新聞中心

EEPW首頁 > 測試測量 > 設(shè)計(jì)應(yīng)用 > 毫微安電流測量技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)與設(shè)計(jì)方案

毫微安電流測量技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)與設(shè)計(jì)方案

作者: 時間:2009-12-22 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  對小電流的非常微妙。巧妙的模擬設(shè)計(jì)技術(shù)、正確的器件和設(shè)備都有助于。

  要 點(diǎn)

  小電流的面臨物理限制與噪聲限制。

  早期的機(jī)械電表可分辨毫微微安級電流。

  JFET和CMOS放大器適用于測量。

  要測量毫微微安級電流,需要將電流積分到一只電容器中。

  積分器件可以測量毫微微安級電流,并提供 20位輸出。

  幾千種應(yīng)用都需要測試小電流的電路,最常見的是測量二極管受光照射所產(chǎn)生的光電電流。一些科學(xué)應(yīng)用(如 CT 掃描儀、氣相色譜儀、光電倍增管與粒子和波束監(jiān)控等)都需要小電流的測量。除了這些直接應(yīng)用以外,半導(dǎo)體、傳感器甚至電線的制造商都必須測量極小電流,以確定器件的特性。泄漏電流、絕緣電阻以及其它參數(shù)的測量都需要一致、精確的測量,以便建立數(shù)據(jù)表規(guī)格

  但很少有工程師明白,一只器件的數(shù)據(jù)表是一份契約文件。它規(guī)定了器件的性能,對器件運(yùn)行的任何異議都要?dú)w結(jié)到數(shù)據(jù)表的規(guī)格上。最近,一家大型模擬 IC 公司的客戶威脅要對制造商采取法律行動,稱他所購買的器件的工作電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于該公司規(guī)定的亞微安等級。事件的最終原因是:雖然該 PCB(印制電路板)裝配廠正確清洗了電路板,但裝配人員用手拿 PCB 板時,在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)上留下了指紋。由于可以測量這些微小的電流,半導(dǎo)體公司就可以證明自己的器件工作正常,泄漏電流來自于臟污的 PCB。

  測量小電流的困難來自于對測量的各種干擾。本文將討論兩個實(shí)驗(yàn)板電路,這些電路必須處理表面泄漏、放大器偏置電流引起的誤差,甚至宇宙射線等問題。與大多數(shù)電路一樣,EMI(電磁輻射)或 RFI(射頻干擾)都會帶來誤差,但在這種低水平上,即使靜電耦合也會帶來問題。當(dāng)要測量的電流小到毫微微安范圍時,電路容易遭受更多干擾的影響。濕度會改變電容的數(shù)值,造成較大的表面泄漏;振動會在電路中產(chǎn)生壓電效應(yīng);即使是室內(nèi)風(fēng)扇引起的微小溫度改變也會在 PCB 上形成溫度梯度,造成虛假讀數(shù);室內(nèi)光線也會降低測量的精度,熒光燈的光線會進(jìn)入一支檢測二極管的透明端,造成干擾(參考文獻(xiàn)1)。

  如果要確定晶體振蕩器的性能,則需要精確測量小電流。Linear Technology 的科學(xué)家,同時也是EDN的長期撰稿人Jim Williams演示了他為一個客戶設(shè)計(jì)的一款電路,該客戶需要測量一個32kHz手表晶體的均方根(rms)電流(圖1)。這種測量的一個難點(diǎn)在于,即使一個FET探頭的1pF電容也會影響到晶體的振蕩。確切地說,電流測量的目標(biāo)之一是為每個晶振確定所使用低值電容器的大小。這種測量的進(jìn)一步的困難是必須在32kHz下準(zhǔn)確地實(shí)時測量,這就排除了使用積分電容器的可能。這種信號是一種復(fù)雜的交流信號,系統(tǒng)設(shè)計(jì)者必須將其轉(zhuǎn)換為rms(均方根)值才能作評估。

測量一個32kHz手表晶體的均方根

  Williams稱:“石英晶體的rms工作電流對長期穩(wěn)定性、溫度系數(shù)和可靠性都很重要?!彼f,小型化需求會帶來寄生問題,尤其是電容,使rms 晶體電流的精確檢測更加復(fù)雜,特別是對微功率類型的晶體。他解釋說,采用圖2中的高增益低噪聲放大器,結(jié)合一只商品化的閉合磁芯電流探頭就可以測量,一個rms-dc轉(zhuǎn)換器就可提供rms值。圖中虛線表示石英晶體的測試電路,它示范了一個典型的測量情況。Williams使用 Tektronix CT-1電流探頭來監(jiān)控晶體電流,它只產(chǎn)生極小的寄生負(fù)載。同軸電纜將探頭的50Ω饋送至A1,A1 和A2得到1120的閉環(huán)增益,高于標(biāo)稱1000的額外增益,用于校正在32.768 kHz下CT-1 的 12% 低頻增益誤差。


上一頁 1 2 3 4 下一頁

關(guān)鍵詞: 毫微安電流 測量

評論


相關(guān)推薦

技術(shù)專區(qū)

關(guān)閉