毫微安電流測量技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)與設(shè)計方案

　　圖7表明，Grohe并未將DUT插入插座內(nèi)，所有管腳均未與PCB接觸。為盡量減小泄漏，Grohe只將兩只電源腳作為長而獨(dú)立的插座，而且并未安裝在PCB上。同樣，他將待測管腳連接到一個插座和一個2英寸懸置線上，并將管腳/插座組合連接到積分放大器的輸入端。為防止DUT運(yùn)行在開環(huán)狀態(tài)，Grohe將兩個插座焊在一起，將空中懸浮的輸出腳橋接起來?？諝獾牧鲃訒沓潆姷碾x子，造成虛假讀數(shù)，因此Grohe將整個 DUT 封裝在一個屏蔽的覆銅盒內(nèi)。

　　下一個問題是選擇一個積分電容器。開始時，Grohe 感覺最佳的電容器選擇可能是空氣介質(zhì)電容器，因此他做了兩塊尺寸為4英寸×5英寸的大平板，用作積分電容器。這個電容器的尺寸正好是安裝 DUT 的第二個覆銅盒的大小。采用大電容器被證明是一個壞主意。大面積區(qū)域為宇宙射線提供了一個大目標(biāo)，產(chǎn)生出能影響測量的離子電荷（圖 8）。Grohe 接下來盡量減小了電容器的尺寸，同時仍然使用一種良好的電介質(zhì)。他偶然發(fā)現(xiàn) RG188 同軸電纜使用了 Teflon 絕緣層。2 英寸長的這種電纜可為積分電容器提供10 pF 的電容（圖 9）。另外它還有一個好處，外層的編織帶可以作為屏蔽。于是，Grohe 將其連接到放大器的低阻抗輸出端。換用這種電容器后，宇宙射線的密度只有每30秒左右一次。Grohe做15秒的積分測量，通過五次測量來消除射線的影響。后來，Grohe拋棄了單次測量。任何離子輻射源（包括有鐳刻度盤的老式手表）都會帶來射線輻射問題。注意Grohe將放大器的輸入端撬起，以避免PCB的泄漏。

　　在測量前，你需要將積分電容器復(fù)位為零。用半導(dǎo)體開關(guān)是不現(xiàn)實的，因為多數(shù)模擬開關(guān)都會帶來泄漏電流和5pF ~ 20pF的電容。電容也會有變?nèi)菪?yīng)，容值隨施加的電壓而變化，使測量更加復(fù)雜化。為盡量減少這些問題，Grohe使用了一只Coto簧片繼電器。他知道在繼電器打開時，線圈可能與內(nèi)部簧片耦合，于是他規(guī)定使用有靜電屏蔽的繼電器。但結(jié)果讓他沮喪，當(dāng)繼電器由于電荷注入而打開時，測量中仍然有大的跳躍。你也可以將一只簧片繼電器看作一個變壓器，簧片組件可看作一個單匝繞組。這種現(xiàn)象表明，用靜電屏蔽防止干擾是失敗的，磁場在電路高阻抗端產(chǎn)生的電壓造成了電荷注入。繼電器沒有立即打開，需要為線圈充電的脈沖在繼電器打開前的瞬間產(chǎn)生一個相當(dāng)大的電流注入。Grohe確定了使繼電器工作所需的最小絕對電壓擺幅，盡可能地減少了這種問題。這樣，繼電器將會以3.2V拉入，而以2.7V釋放。他在一只 LM317 可調(diào)穩(wěn)壓器上使用一組電阻分接頭，以控制這兩個值之間的輸出。他選擇不用全部5V為繼電器供能，從而減少了積分器輸出的跳躍，使之可以重復(fù)。然后，通過為第二級增益放大器注入一個小電流來消除跳躍。