微弱電流測量-GUARD保護(hù)技術(shù)

在pA，fA這些特別小的電流測量下，其實(shí)nA也算，會(huì)關(guān)注一個(gè)就漏電流的東西。

如這個(gè)圖，上面粗的是我們的電源線，周圍是有特別微弱的電流存在的，至于是啥原因，我簡單的查了一下。

漏電流是由測量電路和附近的電壓源之間的雜散電阻通路所產(chǎn)生的。這些電流可以在很大程度上降低弱電流的 測量精度。為了降低漏電流，可以使用高品質(zhì)的絕緣體、 降低測試環(huán)境中的濕度和使用防護(hù)措施。防護(hù)還可以降 低測量電路中旁路電容的影響。

在搭建測試電路時(shí)使用高品質(zhì)的絕緣體是一種降低漏電流的方法。Teflon、聚乙烯和藍(lán)寶石是高品質(zhì)絕緣體的例 子，不過，應(yīng)避免酚醛塑料和尼龍等材料。濕度也會(huì)給弱電流測量帶來不利影響。不同類型的絕緣 體從空氣中吸收的水量也各不相同，因此最好選用一種水蒸汽無法方便地形成連續(xù)膜的絕緣材料。

有時(shí)，如果待測的材料會(huì)輕松地吸收水分的話，這是不可避免的，因此， 最好在環(huán)境條件受到良好控制的房間中進(jìn)行測量。在某些情況下，絕緣體可能具有離子型的沾污，這會(huì)產(chǎn)生寄生的電流，特別是在大濕度的條件下。防護(hù)是一種減少漏電流的極為有效的方法。防護(hù)是指電路中的低阻抗點(diǎn)，其電位幾乎等同于被防護(hù)的高阻抗的引線的電位。

然后就是Rl其實(shí)就是PCB本身的電阻，這些漏電x這么大的絕緣電阻，在這個(gè)運(yùn)放的輸入腳附近就會(huì)被感應(yīng)到。

接下來就說大家都會(huì)用的這個(gè)技術(shù)。

GUARD Ring（環(huán)）的目的是為了在輸入引腳周圍形成一個(gè)等電位區(qū)（不一定接GND），防止外部漏電流到達(dá)輸入端，或者輸入漏電流經(jīng)過pcb trace 等效電阻形成電壓。

就是這個(gè)電流到了這里就好像被引到了別的地方，一般是一個(gè)永遠(yuǎn)的低阻抗源。

也有一些做法，是把表面的銅皮摳掉。

這些地方就全挖空了，沒導(dǎo)電的介質(zhì)了，導(dǎo)個(gè)溝子電

下面也是打好多地孔，和挖空

貴的一批

ADA4530-1R-EBZ是一款采用 Rogers 4350B 高性能PCB層壓板的4層評(píng)估板。為了提高機(jī)械強(qiáng)度，需要混合堆疊。

頂層和底層是陶瓷(Rogers 450b)，而中間芯層是傳統(tǒng)的玻璃環(huán)氧層壓(FR-4)。與玻璃/環(huán)氧樹脂材料相比，羅杰斯450b材料在潮濕環(huán)境下具有優(yōu)越的絕緣電阻。它最大限度地減少了電流泄漏，因此增加了信號(hào)的完整性。此外，Rogers 450b的介電弛豫時(shí)間比玻璃/環(huán)氧介電材料短得多。

這個(gè)是一篇國內(nèi)的論文出現(xiàn)的東西，至于這個(gè)緩沖器這段有個(gè)文獻(xiàn)有說，但是我沒有看完。下篇寫~

NC

NC不是不連接，而是保護(hù)

看這個(gè)2和7的引腳其實(shí)就是TI的NC腳

經(jīng)過運(yùn)放buffer后且和輸入信號(hào)等電位的地方引出ring。運(yùn)放buffer 后驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，信號(hào)不容易收到影響。等電位是不會(huì)因?yàn)間uard ring 帶來新的漏電流

這個(gè)其實(shí)就是我上面找到的國內(nèi)論文的圖，Layout的也是一樣的

保護(hù)環(huán)未接地；它是一個(gè)單獨(dú)的導(dǎo)體。它由 EVM 上的緩沖放大器 U2 驅(qū)動(dòng)。這個(gè)想法是以與輸入信號(hào)相同的電位驅(qū)動(dòng)保護(hù)裝置，以減少/消除輸入和電路其他區(qū)域之間的泄漏。

我截取了里面給出的一個(gè)原理圖，可以看到這種直觀的保護(hù)機(jī)制

這個(gè)更明顯，就是只要這里不要有電流進(jìn)去就行

這個(gè)是換了個(gè)展現(xiàn)形態(tài)

隨便看吧

1nA x5G

有的工程師會(huì)一并取消PCB走線，將光電二極管引線暴露在空氣中并與運(yùn)算放大器輸入端引腳直接相連。

顯示搭載光電二極管電流的網(wǎng)絡(luò)周圍的保護(hù)走線。+5 V走線產(chǎn)生的漏電流隨后通過RL 流入保護(hù)走線，而非流入放大器。在該電路中，保護(hù)走線和輸入走線之間的壓差僅與運(yùn)算放大器的輸入失調(diào)電壓有關(guān)——這就是為什 么要選用低輸入失調(diào)電壓放大器的又一個(gè)原因。

這個(gè)是交流的原因

輸出噪聲主要由放大器輸入電壓噪聲和反饋電阻約翰 遜噪聲導(dǎo)致。來自反饋電阻的噪聲出現(xiàn)在輸出端，且無額 外的放大效應(yīng)。如果增加電阻值以便放大光電二極管電 流，則增益電阻導(dǎo)致的噪聲將僅增加電阻值增加量的平方 根。實(shí)際上，這意味著光電二極管放大器增益越大越有好 處，因?yàn)槿舨捎玫诙€(gè)放大器級(jí)，則噪聲會(huì)隨著增益的增 加而線性增加。放大器輸出噪聲等于輸入電壓噪聲乘以放大器噪聲增益。噪聲增益不僅由反饋電阻確定，同時(shí)還由反饋和輸入電容 確定，因此它在整個(gè)頻率范圍內(nèi)是變化的。

這里看一個(gè)有趣的東西，淘寶的一個(gè)微弱電流檢測：

這些是測量電阻

1G

這些個(gè)地方看其它特點(diǎn)

這些是國產(chǎn)化的一些改進(jìn)

這個(gè)圖反饋電阻的選擇，可以直接抄作業(yè)

走線

這些布局都可以參考

審核編輯：湯梓紅