世健推出增強(qiáng)版超寬溫度范圍、高精度皮安計(jì)模塊
準(zhǔn)確的弱電信號(hào)測(cè)量是各種科學(xué)分析設(shè)備、環(huán)境監(jiān)測(cè)和過(guò)程控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一,尤其是當(dāng)弱電信號(hào)達(dá)到pA甚至fA水平時(shí)。 如何測(cè)量微弱信號(hào)?這向來(lái)是各大儀器廠商津津樂道的話題。如何設(shè)計(jì)檢測(cè)微弱電流的產(chǎn)品?這對(duì)設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)也是巨大的挑戰(zhàn)。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/202104/424287.htm一直以來(lái),基于ADI的JFET放大器AD549芯片方案在微弱電流采樣的前端扮演著主力中堅(jiān)的角色,在儀器儀表行業(yè)持續(xù)橫行了30多年,經(jīng)久不衰。但由于JFET工藝的芯片短板很明顯,它缺少Bipolar型放大器所擁有的低失調(diào)、低電壓噪聲以及低溫漂高共模等特性,對(duì)于不同溫度下的特性補(bǔ)償很難拿捏得準(zhǔn)確。隨著科技的進(jìn)步,ADI基于新型CMOS工藝,通過(guò)DigiTrim?技術(shù)革新,在2015年發(fā)布了ADA4530-1,在具備了極低的偏置電流和超高輸入阻抗的同時(shí),還擁有更低的失調(diào)電壓,更優(yōu)良的溫漂特性,以及更高的環(huán)路帶寬和ESD保護(hù)功能等等。以下圖1是ADA4530和AD549的對(duì)比圖,不難發(fā)現(xiàn)即使是高溫的情況下,ADA4530依舊有著良好的偏置電流特性。
圖1 ADA4530-1與AD549性能對(duì)比表
但不同的是,CMOS工藝往往推出的是SMT封裝,實(shí)際在應(yīng)用上增加了設(shè)計(jì)者的難度。由于AD549是DIP封裝,用戶只需要把輸入引腳騰空就可以得到良好的絕緣效果,但ADA4530卻不能,所以對(duì)如何挑選PCB的板材和PCB布線都有很高的設(shè)計(jì)要求。
(注:極低的輸入偏置電流和極高的輸入電阻要求,使得用于構(gòu)建電路的材料的絕緣電阻常常成為最大的誤差源。任何具有有限電阻且與高阻抗導(dǎo)體接觸的絕緣體都會(huì)產(chǎn)生誤差電流,比如PCB層壓材料、電纜和連接器絕緣層)
針對(duì)以上應(yīng)用難題,與ADI合作三十多年的技術(shù)型分銷商Excelpoint世健上海技術(shù)團(tuán)隊(duì),從ADA4530芯片預(yù)發(fā)布起就開始對(duì)其進(jìn)行針對(duì)性的研究和技術(shù)積累?;谌绾瓮ㄟ^(guò)良好的設(shè)計(jì)全面發(fā)揮ADA4530-1的性能,Excelpoint世健在皮安級(jí)電流計(jì)量評(píng)估套件上不斷更新設(shè)計(jì)和研發(fā),自2020年9月推出超高精度皮安計(jì)模塊EPSH-PAM2.0后得到了用戶的一致好評(píng)。 近期更發(fā)布了超高精度皮安計(jì)模塊的增強(qiáng)版本 EPSH-PAM2.0EP,為終端用戶提供兩種細(xì)分的選擇,加速客戶系統(tǒng)設(shè)計(jì)。(后文均以PAM2.0EP來(lái)描述)。
作為皮安計(jì)模組的進(jìn)階版產(chǎn)品,PAM2.0EP擁有更強(qiáng)的性能特點(diǎn):
PAM2.0EP優(yōu)勢(shì)特點(diǎn) | ||
更強(qiáng)的對(duì)外絕緣能力 | 利用多年的設(shè)計(jì)研究經(jīng)驗(yàn),優(yōu)選SMA接口和PCB板材,PCB設(shè)計(jì)采用的是4層板布局及FR-4 PCB板材,利用良好的物理懸空結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),大大增加了PCB對(duì)外的絕緣阻值 | |
更強(qiáng)的對(duì)外屏蔽能力和通用性 | 采用的雙金屬屏蔽罩,有效的降低來(lái)自外界的干擾 (套件中還提供了一根高性能屏蔽線用于BNC轉(zhuǎn)SMA,便于與各種電流輸入源對(duì)接) | |
極高的數(shù)據(jù)線性度 | 產(chǎn)品擁有超高的線性度,并在溫度范圍內(nèi)也能得到良好的線性保障 | |
超低噪聲 | 相比之前的模塊,擁有更低的噪聲系數(shù)以及超低的本體底噪 | |
高性價(jià)比 | 采用Ohmite低溫漂高精度的10G電阻 | |
更寬溫度范圍下的產(chǎn)品的性能保障 | 常溫到115?C溫度范圍內(nèi)進(jìn)行99個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)測(cè)試保障 每個(gè)皮安計(jì)模塊都經(jīng)過(guò)較為嚴(yán)格的加工工藝及85?C 8小時(shí)的老化 (模塊工作溫度范圍為-35?C to +115?C) | |
電路設(shè)計(jì)上, ADA4530-1通過(guò)10GR跨阻后進(jìn)行IV轉(zhuǎn)換,第二級(jí)則采用低噪的軌對(duì)軌零漂放大器ADA4522-1對(duì) ADA4530輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行調(diào)理。值得一提的是,這里為方便客戶單獨(dú)使用模塊的前端,世健在ADA4522-1上加入了增益可控電路(通過(guò)低Ron的多路開關(guān)ADG1608和固定阻值搭配達(dá)到增益可控)并留有測(cè)試點(diǎn)TP。
后端的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的選擇上同樣采用的是ADI經(jīng)典24bit Δ-∑ ADC-AD7124,AD7124更像是一款小型采集系統(tǒng),高精度的ADC內(nèi)核以及內(nèi)置的PAG能在靈活調(diào)整信號(hào)增益和采集的同時(shí),還保證了低的增益誤差和較高的ENOB值。另外,AD7124的三態(tài)工作模式,非常適合需要不同功耗領(lǐng)域的產(chǎn)品應(yīng)用,它的數(shù)據(jù)采集速率最大可達(dá)到19.2KSPS。
在供電端,世健采用了兩顆低噪聲高電源抑制比的LDO,LTC3260和LT1762,前者是一顆功能性超強(qiáng)的Charge pump加內(nèi)置正負(fù)輸出型LDO的產(chǎn)品,可以很好的保證了運(yùn)放的供電需求,后者則提供穩(wěn)定的3.3V供給數(shù)字部分。
圖2 PAM2.0EP系統(tǒng)框圖
MCU部分采用的是Microchip ARM Cortex-M0,通過(guò)單片機(jī)內(nèi)置USB端口與PC端對(duì)話。可視化的GUI界面可圈可點(diǎn),用戶可以通過(guò)安裝Labview GUI軟件,在PC端通過(guò)軟件界面來(lái)實(shí)時(shí)的配置模塊上的各個(gè)功能,讓其給出信號(hào)波形、直方圖以及統(tǒng)計(jì)分析等,同時(shí)軟件還支持Excel數(shù)據(jù)導(dǎo)出,非常適合需要做長(zhǎng)時(shí)間測(cè)試記錄的用戶。
圖3 外觀與軟件界面
PAM2.0EP模塊有者非常出色的線性度數(shù)據(jù),不僅在常溫下測(cè)試數(shù)據(jù)優(yōu)異,在全溫度范圍下的線性度表現(xiàn)也非常出色。
模塊的品質(zhì)檢測(cè),均采用的是Keithley 6220源表測(cè)量,每款產(chǎn)品都會(huì)在不同的溫度點(diǎn)進(jìn)行多次測(cè)試,通過(guò)99個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)合格的情況下判定為可供出貨產(chǎn)品,出廠產(chǎn)品均會(huì)配發(fā)這99點(diǎn)測(cè)試報(bào)告。被測(cè)點(diǎn)包括:
1.常溫25?C,0~100pA范圍中步進(jìn)為10pA的11個(gè)數(shù)據(jù)測(cè)試點(diǎn)和1個(gè)底噪數(shù)據(jù)點(diǎn)
2.常溫25?C, 0~20pA范圍中步進(jìn)為1pA的21個(gè)數(shù)據(jù)測(cè)試點(diǎn)
3.溫度40?C、55?C、 70?C、 85?C、 100?C和 115?C時(shí),每個(gè)溫度點(diǎn)0~100pA的范圍中步進(jìn)為10pA的11個(gè)數(shù)據(jù)測(cè)試點(diǎn),共66個(gè)數(shù)據(jù)
在常溫25°C 時(shí)
0-100pA的I-V曲線(見圖4),線性度好于百萬(wàn)分之一(0.999999x)。
0-20pA的I-V曲線(見圖5),線性度好于萬(wàn)分之一(0.9999x)。
圖4 0-100pA的I-V曲線測(cè)試圖表(溫度25°C)
圖5 0-20pA的I-V線性曲線測(cè)試 (溫度25°C)
從圖6測(cè)試結(jié)果看,在每個(gè)電流輸入點(diǎn),溫度對(duì)電流引起的電流峰峰偏差ΔIp-p約為1pA。用戶可以根據(jù)溫度曲線,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用進(jìn)行進(jìn)一步線性化處理,提供精度。
從40?C至115?C,以15?C為間隔的選擇了7點(diǎn)溫度點(diǎn)25?C, 40?C, 55?C, 70?C, 85?C, 100?C, 115?C,每個(gè)溫度點(diǎn)下以10pA 每步從0到100pA測(cè)試11點(diǎn)數(shù)。
圖6 40?C至115?C 溫度下0-100pA的I-V曲線測(cè)試圖表
世健技術(shù)支持部的高級(jí)副總裁戈一新向我們介紹道:“升級(jí)版的PAM2.0EP是針寬溫度范圍下的微弱電流檢測(cè)應(yīng)用來(lái)開發(fā)的,對(duì)比之前的版本,它提升了全溫度范圍下的性能和整體可靠性,我們通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)和測(cè)試保證了這一點(diǎn)。產(chǎn)品即使在高溫下同樣保持相當(dāng)不錯(cuò)的噪聲水平和線性度。我們會(huì)提供每款產(chǎn)品多點(diǎn)測(cè)試數(shù)據(jù),希望幫助用戶節(jié)省產(chǎn)品開發(fā)周期?!?/p>
據(jù)悉,目前相關(guān)模塊都已在世健網(wǎng)店出售。
評(píng)論