微弱电流测量-ADA4530使用要点

微电流的理论大概还有俩篇内容，ADA·4530的评估板和各种工程实践的合集，后面我就写具体的制作了。

微弱电流测量-GUARD保护技术

微小电流检测-nA级

小电流测量杂谈

这些文章都是可以参考读，但是有若干的错误，纯粹是我没有搞明白，一般看最新的文章为准，我会及时的纠正之前的一些错误。

微电流测量更多的其实是一种工程实践，测量的原理就两个反馈法和电容法，然后也有朋友告诉我大动态范围的对数放大器。

后面交流了不少，如果有需要可以继续做

我们看看这个ADA的参数吧

因为是电流太小了，所以要考虑这些参数了

正常工作期间，保护环缓冲器 (BUF1) 强迫反并联二极管上的电压变为0 V。

电阻R1将保护环缓冲器与可能存在大电容连接的保护引脚屏蔽开来。其标 值为1 kΩ。

保护环缓冲器 (BUF1) 是一个单位增益放大器，其产生输入共模电压的低阻抗副本。缓冲器输入连接到同相输入端 (IN+)。当主放大器反馈环路建立之后，同相输入电压约等于输入共模电压。

保护环缓冲器采用与放大器相似的三级架构。保护环缓冲器使用轨到轨输出级，保护电压可在供电轨的100 mV范围内摆动。保护环缓冲器输出跟随输入共模电压，因此，输出摆幅会限制保护环缓冲器在输入共模电压时的有效性。在输入偏置电流与共模电压的关系图中，输入 偏置电流在低共模电压时显著提高就是这种限制的表现。由于这个原因，不建议在输入共模电压比V−供电轨小100 mV 时使用该电路。保护环缓冲器输出电压性能会因为负载过大而降低。

对于每 1 nA 负载电流，1 kΩ 输出电阻会增加 1 µV 的保护电压误差。数十nA的负载电流便可将保护环缓冲器失调电压驱动到额定范围之外。

因此，建议不要利用保护环缓冲器驱动任何负载，绝缘电阻除外。如果需要更大的驱动强度，可利用一个低失调、低输入偏置电流运算放大器（如 ADA4661-2）来缓冲保护电压。

集成式保护环缓冲器用于最大程度地降低PCB设计中的输入引脚漏电流，减少电路板元件数，简化系统设计。此外，保护环缓冲器输出引脚放置在输入引脚 旁边，使得保护环的布线更加方便，并且能够防止输入、电源和输出引脚之间的耦合。

要求极低输入偏置电流和低失调电压的应 用，包括但不限于：用于各种电流输出传感器（如光电二极 管和光电倍增管）的前置放大器应用、质谱分析、色谱分析 以及用于化学传感器的高阻抗缓冲。

ADA4530-1通常用于两类电路：缓冲器和跨阻放大器 (TIA)。缓冲器电路适用于测量带高输出电阻的电压输出传感器。

传感器包括pH探针和库仑分析控制环路中的参考电极 (RE)。

TIA电路适用于将电流输出传感器信号转换为 出电压。

放大器的输入电阻是另一个必须考虑的误差源。输入电阻通常包括两部分：差分和共模。

差分输入电阻由电路的负反馈抑制。ADA4530-1具有足够高的增益，使得差分输入电阻太大而无法测量。

共模输入电阻（以下简称为输入电阻）是更 重要的误差源。输入电阻等于输入电压变化与输入偏置电流变化的比值。

该 变化不是由ADA4530-1内部的实际电阻引起的，而是ESD结构上的保护电压与输入共模电压的精度之间的复杂关系引起的；也就是说，输入电阻随共模电压变化而变化。输入电阻也可能是负值。负输入电阻意味着输入偏置电流随着共模 电压增加而降低。

输入电阻对TIA电路的影响要小得多。在该电路中，输入共模电压不改变，因此，产生的误差小到可以忽略不计。输入电阻影响电路的噪声增益，进而改变输入失调电压误差。

输入失调电压影响TIA电路的方式则不同。TIA的负担电压等于输入失调电压。此负担电压出现在A端和B端之间。将负担电压施加于传感器分流电阻上时，便会产生一个误差电流。

对于光电二极管等输出电阻较低的传感器，该误差可能很显著。考虑一个具有1 GΩ输出阻抗的传感器。ADA4530-1的最大50 µV失调电压可产生50 fA误差电流。

微弱电流测量-GUARD保护技术，有一种保护技术可将此类要求降低到合理水平。其原理是用另一种驱动到相同电位的导体（保护环）包围高阻抗导体。如果（高阻抗导体与保护环之间的）绝缘电阻上没有电压，那么就不会有任何电流流经其中。

该模型中增加了一个导体 (VGRD)，它 将高阻抗 (A) 节点与不同电压的低阻抗 (B) 节点完全隔开。

这个是以前的一些做法或者是一个流派，架空流

使用的是这样的封装，这么长的脚是套绝缘管的

显示了一系列电阻值对应的热噪声，同时用电压噪声和 电流噪声两种形式表示。电阻的电流噪声随着电阻增大而减小。这一惊人结果说明，必须用高值电阻来测量低水平的电流噪声。

越大的反馈越带宽小

电压传感器输出直连到图中的焊盘A和B。保护环是覆铜形状，完全包围从传感器连接到同相输入（引脚1）的高阻抗 (A) 走线。

保护环由ADA4530-1 保护环缓冲器（引脚2）通过散热形状连接直接驱动。无需连接另一保护环缓冲器输出（引脚7）。高阻抗走线和保护走线移除了阻焊层，确保保护环与所有表面漏电流路径形成电气接触。基于同样的原因，应避免在此部分中印刷丝网。

直接开窗，但是这个是缓冲电路的布局

阻焊层（solder mask），是指印刷电路板子上要上绿油的部分。 实际上这阻焊层使用的是负片输出，所以在阻焊层的形状映射到板子上以后，并不是上了绿油阻焊，反而是露出了铜皮。

PCB板两面都是铜层，没有做阻焊的PCB板裸露在空气中容易被氧化，而变成不良产品，也影响了PCB板的电气性能。因此，PCB电路板表面上必须要有一层能阻隔PCB与空气发生氧化反应的保护涂层，而这层涂层就是用阻焊漆材料覆盖的阻焊层。各种颜色的阻焊漆也应运而生，形成了五颜六色的PCB电路板，而阻焊颜色与PCB板的质量和电气性能没有任何关系。

覆铜，就是将PCB上闲置的空间作为基准面，然后用固体铜填充，这些铜区又称为灌铜。覆铜的意义在于，减小地线阻抗，提高抗干扰能力；降低压降，提高电源效率；还有，与地线相连，减小环路面积。大面积覆铜，一般也会开几个槽，缓解铜箔起泡。

A走线与保护环之间没有大量裸露的绝缘材料。增大此间距以试图提高绝缘电阻常常适得其反，因为裸露绝缘体往往会积聚压电或摩擦生电效应产生的表面电荷。这些电荷最终会扫过绝缘体而流向高阻抗导体。此误差电流的幅度取决于裸露高阻抗绝缘体的面积。A走线与保护环之间有15英寸的间距即足够。

这个是TIA的设计

保护环的实现方式与缓冲器电路相同。主要区别在于， 反馈电阻 (RF) 的左半部分和反馈电容 (CF) 连接到高阻抗节点。保护环形状沿着这些无源元件周围扩展，确保整个高阻抗节点都受到保护。

TIA电路的保护电压标称值等于B电压，故而可以直接由B电压驱动保护环，而无需使用ADA4530-1保护环缓冲器。用这种方式实现保护环时，请勿连接保护环缓冲器输出。

保护连接电流输出传感器的电缆的典型方法是使用同轴电缆。同轴电缆由内部导线、周围的绝缘层和包围绝缘层的编织导线组成。

内部导线用于高阻抗 (A) 端，外部编织屏蔽导线用于低阻抗 (B) 端。这种安排能够方便有效地保护同轴绝缘电阻，因为A端和B端的标称电压相同（连接到TIA接口电路时）。

电压输出传感器更易出问题，因为A端和B端电压不同。

保护电压输出传感器电缆的典型方法是使用三轴电缆。三轴电缆由内部导线和两条单独的编织导线组成。各编织导线通过绝缘层分开。

内部导线用于高阻抗 (A) 端，内编织导线用于保护 (VGRD) 连接，外编织导线用于低阻抗 (B) 端。所有包围内部导线的绝缘材料都被保护导体完全包围起来，使得此绝缘层上的压降为0。

在耦合信号的路径，一些小的移动摩擦都会引起电容的变化，进而现成电流。

干扰均可通过增加屏蔽体来降低。所谓屏蔽体，是指在高阻抗输入与干扰源之间增加一块导电材料。此屏蔽体必须电气连接到低阻抗源（如信号地）。

若屏蔽体从物理上中断所有容性耦合路径，则来自干扰源的所有位移电流都会分流到低阻抗源。屏蔽体的构造几乎与保护体的构造相同。由于这种相似性， 许多保护结构也能提供屏蔽。主要区别在于，屏蔽体的直流电压不重要，而保护必须有一个等于高阻抗输入电压的电压。由保护环缓冲器驱动的屏蔽体还有一个优势，那就是能使高阻抗输入与屏蔽体之间的电容自举。这种方法的缺点是保护环缓冲器输出阻抗为1 kΩ，与信号地或底盘地连接相比，屏蔽效果较差。最有效的系统通常采用“盒中盒”结构：外屏蔽体用地来驱动，内屏蔽体用保护环驱动。

还有一个震动的是要架空然后绝缘。

就是耦合电容直接给的电荷

用大反馈电阻实现高信号带宽可能需要极其微小的反馈电容才能做到。

陶瓷电容具有足够高的绝缘电阻和足够好的介电吸收性能，是静电计电路的合适选择。

OK就当月亮失了约，数据手册就先告一段落，我学了更多的东西日后再说计算的一些东西。

ADA4530-1R-EBZ还预装有499 Ω的输出电阻，可以将任何输出负载和放大器输出隔离，防止过多的容性负载导致振荡。-测试板

这个是给的中文设计

下面写的是低泄露的夹层，上面是反馈电阻，ADG这里是要测量ADC的失调电压，为了准确。

夹层板的输出电压范围最大为±5V，而 AD7172-2 ADC 的输入范围为±2.5 V。10 kΩ/10 kΩ 匹配电阻分压器将夹层板输出电压衰减两倍。为使 ADC 引起的失调误差最小，ADG1419 单刀双掷(SPDT)模拟开关将电阻分压器输入短接至地，并允许软件测量 ADC 和电阻分压器引起的失调误差。

当使能失调消除功能时，软件会将测得的失调从读数中减去。剩下的失调全部是由 ADA4530-1电路引起的。

其中 ADA4530-1 配置为跨阻放大器(TIA)，采用默认的 10 GΩ 玻璃电阻。在此配置中，一条实心线从 SMA 连接器的中心引脚焊接到−IN 焊盘。

SMA 输入连接器的中心引脚与外屏蔽体之间有 PTFE 电介质。（聚四氟乙烯）该连接器安装在夹层板底部，PTFE 核心和中心引脚通 顶部突出。由于连接是用架空线通过突出的中心引脚连 接到板顶部的焊盘，因此所有关键的高阻抗走线皆位于板顶部，板底部的屏蔽体因而也就不需要。顶部有金属屏体以防止静电干扰。

采用 10 GΩ 反馈电阻且输出电压范围为 4.96 V 时，对应 的电流输入范围为±496 pA。

对于不需要玻璃电阻所提供的低漏电流性能的应用，可已使用 R2，后者支持 0805、1206、1210 和 2510 四种尺寸的 SMT 电阻。

在该配置中，从夹层板上的 P2 中移除玻璃电阻引脚，用 R2 处的电阻代替。

这个要看实物的

OK，一个板子算是看完了，当然还有garber文件呢！也就是应用笔记，下面这个是用户手册，相当于是评估使用。

这个评估板的内容下次写，看了下细节很多，没有完全消化完。

这个是一个线上的研讨会，靓女直接给介绍

每次看见这个表还是忍不住哇哦

一些测量的应用场景

这个是电离电流

其中的一个测量的需求

17就有这个片子了

还是要说这个保护机制

审核编辑：汤梓红