毫微安電流測量技術(shù)面臨的挑戰與設計方案

　　圖7表明，Grohe并未將DUT插入插座內，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(cháng)而獨立的插座，而且并未安裝在PCB上。同樣，他將待測管腳連接到一個(gè)插座和一個(gè)2英寸懸置線(xiàn)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運行在開(kāi)環(huán)狀態(tài)，Grohe將兩個(gè)插座焊在一起，將空中懸浮的輸出腳橋接起來(lái)?？諝獾牧鲃?dòng)會(huì )帶來(lái)充電的離子，造成虛假讀數，因此Grohe將整個(gè) DUT 封裝在一個(gè)屏蔽的覆銅盒內。

　　下一個(gè)問(wèn)題是選擇一個(gè)積分電容器。開(kāi)始時(shí)，Grohe 感覺(jué)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(gè)電容器的尺寸正好是安裝 DUT 的第二個(gè)覆銅盒的大小。采用大電容器被證明是一個(gè)壞主意。大面積區域為宇宙射線(xiàn)提供了一個(gè)大目標，產(chǎn)生出能影響測量的離子電荷（圖 8）。Grohe 接下來(lái)盡量減小了電容器的尺寸，同時(shí)仍然使用一種良好的電介質(zhì)。他偶然發(fā)現 RG188 同軸電纜使用了 Teflon 絕緣層。2 英寸長(cháng)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(gè)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(xiàn)的密度只有每30秒左右一次。Grohe做15秒的積分測量，通過(guò)五次測量來(lái)消除射線(xiàn)的影響。后來(lái)，Grohe拋棄了單次測量。任何離子輻射源（包括有鐳刻度盤(pán)的老式手表）都會(huì )帶來(lái)射線(xiàn)輻射問(wèn)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位為零。用半導體開(kāi)關(guān)是不現實(shí)的，因為多數模擬開(kāi)關(guān)都會(huì )帶來(lái)泄漏電流和5pF ~ 20pF的電容。電容也會(huì )有變容效應，容值隨施加的電壓而變化，使測量更加復雜化。為盡量減少這些問(wèn)題，Grohe使用了一只Coto簧片繼電器。他知道在繼電器打開(kāi)時(shí)，線(xiàn)圈可能與內部簧片耦合，于是他規定使用有靜電屏蔽的繼電器。但結果讓他沮喪，當繼電器由于電荷注入而打開(kāi)時(shí)，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(gè)變壓器，簧片組件可看作一個(gè)單匝繞組。這種現象表明，用靜電屏蔽防止干擾是失敗的，磁場(chǎng)在電路高阻抗端產(chǎn)生的電壓造成了電荷注入。繼電器沒(méi)有立即打開(kāi)，需要為線(xiàn)圈充電的脈沖在繼電器打開(kāi)前的瞬間產(chǎn)生一個(gè)相當大的電流注入。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(wèn)題。這樣，繼電器將會(huì )以3.2V拉入，而以2.7V釋放。他在一只 LM317 可調穩壓器上使用一組電阻分接頭，以控制這兩個(gè)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。然后，通過(guò)為第二級增益放大器注入一個(gè)小電流來(lái)消除跳躍。