微弱电流测量-GUARD保护技术

在pA，fA这些特别小的电流测量下，其实nA也算，会关注一个就漏电流的东西。

如这个图，上面粗的是我们的电源线，周围是有特别微弱的电流存在的，至于是啥原因，我简单的查了一下。

 

漏电流是由测量电路和附近的电压源之间的杂散电阻通路所产生的。这些电流可以在很大程度上降低弱电流的 测量精度。为了降低漏电流，可以使用高品质的绝缘体、 降低测试环境中的湿度和使用防护措施。防护还可以降 低测量电路中旁路电容的影响。 

在搭建测试电路时使用高品质的绝缘体是一种降低漏电流的方法。Teflon、聚乙烯和蓝宝石是高品质绝缘体的例 子，不过，应避免酚醛塑料和尼龙等材料。湿度也会给弱电流测量带来不利影响。不同类型的绝缘 体从空气中吸收的水量也各不相同，因此最好选用一种水蒸汽无法方便地形成连续膜的绝缘材料。

有时，如果待测的材料会轻松地吸收水分的话，这是不可避免的，因此， 最好在环境条件受到良好控制的房间中进行测量。在某些情况下，绝缘体可能具有离子型的沾污，这会产生寄生的电流，特别是在大湿度的条件下。防护是一种减少漏电流的极为有效的方法。防护是指电路中的低阻抗点，其电位几乎等同于被防护的高阻抗的引线的电位。

然后就是Rl其实就是PCB本身的电阻，这些漏电x这么大的绝缘电阻，在这个运放的输入脚附近就会被感应到。

接下来就说大家都会用的这个技术。

GUARD Ring（环）的目的是为了在输入引脚周围形成一个等电位区（不一定接GND），防止外部漏电流到达输入端，或者输入漏电流经过pcb trace 等效电阻形成电压。

就是这个电流到了这里就好像被引到了别的地方，一般是一个永远的低阻抗源。

也有一些做法，是把表面的铜皮抠掉。

这些地方就全挖空了，没导电的介质了，导个沟子电

下面也是打好多地孔，和挖空

 

贵的一批

ADA4530-1R-EBZ是一款采用 Rogers 4350B 高性能PCB层压板的4层评估板。为了提高机械强度，需要混合堆叠。

顶层和底层是陶瓷(Rogers 450b)，而中间芯层是传统的玻璃环氧层压(FR-4)。与玻璃/环氧树脂材料相比，罗杰斯450b材料在潮湿环境下具有优越的绝缘电阻。它最大限度地减少了电流泄漏，因此增加了信号的完整性。此外，Rogers 450b的介电弛豫时间比玻璃/环氧介电材料短得多。

这个是一篇国内的论文出现的东西，至于这个缓冲器这段有个文献有说，但是我没有看完。下篇写~

NC

NC不是不连接，而是保护

看这个2和7的引脚其实就是TI的NC脚

经过运放buffer后且和输入信号等电位的地方引出ring。运放buffer 后驱动能力强，信号不容易收到影响。等电位是不会因为guard ring 带来新的漏电流

这个其实就是我上面找到的国内论文的图，Layout的也是一样的

保护环未接地；它是一个单独的导体。它由 EVM 上的缓冲放大器 U2 驱动。这个想法是以与输入信号相同的电位驱动保护装置，以减少/消除输入和电路其他区域之间的泄漏。

我截取了里面给出的一个原理图，可以看到这种直观的保护机制

这个更明显，就是只要这里不要有电流进去就行

这个是换了个展现形态

随便看吧

1nA x 5G

有的工程师会一并取消PCB走线，将光电二极管引线暴露在空气中并与运算放大器输入端引脚直接相连。

显示搭载光电二极管电流的网络周围的保护走线。+5 V走线产生的漏电流随后通过RL 流入保护走线，而非流入放大器。在该电路中，保护走线和输入走线之间的压差仅与运算放大器的输入失调电压有关——这就是为什 么要选用低输入失调电压放大器的又一个原因。

这个是交流的原因

输出噪声主要由放大器输入电压噪声和反馈电阻约翰 逊噪声导致。来自反馈电阻的噪声出现在输出端，且无额 外的放大效应。如果增加电阻值以便放大光电二极管电 流，则增益电阻导致的噪声将仅增加电阻值增加量的平方 根。实际上，这意味着光电二极管放大器增益越大越有好 处，因为若采用第二个放大器级，则噪声会随着增益的增 加而线性增加。放大器输出噪声等于输入电压噪声乘以放大器噪声增益。噪声增益不仅由反馈电阻确定，同时还由反馈和输入电容 确定，因此它在整个频率范围内是变化的。

这里看一个有趣的东西，淘宝的一个微弱电流检测：

这些是测量电阻

1G

这些个地方看其它特点

这些是国产化的一些改进

这个图反馈电阻的选择，可以直接抄作业

走线

这些布局都可以参考

 

　　审核编辑：汤梓红