微弱電流測(cè)量-ADA4530使用要點(diǎn)

微電流的理論大概還有倆篇內(nèi)容，ADA·4530的評(píng)估板和各種工程實(shí)踐的合集，后面我就寫具體的制作了。

微弱電流測(cè)量-GUARD保護(hù)技術(shù)

微小電流檢測(cè)-nA級(jí)

小電流測(cè)量雜談

這些文章都是可以參考讀，但是有若干的錯(cuò)誤，純粹是我沒有搞明白，一般看最新的文章為準(zhǔn)，我會(huì)及時(shí)的糾正之前的一些錯(cuò)誤。

微電流測(cè)量更多的其實(shí)是一種工程實(shí)踐，測(cè)量的原理就兩個(gè)反饋法和電容法，然后也有朋友告訴我大動(dòng)態(tài)范圍的對(duì)數(shù)放大器。

后面交流了不少，如果有需要可以繼續(xù)做

我們看看這個(gè)ADA的參數(shù)吧

因?yàn)槭请娏魈×耍砸紤]這些參數(shù)了

正常工作期間，保護(hù)環(huán)緩沖器 (BUF1) 強(qiáng)迫反并聯(lián)二極管上的電壓變?yōu)? V。

電阻R1將保護(hù)環(huán)緩沖器與可能存在大電容連接的保護(hù)引腳屏蔽開來。其標(biāo) 值為1 kΩ。

保護(hù)環(huán)緩沖器 (BUF1) 是一個(gè)單位增益放大器，其產(chǎn)生輸入共模電壓的低阻抗副本。緩沖器輸入連接到同相輸入端 (IN+)。當(dāng)主放大器反饋環(huán)路建立之后，同相輸入電壓約等于輸入共模電壓。

保護(hù)環(huán)緩沖器采用與放大器相似的三級(jí)架構(gòu)。保護(hù)環(huán)緩沖器使用軌到軌輸出級(jí)，保護(hù)電壓可在供電軌的100 mV范圍內(nèi)擺動(dòng)。保護(hù)環(huán)緩沖器輸出跟隨輸入共模電壓，因此，輸出擺幅會(huì)限制保護(hù)環(huán)緩沖器在輸入共模電壓時(shí)的有效性。在輸入偏置電流與共模電壓的關(guān)系圖中，輸入 偏置電流在低共模電壓時(shí)顯著提高就是這種限制的表現(xiàn)。由于這個(gè)原因，不建議在輸入共模電壓比V?供電軌小100 mV 時(shí)使用該電路。保護(hù)環(huán)緩沖器輸出電壓性能會(huì)因?yàn)樨?fù)載過大而降低。

對(duì)于每 1 nA 負(fù)載電流，1 kΩ 輸出電阻會(huì)增加 1 μV 的保護(hù)電壓誤差。數(shù)十nA的負(fù)載電流便可將保護(hù)環(huán)緩沖器失調(diào)電壓驅(qū)動(dòng)到額定范圍之外。

因此，建議不要利用保護(hù)環(huán)緩沖器驅(qū)動(dòng)任何負(fù)載，絕緣電阻除外。如果需要更大的驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度，可利用一個(gè)低失調(diào)、低輸入偏置電流運(yùn)算放大器（如 ADA4661-2）來緩沖保護(hù)電壓。

集成式保護(hù)環(huán)緩沖器用于最大程度地降低PCB設(shè)計(jì)中的輸入引腳漏電流，減少電路板元件數(shù)，簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。此外，保護(hù)環(huán)緩沖器輸出引腳放置在輸入引腳 旁邊，使得保護(hù)環(huán)的布線更加方便，并且能夠防止輸入、電源和輸出引腳之間的耦合。

要求極低輸入偏置電流和低失調(diào)電壓的應(yīng) 用，包括但不限于：用于各種電流輸出傳感器（如光電二極 管和光電倍增管）的前置放大器應(yīng)用、質(zhì)譜分析、色譜分析 以及用于化學(xué)傳感器的高阻抗緩沖。

ADA4530-1通常用于兩類電路：緩沖器和跨阻放大器 (TIA)。緩沖器電路適用于測(cè)量帶高輸出電阻的電壓輸出傳感器。

傳感器包括pH探針和庫侖分析控制環(huán)路中的參考電極 (RE)。

TIA電路適用于將電流輸出傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換為 出電壓。

放大器的輸入電阻是另一個(gè)必須考慮的誤差源。輸入電阻通常包括兩部分：差分和共模。

差分輸入電阻由電路的負(fù)反饋抑制。ADA4530-1具有足夠高的增益，使得差分輸入電阻太大而無法測(cè)量。

共模輸入電阻（以下簡稱為輸入電阻）是更 重要的誤差源。輸入電阻等于輸入電壓變化與輸入偏置電流變化的比值。

該 變化不是由ADA4530-1內(nèi)部的實(shí)際電阻引起的，而是ESD結(jié)構(gòu)上的保護(hù)電壓與輸入共模電壓的精度之間的復(fù)雜關(guān)系引起的；也就是說，輸入電阻隨共模電壓變化而變化。輸入電阻也可能是負(fù)值。負(fù)輸入電阻意味著輸入偏置電流隨著共模 電壓增加而降低。

輸入電阻對(duì)TIA電路的影響要小得多。在該電路中，輸入共模電壓不改變，因此，產(chǎn)生的誤差小到可以忽略不計(jì)。輸入電阻影響電路的噪聲增益，進(jìn)而改變輸入失調(diào)電壓誤差。

輸入失調(diào)電壓影響TIA電路的方式則不同。TIA的負(fù)擔(dān)電壓等于輸入失調(diào)電壓。此負(fù)擔(dān)電壓出現(xiàn)在A端和B端之間。將負(fù)擔(dān)電壓施加于傳感器分流電阻上時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生一個(gè)誤差電流。

對(duì)于光電二極管等輸出電阻較低的傳感器，該誤差可能很顯著?？紤]一個(gè)具有1 GΩ輸出阻抗的傳感器。ADA4530-1的最大50 μV失調(diào)電壓可產(chǎn)生50 fA誤差電流。

微弱電流測(cè)量-GUARD保護(hù)技術(shù)，有一種保護(hù)技術(shù)可將此類要求降低到合理水平。其原理是用另一種驅(qū)動(dòng)到相同電位的導(dǎo)體（保護(hù)環(huán)）包圍高阻抗導(dǎo)體。如果（高阻抗導(dǎo)體與保護(hù)環(huán)之間的）絕緣電阻上沒有電壓，那么就不會(huì)有任何電流流經(jīng)其中。

該模型中增加了一個(gè)導(dǎo)體 (VGRD)，它 將高阻抗 (A) 節(jié)點(diǎn)與不同電壓的低阻抗 (B) 節(jié)點(diǎn)完全隔開。

這個(gè)是以前的一些做法或者是一個(gè)流派，架空流

使用的是這樣的封裝，這么長的腳是套絕緣管的

顯示了一系列電阻值對(duì)應(yīng)的熱噪聲，同時(shí)用電壓噪聲和 電流噪聲兩種形式表示。電阻的電流噪聲隨著電阻增大而減小。這一驚人結(jié)果說明，必須用高值電阻來測(cè)量低水平的電流噪聲。

越大的反饋越帶寬小

電壓傳感器輸出直連到圖中的焊盤A和B。保護(hù)環(huán)是覆銅形狀，完全包圍從傳感器連接到同相輸入（引腳1）的高阻抗 (A) 走線。

保護(hù)環(huán)由ADA4530-1 保護(hù)環(huán)緩沖器（引腳2）通過散熱形狀連接直接驅(qū)動(dòng)。無需連接另一保護(hù)環(huán)緩沖器輸出（引腳7）。高阻抗走線和保護(hù)走線移除了阻焊層，確保保護(hù)環(huán)與所有表面漏電流路徑形成電氣接觸。基于同樣的原因，應(yīng)避免在此部分中印刷絲網(wǎng)。

直接開窗，但是這個(gè)是緩沖電路的布局

阻焊層（solder mask），是指印刷電路板子上要上綠油的部分。實(shí)際上這阻焊層使用的是負(fù)片輸出，所以在阻焊層的形狀映射到板子上以后，并不是上了綠油阻焊，反而是露出了銅皮。

PCB板兩面都是銅層，沒有做阻焊的PCB板裸露在空氣中容易被氧化，而變成不良產(chǎn)品，也影響了PCB板的電氣性能。因此，PCB電路板表面上必須要有一層能阻隔PCB與空氣發(fā)生氧化反應(yīng)的保護(hù)涂層，而這層涂層就是用阻焊漆材料覆蓋的阻焊層。各種顏色的阻焊漆也應(yīng)運(yùn)而生，形成了五顏六色的PCB電路板，而阻焊顏色與PCB板的質(zhì)量和電氣性能沒有任何關(guān)系。

覆銅，就是將PCB上閑置的空間作為基準(zhǔn)面，然后用固體銅填充，這些銅區(qū)又稱為灌銅。覆銅的意義在于，減小地線阻抗，提高抗干擾能力；降低壓降，提高電源效率；還有，與地線相連，減小環(huán)路面積。大面積覆銅，一般也會(huì)開幾個(gè)槽，緩解銅箔起泡。

A走線與保護(hù)環(huán)之間沒有大量裸露的絕緣材料。增大此間距以試圖提高絕緣電阻常常適得其反，因?yàn)槁懵督^緣體往往會(huì)積聚壓電或摩擦生電效應(yīng)產(chǎn)生的表面電荷。這些電荷最終會(huì)掃過絕緣體而流向高阻抗導(dǎo)體。此誤差電流的幅度取決于裸露高阻抗絕緣體的面積。A走線與保護(hù)環(huán)之間有15英寸的間距即足夠。

這個(gè)是TIA的設(shè)計(jì)

保護(hù)環(huán)的實(shí)現(xiàn)方式與緩沖器電路相同。主要區(qū)別在于， 反饋電阻 (RF) 的左半部分和反饋電容 (CF) 連接到高阻抗節(jié)點(diǎn)。保護(hù)環(huán)形狀沿著這些無源元件周圍擴(kuò)展，確保整個(gè)高阻抗節(jié)點(diǎn)都受到保護(hù)。

TIA電路的保護(hù)電壓標(biāo)稱值等于B電壓，故而可以直接由B電壓驅(qū)動(dòng)保護(hù)環(huán)，而無需使用ADA4530-1保護(hù)環(huán)緩沖器。用這種方式實(shí)現(xiàn)保護(hù)環(huán)時(shí)，請(qǐng)勿連接保護(hù)環(huán)緩沖器輸出。

保護(hù)連接電流輸出傳感器的電纜的典型方法是使用同軸電纜。同軸電纜由內(nèi)部導(dǎo)線、周圍的絕緣層和包圍絕緣層的編織導(dǎo)線組成。

內(nèi)部導(dǎo)線用于高阻抗 (A) 端，外部編織屏蔽導(dǎo)線用于低阻抗 (B) 端。這種安排能夠方便有效地保護(hù)同軸絕緣電阻，因?yàn)锳端和B端的標(biāo)稱電壓相同（連接到TIA接口電路時(shí)）。

電壓輸出傳感器更易出問題，因?yàn)锳端和B端電壓不同。

保護(hù)電壓輸出傳感器電纜的典型方法是使用三軸電纜。三軸電纜由內(nèi)部導(dǎo)線和兩條單獨(dú)的編織導(dǎo)線組成。各編織導(dǎo)線通過絕緣層分開。

內(nèi)部導(dǎo)線用于高阻抗 (A) 端，內(nèi)編織導(dǎo)線用于保護(hù) (VGRD) 連接，外編織導(dǎo)線用于低阻抗 (B) 端。所有包圍內(nèi)部導(dǎo)線的絕緣材料都被保護(hù)導(dǎo)體完全包圍起來，使得此絕緣層上的壓降為0。

在耦合信號(hào)的路徑，一些小的移動(dòng)摩擦都會(huì)引起電容的變化，進(jìn)而現(xiàn)成電流。

干擾均可通過增加屏蔽體來降低。所謂屏蔽體，是指在高阻抗輸入與干擾源之間增加一塊導(dǎo)電材料。此屏蔽體必須電氣連接到低阻抗源（如信號(hào)地）。

若屏蔽體從物理上中斷所有容性耦合路徑，則來自干擾源的所有位移電流都會(huì)分流到低阻抗源。屏蔽體的構(gòu)造幾乎與保護(hù)體的構(gòu)造相同。由于這種相似性， 許多保護(hù)結(jié)構(gòu)也能提供屏蔽。主要區(qū)別在于，屏蔽體的直流電壓不重要，而保護(hù)必須有一個(gè)等于高阻抗輸入電壓的電壓。由保護(hù)環(huán)緩沖器驅(qū)動(dòng)的屏蔽體還有一個(gè)優(yōu)勢(shì)，那就是能使高阻抗輸入與屏蔽體之間的電容自舉。這種方法的缺點(diǎn)是保護(hù)環(huán)緩沖器輸出阻抗為1 kΩ，與信號(hào)地或底盤地連接相比，屏蔽效果較差。最有效的系統(tǒng)通常采用“盒中盒”結(jié)構(gòu)：外屏蔽體用地來驅(qū)動(dòng)，內(nèi)屏蔽體用保護(hù)環(huán)驅(qū)動(dòng)。

還有一個(gè)震動(dòng)的是要架空然后絕緣。

就是耦合電容直接給的電荷

用大反饋電阻實(shí)現(xiàn)高信號(hào)帶寬可能需要極其微小的反饋電容才能做到。

陶瓷電容具有足夠高的絕緣電阻和足夠好的介電吸收性能，是靜電計(jì)電路的合適選擇。

OK就當(dāng)月亮失了約，數(shù)據(jù)手冊(cè)就先告一段落，我學(xué)了更多的東西日后再說計(jì)算的一些東西。

ADA4530-1R-EBZ還預(yù)裝有499 Ω的輸出電阻，可以將任何輸出負(fù)載和放大器輸出隔離，防止過多的容性負(fù)載導(dǎo)致振蕩。-測(cè)試板

這個(gè)是給的中文設(shè)計(jì)

下面寫的是低泄露的夾層，上面是反饋電阻，ADG這里是要測(cè)量ADC的失調(diào)電壓，為了準(zhǔn)確。

夾層板的輸出電壓范圍最大為±5V，而 AD7172-2 ADC 的輸入范圍為±2.5 V。10 k?/10 k? 匹配電阻分壓器將夾層板輸出電壓衰減兩倍。為使 ADC 引起的失調(diào)誤差最小，ADG1419 單刀雙擲(SPDT)模擬開關(guān)將電阻分壓器輸入短接至地，并允許軟件測(cè)量 ADC 和電阻分壓器引起的失調(diào)誤差。

當(dāng)使能失調(diào)消除功能時(shí)，軟件會(huì)將測(cè)得的失調(diào)從讀數(shù)中減去。剩下的失調(diào)全部是由 ADA4530-1電路引起的。

其中 ADA4530-1 配置為跨阻放大器(TIA)，采用默認(rèn)的 10 GΩ 玻璃電阻。在此配置中，一條實(shí)心線從 SMA 連接器的中心引腳焊接到?IN 焊盤。

SMA 輸入連接器的中心引腳與外屏蔽體之間有 PTFE 電介質(zhì)。（聚四氟乙烯）該連接器安裝在夾層板底部，PTFE 核心和中心引腳通 頂部突出。由于連接是用架空線通過突出的中心引腳連 接到板頂部的焊盤，因此所有關(guān)鍵的高阻抗走線皆位于板頂部，板底部的屏蔽體因而也就不需要。頂部有金屬屏體以防止靜電干擾。

采用 10 GΩ 反饋電阻且輸出電壓范圍為 4.96 V 時(shí)，對(duì)應(yīng) 的電流輸入范圍為±496 pA。

對(duì)于不需要玻璃電阻所提供的低漏電流性能的應(yīng)用，可已使用 R2，后者支持 0805、1206、1210 和 2510 四種尺寸的 SMT 電阻。

在該配置中，從夾層板上的 P2 中移除玻璃電阻引腳，用 R2 處的電阻代替。

這個(gè)要看實(shí)物的

OK，一個(gè)板子算是看完了，當(dāng)然還有g(shù)arber文件呢！也就是應(yīng)用筆記，下面這個(gè)是用戶手冊(cè)，相當(dāng)于是評(píng)估使用。

這個(gè)評(píng)估板的內(nèi)容下次寫，看了下細(xì)節(jié)很多，沒有完全消化完。

這個(gè)是一個(gè)線上的研討會(huì)，靚女直接給介紹

每次看見這個(gè)表還是忍不住哇哦

一些測(cè)量的應(yīng)用場(chǎng)景

這個(gè)是電離電流

其中的一個(gè)測(cè)量的需求

17就有這個(gè)片子了

還是要說這個(gè)保護(hù)機(jī)制

審核編輯：湯梓紅