鋰電池供電時，電路輸出噪聲水平介于 LDO 和 DC-DC 之間，噪聲相對較為平穩(wěn)，沒有明顯的高頻尖峰噪聲，但由于電池內阻變化等因素，會存在一定的低頻電壓波動噪聲。

結論與建議

綜合以上分析，在對噪聲要求極為嚴格的弱信號模擬電路中，線性穩(wěn)壓電源(LDO)通常是最佳選擇，其低紋波、低噪聲的特性能夠為電路提供相對純凈的電源，最大程度減少電源噪聲對弱信號的干擾。但需要注意其功耗問題，在設計時要合理選擇 LDO 的參數(shù)，確保其能夠在滿足電路供電需求的同時，盡量降低功耗和發(fā)熱。開關電源雖然存在噪聲問題，但通過精心設計和采用有效的濾波、屏蔽措施，也可以在一些對噪聲要求不是特別苛刻的弱信號模擬電路中使用，其優(yōu)點是能夠提供較高的功率和較寬的輸入電壓范圍。電池供電在一些特定場景，如便攜式設備中具有獨特優(yōu)勢，應選擇合適的電池類型，并注意電池的連接和維護，以減少可能引入的噪聲。在實際的弱信號模擬電路設計中，應根據(jù)具體的應用需求、對噪聲的敏感程度以及功耗、成本等因素，綜合權衡選擇最合適的供電方式。同時，無論采用哪種供電方式，都要重視電源的濾波、接地等設計環(huán)節(jié)，進一步降低電路噪聲，提高電路性能。