挑战毫微安电流测量技术
微安测量方案
微安测量方案随着科学技术的不断进步，微安级别的电流测量在科学研究和工业应用中扮演着重要的角色。
微安级别的电流测量有很多挑战，如被测电流的小幅度、噪声的干扰以及测量精度的要求等等。
本文将介绍一种适用于微安级别电流测量的方案，并详细讨论其原理、实施步骤以及应用领域。
一、方案原理微安级别电流测量方案基于电流到电压的转换，通过测量电压信号来间接获得电流信息。
常用的微安级电流测量方案包括电流转换放大器、霍尔传感器、电阻比较法等。
在本方案中，我们采用电流转换放大器的方法进行测量。
电流转换放大器将微安级别的电流输入转换为电压信号输出。
其原理基于欧姆定律和放大电路的工作原理。
通过选取合适的电阻值和放大倍数，使得被测电流与输出电压之间建立起可测量的线性关系，在一定范围内实现高精度的微安级电流测量。
二、实施步骤1. 选择合适的电流转换放大器：根据被测电流的范围和测量精度的要求，选择合适的电流转换放大器。
考虑到微安级电流的特点，最好选择能够提供较高增益和低噪声的放大器。
2. 连接电流传感器：将被测电流与电流转换放大器连接。
可以使用电流传感器将电流转换为电压信号输入到放大器中，或者直接将被测电流接入放大器的输入端。
3. 设置放大倍数：根据被测电流的范围和放大器的特性，设置合适的放大倍数。
注意，放大倍数过大可能导致信噪比下降，从而影响测量精度。
4. 校准和测试：在进行实际测量之前，对电流转换放大器进行校准和测试。
可以使用已知电流源进行校准，以确保测量结果的准确性和可靠性。
三、应用领域微安测量方案在许多领域都有广泛的应用。
以下是一些典型的应用场景：1. 生命科学研究：微安级电流测量在细胞生物学、神经科学和药物研发等领域起着至关重要的作用。
例如，在细胞膜通道研究中，微安级电流测量可以帮助科学家了解离子通道的开闭过程，从而揭示细胞功能和疾病机制。
2. 半导体器件测试：微安级电流测量在半导体器件的研制和生产过程中扮演着关键角色。
微电流测量方法探讨
微 电流 测 量 方 法 探 讨
汪 小 婷
（ 航天５ ０ ４所计量 中心 ， 陕西 西安 ７ １ ０ ０ ０ ０ ）
摘 要： 本文介绍 了微 电流 的主要 的几种测量方法 ， 包括高阻抗负反馈运放放大法 、 开关电容积分法 、 运算 放大器 Ｉ — Ｆ转换换法 、 运 放差分 电路 Ｉ —Ｖ变换
Ｒｆ
图４
反 馈 电 流 放 大 型 Ｉ— ’ 转 换 法
图 ２ 电容 积 分 转 换 法 原理 图
反 馈 电流积 分 型 Ｉ —Ｆ转 换 法 的 物理 学机 理 如 图 ５ ， 其 是 于放 大器 内引进 积 分 电 容 ， 于是 在 形 式 上 和功 能 上 实 现 了密勒 积分 器 的定义 。进 而使待 测微 电流信 号通 过
３ 开 关 电容积 分法
ห้องสมุดไป่ตู้
该 转 换 法 的机 理 见 图 ２所 示 。运 用 虚 拟 的 定 义 ： 设
０ ， ， ＝ ０ ， 则存在 ＝ ｉ ２ ＝ ｉ ， 于是 ， 电容 ｃ可用电流 ｉ ＝ ／ Ｒ充 电， 电流 ｉ 是待测 的 ， 。如果电容器 Ｃ初始 电压
＝
为０ ， 那 么有
够 大 。可 尺 ， 的值 过 于 大会 强 化偏 置 电流 及 失 调 电压 的
运 算放 大器 Ｉ —Ｖ转换 法等 等 。下文 我们 依次 来看 。
２ 高阻抗 负 反馈 运放 放大 法
该 方 法从 屙 陛上讲 归 于 Ｉ —Ｖ转 换 的一类 。其 机 理 是 依靠 大 电阻 的反 馈 作 用 ， 使 得 未 知 电 流在 流 过 电阻 后
Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． １ ５ ９ ８ ８ ／ ｊ ． ｅ ｎ ｋ ｉ ． １ ０ ０ ４—６ ９ ４ １ ． ２ ０ １ ６ ． １ ２ ． ０ ３ ０
物理实验中的电流测量技术详解
物理实验中的电流测量技术详解导语：在物理实验中，电流是一个重要的物理量，测量电流的准确性和精度对于实验结果的可靠性至关重要。
本文将详细介绍物理实验中常用的电流测量技术，包括电流表的选择和使用，以及一些常见的测量方法和技巧。
一、电流表的选择和使用电流表是测量电流的主要仪器，一般分为模拟电流表和数字电流表两种。
模拟电流表通过指针的偏转来显示电流大小，一般适用于测量较小的电流；数字电流表通过电子显示屏来直接显示电流数值，精度较高，适用于测量范围更广的电流。
在选择电流表时，需要考虑测量范围、精度、灵敏度等因素。
测量范围应根据实验中预期的电流大小来确定，一般选择测量范围略大于实际电流的电流表，以确保测量结果的准确性。
精度是指电流表的测量误差，一般用百分比或带宽来表示，选择精度较高的电流表能够提高测量的准确性。
灵敏度是指电流表的指针或数字显示的变化对应于电流变化的程度，灵敏度越高，刻度间隔越小，可以更准确地读取电流数值。
在使用电流表时，需要注意以下几点。
首先，确认电流表的测量范围和量程是否匹配，以免超过其承受范围导致损坏。
其次，需要正确连接电流表，将其串联在电路中，使电流依次通过电流表。
最后，要保证电流表与电路的正负极连接正确，以避免读数的出现负号或误差。
二、常见的测量方法和技巧1. 正弦波电流的测量：正弦波电流是一种周期性变化的电流，可以通过交流电桥测量仪器来测量。
交流电桥通过比较两个电路中的电压大小，来测量未知电流的数值。
需要注意的是，在测量中要保持电桥平衡，并根据实际情况调整电阻或电容的值，以达到准确测量的目标。
2. 直流电流的测量：直流电流是一种稳定的电流，可以通过串联电阻来测量。
串联电阻的电压降与电流成正比，可以通过测量电阻两端的电压来计算电流的值。
为了减小电阻对电路的影响，在选取串联电阻时应根据电流的大小和测量的精度来确定合适的电阻值。
3. 微弱电流的测量：对于微弱电流的测量，常常会受到环境电磁干扰的影响，因此需要采取一些措施来提高测量的准确性。
测量微小电流的实验技巧和放大器校准方法
测量微小电流的实验技巧和放大器校准方法在现代科学领域，测量微小电流是一项非常重要的实验技巧。
微小电流测量有着广泛的应用，并且在许多领域中都是必不可少的。
然而，由于微小电流的特殊性质，测量过程中会面临一些挑战。
本文将介绍一些微小电流测量的实验技巧和放大器校准方法，以帮助读者更好地理解这一领域。
首先，为了准确测量微小电流，我们需要选择合适的测量设备。
通常情况下，我们可以使用电流表或电压表来进行测量。
然而，由于微小电流的值非常小，常规的电流表或电压表可能无法提供足够的灵敏度。
因此，我们需要借助专门的微小电流测量设备，如电流放大器或电压放大器。
其次，为了确保测量的准确性，我们需要注意一些实验技巧。
首先，应该尽量减小测量电路的杂散电容，因为电容会对微小电流产生影响。
我们可以通过使用低电容的电缆和连接器、避免长时间暴露在潮湿环境中等方式来减小杂散电容的影响。
此外，还可以采用差动测量技术，通过将两个相反极性的测量信号相减，来降低测量误差。
另外，放大器的校准也是确保微小电流测量准确性的重要步骤。
放大器的校准可以通过比较待测信号与已知信号之间的差异来完成。
具体而言，我们可以向放大器输入已知大小且稳定的电流信号，然后调整放大器的增益，使输出信号与输入信号匹配。
这样一来，当我们用该放大器测量微小电流时，就可以根据已知电流信号的校准结果来计算出待测微小电流的准确值。
当然，在进行实验测量时，我们还需要注意电路的稳定性和环境的干扰。
微小电流往往会非常敏感，甚至微小的环境干扰都可能产生较大的影响。
因此，我们应该选择一个稳定的实验环境，避免电路中的杂散干扰。
此外，还可以采取一些屏蔽和隔离措施，如使用屏蔽电缆、金属屏蔽罩等，来减少外部干扰对测量结果的影响。
综上所述，测量微小电流是一项具有挑战性的实验任务，但通过合适的测量设备、实验技巧和放大器校准方法，我们可以确保测量的准确性。
在进行实验测量时，我们应该注意电路的稳定性和环境的干扰，以获得真实可靠的测量结果。
穿越电流测量的无人区——pA等级电流测量
从毫安到微安再到皮安，随着电子技术的发展，以及市场对于低功耗的需求，电子设备的电流水平有往小发展的趋势，比如手机电池待机电流（10−3 A ）、光电二极管暗电流（10−12 A ）、OLED 的像素电流（10−12 A ）等。
而如何精确测量出微弱电流，则成了一道避不开的难题。
为穿过这片“无人区”，测量出pA 等级的电流，我们必须踏入小数点后15位（fA 等级）的世界。
然而，这片了无人烟的区域并不是那么好踏足，路上的荆棘羁绊是难免的，需克服重重挑战才能成功到达终点。
多重挑战首先要考虑的便是测量中的偏置电流问题。
当输入端开路时，理想电流计的读数应当为零。
然而，实际的电流计在输入端开路时有一些小的电流。
这些电流是由有源器件的偏置电流以及流过仪器内部的绝缘材料的泄漏电流所引起的。
试想一下，待测电流小到1pA ，而构成电流计的器件之一—运算放大器的偏置电流却达到100pA ，我们还能愉快地测出待测电流大小吗？当然不行，因为信号（待测电流）已被误差电流（偏置电流）掩盖，除非我们能将偏置电流控制在fA 水平。
偏置电流满足了是不是就可以了？不，这只是万里长征中的第一步。
接下来要考虑的问题还很多，包括很多设计上，工艺上的细节都会对测量结果造成很大的影响。
比如噪声、电介质吸收、泄漏电流、绝缘、屏蔽、PCB 材料，甚至电缆等。
这些问题我们在设计中如何避免呢？图1：pA 级电流测量所面临的挑战应对方案高灵敏度检测器需要精密信号链以支持极低的检测量程。
虽然面临的挑战诸多，但我们有应对方案。
技术型分销商Excelpoint 世健公司的工程师 Kayden Wang 介绍了ADI 解决方案--超高灵敏度飞安测量平台，并且针对设计过程中面临的挑战进行了解答。
超高灵敏度飞安测量平台方案此方案非常适合化学分析仪和实验室级仪器使用，其需要超高灵敏度模拟前端来对光电二极管、光电倍增管、法拉第筒等电流输出传感器进行信号调理。
可以使用该解决方案的应用包括质谱分析、色谱分析和库仑分析等。
立对3DIC测试挑战的ATE解决方案Advantest V93000准备就绪
立对3DIC测试挑战的ATE解决方案Advantest V93000准备就绪Scott Chesnut;Bob Smith【摘要】三维集成电路（3DIC）的出现需要具备自动测试设备开发能力才能解决这些结构带来的挑战。
在符合以下条件的解决方案中找到了这种能力：提供多时钟域、每个3DIC层粒状硬件移植、以及功能强大的测试语言来控制此硬件和协作软件开发环境；在这种环境下，各层的测试开发团队可紧密合作．为迅速生产做好准备。
Advantest引进了每个引脚时钟域、多端口硬件、并发测试框架、协议感知以及smar Test程序管理器，可有效解决3DIC的测试挑战。
它们可使生产解决方案达到开发团队所需的粒度。
%The advent of three dimensional integrated circuits (3DIC) requires that automatic test equipment develop capability to address the challenges brought on by these structures.Such capability is found in test solutions which provide multiple clock domains, granular hardware porting per 3DIC layer, powerful test languages to control this hardware and collaborative software development environments where each layer's test development team can seamlessly merge their efforts together and be ready for production quickly. Advantest's introduction of clock domain per pin, multi-port hardware, concurrent test framework, Protocol aware, and smartest program manager address the test challenges of 3DIC in an effective manner. They allow production solutions to be architected to the degree of granularity required by the development teams.【期刊名称】《电子工业专用设备》【年(卷),期】2012(041)010【总页数】7页(P34-39,63)【关键词】三维集成电路／硅穿孔;单封装系统;自动测试设备【作者】Scott Chesnut;Bob Smith【作者单位】Advantest America;Advantest America【正文语种】中文【中图分类】TN4073D芯片属于多系统实体，其面临的测试挑战远远超过以往的单封装系统（SiP）和/或系统级芯片（SOC）。
微型电化学系统中的微电流测量技术
图 ３ 德州仪器 ＬＭＰ９１０００ 芯片框架
２．２ 基于 ＭＳ０１ 芯片的的微型电化学测量系统
刷新智能是一家聚焦于人体体征无创连续监测 的高科技公司，在智能生物传感器领域投入了大量 的研究。 为了解决生物传感器中微电流的测量问 题，公司设计了专门的生物信号处理芯片 ＭＳ０１，电 流测量范围 １０ ｎＡ ～ １００ μＡ，测量精度可以达到 １ｎＡ 甚至更低。 ＭＳ０１ 芯片可以测量微电流和微电势，专 门用于电化学传感器的信号采集处理，可以通过程 序来配置增益和偏置电压等。 此外，该芯片还支持 和电化学传感器集成封装来构建智能生物传感器， 这样就能够保证电化学信号的传输路径最短，最大 限度减轻了路径干扰和电磁干扰的问题，如下图 ４ 所示是基于该芯片设计的微型电化学系统（ ＲｅＳＴ 系 统） ，系统尺寸只有 １５ ｍｍ× １３ ｍｍ，可以测量电流和 电势，并直接将测量结果发送到手机上进行显示。
表 １ 微型电化学系统中的微电流元件选型
微电流元件的参数
微电流元件的标准参数数值
输入偏置电流
２０ ｆＡ ｍａｘ
输入失调电压
１１０ μＶ ｍａｘ
输入失调漂移
１ μＶ ／ ℃
开环增益
１２０ ｄＢ
共模抑制比
８０ ｄＢ ｍｉｎ
输入阻抗
１０１３ ／ ／ ３ ／ ｐＦ
除了用运放搭建系统外，还可以选择集成式芯 片来实现该功能，比如美国德州仪器公司的可编程 电化学芯片 ＬＭＰ９１０００，就是一款专门用于电化学反 应电流信号测量的芯片，技术规格表明该芯片能够 测量 ０．５ ｎＡ 的电流。［２］ 但该芯片内部的可编程电路
微型电化学系统中的微电流测量系统有几种构 建方法，传统的一般用运放来搭建前端处理电路，多 数采用跨阻放大和电压放大两级放大的架构，每级 放大的前后可能都会有滤波电路，防止出现振荡，框 架如图 ２ 所示。
微弱电流检测技术分析
微弱电流检测技术分析摘要：微弱电流有个广为人知的定义，即小于10-6安培的电流。
由于其极易为噪声淹没的特性，如何抵御噪声，如何把有用信号从噪声中提取就成为了微弱电流检测技术中克敌制胜的关键。
总体说来有两种检测方法，一是I-V变换法，另一是I-F变换法。
关键词：微弱电流；检测；噪声；I-V变换法；I-F变换法0 前言微弱电流即为小于10-6安培的电流[1]，在影响国计民生的半导体、微纳加工以及绝缘材料的生产和应用方面有着不可替代的作用。
由于其易被噪声掩盖的特性，如何抵御噪声的干扰并成功提取，就成为了重中之重。
因此，微弱电流检测本质上是一种抑制噪声的技术[2]。
上世纪50 年代，霍夫斯塔德（Hafstad）通过FP-54静电计管，用几分钟时间测出了3×10-19A 的电流[3]。
Chaplin 在1957 年完成了第一台晶体管的载波调制直流放大器，它具有10-9A 的微弱电流检测能力[3]。
在普通放大电路中，McCaslin也做到了把低泄露绝缘栅场效应管灵活运用，最终实测电流达到10-15A [3]。
随着集成电路技术的发展，现在微弱电流检测的仪器已经商业化。
1 微弱电流检测技术的方法在目前条件下，一般用两种方法检测微弱电流。
其一为先令微弱电流通过高值电阻，从而转化成电压，接着测量相对较大电压的电流，即I-V变换；其二是通过把微弱电流转化成频率的方法得到电流信息，即I-F变换。
1.1 I-V变换法由于转换方式的不同，本方法可以分为：其一高输入阻抗法，该方法是将输入电流转换成高值电阻两端的电压；另一种是积分法，该方法是将输入电流对放大器连接的电容充电，在放大器的输出端产生电压。
高输入阻抗法也被称为直放式。
此时运算放大器转换后，输出电压与输入电流的关系则为：V0=-Ii×Rf噪声和漂移问题影响着微弱电流检测的分辨率和灵敏度，为此降噪降漂是测量技术的核心。
众所周知再波放大线性组件技术虽然不能有效的降低噪声，但是解决漂移问题还是不错的。
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０００。这 个 数 字 在 Ａ 产 生 一 个 针 对 ＣＴ－ ４
１ 输 出 的 １ Ｖ ／μ Ａ 比 例 因 子 。 Ａ ４ 的
ＬＴＣ１５６３－２ ３２．７ ｋＨｚ 带 通 滤 波 输 出 通
过一个以 ＬＴＣ１９６８ 为基础的 ｒｍｓ－ｄｃ
转 换 器 送 给 Ａ５，该 ｒｍｓ－ｄｃ 转 换 器 提 供 电 路 的 输 出 。”Ｗｉｌｌｉａｍｓ 解 释 说 ，信 号
了指纹。由于可以测量这些微小的电 必须将其转换为 ｒｍｓ（均方根）值才
流，半导体公司就可以证明自己的器 能作评估。
件工作正常，泄漏电流来自于脏污的
Ｗｉｌｌｉａｍｓ 称：“ 石 英 晶 体 的 ｒｍｓ工
ＰＣＢ。
作电流对长期稳定性、温度系数和可
测 量 小 电 流 的 困 难 来 自 于 对 测 量 靠 性 都 很 重 要 。”他 说 ，小 型 化 需 求 会
为 测 量 者 必 须 实 时 完 成 测 量 。还 有 更
多复杂因素，如这种交流测量需要
３２ ｋＨｚ 的 带 宽 来 捕 捉 示 波 器 电 流 波 形
中 的 大 量 能 量 。Ｗｉｌｌｉａｍｓ 用 一 只 传 感
器 来 解 决 这 些 问 题 。Ｔｅｋｔｒｏｎｉｘ ＣＴ－１
传 感 器（ 参 考 文 献 ２ ）价 格 高 达 ５００
１２％ 低频增益误差。
Ｗｉｌｌｉａｍｓ通过Ｔｅｋｔｒｏｎｉｘ ＣＴ－１的七
个采样组，研究了这种增益误差校正
对 一 个 正 弦 频 率（ ３２．７６８ｋＨｚ）的 有 效
性 。他 报 告 说 ，对 一 个 １μ Ａ、３２．７６８ｋＨｚ
的正弦波输入电流，该器件的输出全
部 都 在 １２％ 的 ０．５％ 以 内 。尽 管 这 些
封 面 特 写 ＣＯＶＥＲ ＳＴＯＲＹ
量 情 况 。Ｗｉｌｌｉａｍｓ使 用 Ｔｅｋｔｒｏｎｉｘ ＣＴ－
１ 电流探头来监控晶体电流，它只产
生极小的寄生负载。同轴电缆将探头
的 ５０ Ω馈送至 Ａ ，Ａ 和 Ａ 得到 １１２０
１
１
２
的 闭 环 增 益 ，高 于 标 称 １０００ 的 额 外 增
益 ，用 于 校 正 在 ３２．７６８ ｋＨｚ下 ＣＴ－１ 的
精度，荧光灯的光线会进入一支检测 二极管的透明端，造成干扰（参考文
都有助于测量。
至电线的制造商都必须测量极小电 流 ，以 确 定 器 件 的 特 性 。泄 漏 电 流 、绝
献 １ ）。 如果要确定晶体振荡器的性能，
缘 电 阻 以 及 其 它 参 数 的 测 量 都 需 要 一 则 需 要 精 确 测 量 小 电 流 。Ｌｉｎｅａｒ Ｔｅｃｈ－
的各种干扰。本文将讨论两个实验ห้องสมุดไป่ตู้ 带来寄生问题，尤其是电容，使 ｒｍｓ
电路，这些电路必须处理表面泄漏、 晶体电流的精确检测更加复杂，特别
放大器偏置电流引起的误差，甚至宇 是对微功率类型的晶体。他解释说，
宙射线等问题。与大多数电路一样， 采用图 ２ 中的高增益低噪声放大器，
ＥＭＩ（ 电 磁 辐 射 ）或 ＲＦＩ（ 射 频 干 扰 ） 结 合 一 只 商 品 化 的 闭 合 磁 芯 电 流 探 头
图 ７ 表明，Ｇｒｏｈｅ 并未将 ＤＵＴ 插 入插座内，所有管脚均未与 Ｐ Ｃ Ｂ 接 触。为尽量减小泄漏，Ｇｒｏｈｅ 只将两
只电源脚作为长而独立的插座，而且 并未安装在 ＰＣＢ 上。同样，他将待测 管脚连接到一个插座和一个 ２ 英寸悬 置线上，并将管脚 ／ 插座组合连接到 积分放大器的输入端。为防止 ＤＵＴ 运 行在开环状态，Ｇｒｏｈｅ 将两个插座焊 在一起，将空中悬浮的输出脚桥接起 来。空气的流动会带来充电的离子， 造成虚假读数，因此 Ｇｒｏｈｅ 将整个 ＤＵＴ 封装在一个屏蔽的覆铜盒内。
处理路径组成一个频带极窄的放大
器，该放大器调谐到晶体的频率。图
３ 画 出 典 型 的 电 路 波 形 。据 Ｗｉｌｌｉａｍｓ
说，该晶体在 Ｃ 的输出端驱动（上迹 １
线 ）， 产 生 一 个 ５ ３ ０ ｎ Ａ 的 ｒ ｍ ｓ 晶 体 电
流 ，分 别 显 示 为 Ａ 的 输 出（ 中 间 迹 线 ） ４
图 ３，上方迹线表示 Ｃ１ 的 ３２．７６８ｋＨｚ 输出。Ａ４ 的输出（中间迹线）表 示 晶 体 的 电 流 。下 方 迹 线 表 示 ｒｍｓ 转 换 器 输 入 。中 间 迹 线 未 过 滤 的 尖 峰 来 自 与 晶 体 并 联 的 寄 生 路 径（ Ｌｉｎｅａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 供 稿 ）。
测量小电流的现实情况远远超过 图 中 所 表 述 的 内 容 。首 先 ，Ｇｒｏｈｅ 不
图 １， 此 实 验 电 路 板 用 于 测 量 手 表 晶 体 的 ｒｍｓ 电 流 （ Ｌｉｎｅａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 供 稿 ）。
４ ８ ＥＤＮ 电子设计技术 ２００７．０７ CHINA
ｗｗｗ．ＥＤＮＣｈｉｎａ．ｃｏｍ
要 点
小电流的测量面临物理限制与噪 声限制。
早期的机械电表可分辨毫微微安 级电流。
ＪＦＥＴ 和 ＣＭＯＳ 放大器适用于测 量。
要测量毫微微安级电流，需要将 电流积分到一只电容器中。
积分器件可以测量毫微微安级电 流 ，并 提 供 ２０ 位 输 出 。
美元，但如果没有好的传感器，Ｗｉｌ－ ｌｉａｍｓ 就 不 能 从 各 种 噪 声 中 恢 复 出 信 号 。除 了 有 好 的 灵 敏 度 以 外 ，ＣＴ－１ 有 ５０ Ω 的输出阻抗，与高阻抗输出相 比可获得较低的噪声信号路径。本例 证明的另一个重要原则是，限制信号 路 径 的 带 宽 十 分 重 要 。Ｗｉｌｌｉａｍｓ 做 了 一个窄带放大器链，去除了不感兴趣 频率部分带来的所有噪声。最后， Ｗｉｌｌｉａｍｓ 在 电 路 中 采 用 了 良 好 的 低 噪 声设计原则。将重要节点架空连接， 尽 量 减 少 泄 漏 路 径 ，而 在 ５ ０ Ω 的 源
下一个问题是选择一个积分电容 器 。开 始 时 ，Ｇｒｏｈｅ 感 觉 最 佳 的 电 容 器选择可能是空气介质电容器，因此 他做了两块尺寸为 ４ 英寸× ５ 英寸的 大平板，用作积分电容器。这个电容
器的尺寸正好是安装 ＤＵＴ 的第二个 覆铜盒的大小。采用大电容器被证明 是一个坏主意。大面积区域为宇宙射 线提供了一个大目标，产生出能影响 测 量 的 离 子 电 荷（ 图 ８ ）。Ｇｒｏｈｅ 接 下 来尽量减小了电容器的尺寸，同时仍 然使用一种良好的电介质。他偶然发 现 ＲＧ１８８ 同 轴 电 缆 使 用 了 Ｔｅｆｌｏｎ 绝 缘 层 。２ 英 寸 长 的 这 种 电 缆 可 为 积 分 电 容 器 提 供 １０ ｐＦ 的 电 容（ 图 ９ ）。另 外它还有一个好处，外层的编织带可 以 作 为 屏 蔽 。于 是 ，Ｇｒｏｈｅ 将 其 连 接 到放大器的低阻抗输出端。换用这种 电 容 器 后 ，宇 宙 射 线 的 密 度 只 有 每 ３０ 秒左右一次。Ｇｒｏｈｅ 做 １５ 秒的积分测
容易遭受更多干扰的影响。湿度会改 变电容的数值，造成较大的表面泄 漏；振动会在电路中产生压电效应； 即使是室内风扇引起的微小温度改变 也会在 ＰＣＢ 上形成温度梯度，造成
正确的器件
色谱仪、光电倍增管与粒子和波束监 虚假读数；室内光线也会降低测量的
和设备
控等）都需要小电流的测量。除了这 些直接应用以外，半导体、传感器甚
封 面 特 写 ＣＯＶＥＲ ＳＴＯＲＹ
挑战毫微安电流
测量技术
作者：Ｐａｕｌ Ｒａｋｏ，ＥＤＮ 技术编辑
４ ６ ＥＤＮ 电子设计技术 ２００７．０７
４６
CHINA
２００７．０７
ｗｗｗ．ＥＤＮＣｈｉｎａ．ｃｏｍ
对小电流的测量 非常微妙。
几
巧妙的模拟设计技术、
千种应用都需要测试小电 流的电路，最常见的是测 量二极管受光照射所产生 的光电电流。一些科学应 用（如 ＣＴ 扫描仪、气相
和 ｒｍｓ－ｄｃ 转 换 器 输 入 （ 下 迹 线 ）。 他
说 ：“ 中 间 迹 线 可 看 到 尖 峰 ，这 是 来 自
与 晶 体 并 联 寄 生 路 径 的 未 过 滤 成 份 。”
从 Ｗｉｌｌｉａｍｓ的电路中可以看到，
即 使 采 用 积 分 技 术 ，要 测 量 毫 微 安 电
流 仍 很 困 难 。这 个 问 题 非 常 困 难 ，因
封 面 特 写 ＣＯＶＥＲ ＳＴＯＲＹ
图 ２，Ａ１ ￣ Ａ４ 为电流探头提供高于 ２０ 万的增益，完成亚微安级电流的测量。ＬＴＣ１５６３－２ 带通滤波器用于平滑残余噪声，在 ３２．７６８ｋＨｚ 提供 单位增益。ＬＴＣ１９６８ 提供 ｒｍｓ 校准输出。
能用器件本身测量自己的偏置电流。 如果他尝试将器件自身用作积分器， 则无法校正一个插座的效应，以及与 测试装置有关的其它泄漏。要做到这 一点，需要一个单独的低偏置电流器 件 作 积 分 器 （ 图 ６ ）。 用 一 只 Ｃ Ｍ Ｏ Ｓ 的 ＬＭＣ６６０ 放 大 器 即 可 保 证 偏 置 电 流 小 于 ２ ｆＡ。Ｇｒｏｈｅ 用 这 种 技 术 可 以 简 单 地 去 除 任 何 Ｄ Ｕ Ｔ （ 待 测 器 件 ）， 而 积分器就可以测量自己的偏置电流， 以及测试插座和安装积分器的 Ｐ Ｃ Ｂ 的泄漏电流。
都 会 带 来 误 差 ， 但 在 这 种 低 水 平 上 ， 就 可 以 测 量 ，一 个 ｒｍｓ－ｄｃ 转 换 器 就 可
即使静电耦合也会带来问题。当要测 提供 ｒｍｓ 值。图中虚线表示石英晶体
量的电流小到毫微微安范围时，电路 的测试电路，它示范了一个典型的测
ｗｗｗ．ＥＤＮＣｈｉｎａ．ｃｏｍ
２００７．０７ ＥＤＮ 电子设计技术 ４ ７ CHINA
致、精确的测量，以便建立数据表规 ｎｏｌｏｇｙ 的科学家，同时也是 ＥＤＮ 的
格。
长期撰稿人Ｊｉｍ Ｗｉｌｌｉａｍｓ演示了他为
但 很 少 有 工 程 师 明 白 ，一 只 器 件 一 个 客 户 设 计 的 一 款 电 路 ，该 客 户 需