如何使用商业级实验室设备测量超低偏置电流
问题：
有没有一种简单的办法来测量飞安级别的超低偏置电流？
答案：
有——只需要仔细设置。
简介
在要求低漏电流的应用中，请务必选择低输入偏置电流(ib)的运算放大器。尽管“应用笔记an-1373”中曾介绍了如何使用ada4530-1评估板测量超低偏置电流。然而，由于飞安(fa)级电流的实际处理性质，测量环境（夹具、屏蔽、电缆、连接器等设备）也会影响测量结果。
本文将介绍adi如何尝试使用常见的商业级实验室设备、夹具和材料重现an-1373中的测量过程，并提供一些替代方案来改进测量，最终测试的偏置电流将达到50fa。首先，测量用于测量偏置电流的输入电容（运放内部的等效共模输入电容），以及125°c条件下给输入电容充电时输出电压的变化。其次，尝试根据测得的输出电压推导偏置电流值。最后，将尝试根据测量结果来改进测量环境。
容性集成测量
根据an-1373，为了使用容性集成测量方法，必须先测量ada4530-1的输入电容(cp)。本次实验将使用ada4530-1r-ebz-buf来执行，ada4530-1配置为单位增益的缓冲器模式。
接着，计算输入电流(ib+)。具体来说，使用图1所示的电路配置，当测试盒中的sw从on（接地至gnd）转到off（开路）时，ib+流入cp。当ib+给cp充电时，输出电压升高，因此通过监控ib+并将其代入等式1，可以计算其值。
图1.容性集成测量方法示意图
通过输入串联电阻测量总输入电容
为计算cp，本实验使用串联电阻法。图2显示了一个简单的电路示意图。串联电阻的值基于an-1373第6页的测量指南，实际值是rs = 8.68 mω。此外，在测试盒中安装了sw，以供稍后的实验使用（此时，sw开路）。
可以测量函数发生器的波形衰减到-3db时的频率，并且可以使用等式2计算输入电容。
图2.使用输入串联电阻计算cp
图3显示了这一设置。在“通过已知输入电容测量ib+”部分（an-1373的第6页）描述的实验中，由于温控室中的温度提高至125°c，因此需使用能够承受该温度的材料。如将rg-316u用作同轴电缆的材料。此外，评估板上ada4530-1的同相输入是三轴连接器。为此，三轴-同轴转换连接器（axis公司的bj-txp-1）被采用。在该配置中，三轴侧的保护端口保持浮空。
图3.cp测量设置：(a)温控室内部——所示为ada4530-1的评估板和(b)测试盒侧的设置
获得的测量结果是cp = 73.6pf，这是一个相对较大的值，因为根据an-1373，实际测量值约为2pf。其原因与测试盒（更像是测试板）到同相输入的电缆长度有关。
通过已知输入电容测量ib+
下面开始测量偏置电流。电路配置如图1所示，安装的测试盒如图4所示。注意，移除了“通过输入串联电阻测量总输入电容”部分使用的输入电阻。如an-1373（容性集成测量方法，第7页）中所述，将sw短接至gnd，然后将其置于开路，并使用数字万用表(dmm)监控输出电压波动持续数分钟（此处使用的是keysight technologies的34401a dmm）。最后，通过将vout代入等式1，计算ib+。
图4.容性集成测量的设置
相同条件下的三次测量结果如图5所示。图中下半部分显示了通过dmm测量的ada4530-1的输出电压波动，上半部分显示了使用等式1计算的电流值。该图显示，对于所有三个实例，测得的电压值都没有可重复性。因此，计算得到的电流值波形也与an-1373中描述的结果不同（参见an-1373图13和14）。
图5.测量结果：下半部分显示了通过dmm测量的ada4530-1的输出电压，上半部分显示了使用等式1计算的电流值。蓝线是第一次测量，绿线是第二次测量，红线是第三次测量。
如何改进测量环境
在“容性集成测量”部分，根据an-1373测量了ib+，但结果有所不同。接下来会分享如何改进测量环境，从而提高测量精度。
安装屏蔽盒并缩短输入电缆
首先，可实施以下两项改进：
在恒温室内的评估板上安装了屏蔽盒（参见图6）。
图6.安装屏蔽盒
缩短了连接到同相输入端子的同轴电缆，以减小cp（参见图7）。
图7.缩短同轴电缆
第一项改进旨在减少外部噪声的影响，第二项改进是降低电缆中的小漏电流（重新计算的cp是35.2pf）。然而，虽然采取了这些措施并重新进行了测量，但与“容性集成测量”中获得的结果类似，没有观察到可重复性。波形与预期波形显著不同。
移除测试盒
移除所用的测试盒，然后将sw改为直接短接至地和开路（参见图8）。也就是说，移除称为测试盒的电导组件，然后执行测量。因此，能够获得如图9所示的波形。
图8.移除测试盒后进行测量。在sw内部手动执行短路和开路操作。
图9.移除测试盒后的测量结果：蓝线、橙线和绿线是cp = 35.2pf时的测量结果。红线是cp = 26.5pf时的测量结果。
在所有测量中，由dmm测量的输出电压以恒定斜率升高，并达到约4.16v。对应的电流值约为50fa。
此外，图9中的红线显示使用更短的同轴电缆连接到同相输入端子时，重新测量的波形(cp = 26.5pf)。电压升高的斜率与理论计算值一样大。从这些测量结果可以看出，输入侧的电导组件会对测量精度产生显著的不利影响。
结论
虽然fa级测量可在一般实验室环境中执行，但需要仔细考虑运算放大器输入侧的漏电流路径。
为了提高测量精度，建议在输入侧使用特氟龙端子模块或评估板配合使用三轴电缆。
RF自屏蔽技术将在5G时代发挥更大的作用
AD9284双通道模数转换器的特性及应用
微波炉加热缓慢原因及故障分析
温湿度监控系统中的温湿度传感器模块HCPV-201W-01介绍
销量火爆！华硕新一代500系列主板京东首发
如何使用商业级实验室设备测量超低偏置电流
超参数优化方法PBT的原理和功效解读
自动关闭12V镍镉电池充电器电路原理图
巨头角力，64位移动处理器势头劲
FF将推合伙人制度，贾跃亭将成立个人还债信托，欲解决债务问题
浅析用于定制FPGA固件的ADQ开发套件
我国成功验证大型航天器回收关键技术
美国禁令生效前，WeChat下载量激增
全面解析机器学习的应用场景及算法
SigmaPlot科学绘图软件
1200V氮化镓挑战SiC是否真的可行？
无人机卫星通信解决方案，天通一号数据模
美国HHS正在通过区块链技术来简化合约采购相关功能
气体检测仪与大气污染之间的关系是怎样的
阿里巴巴回应被处罚182.28亿元
有没有一种简单的办法来测量飞安级别的超低偏置电流？
答案：
有——只需要仔细设置。
简介
在要求低漏电流的应用中，请务必选择低输入偏置电流(ib)的运算放大器。尽管“应用笔记an-1373”中曾介绍了如何使用ada4530-1评估板测量超低偏置电流。然而，由于飞安(fa)级电流的实际处理性质，测量环境（夹具、屏蔽、电缆、连接器等设备）也会影响测量结果。
本文将介绍adi如何尝试使用常见的商业级实验室设备、夹具和材料重现an-1373中的测量过程，并提供一些替代方案来改进测量，最终测试的偏置电流将达到50fa。首先，测量用于测量偏置电流的输入电容（运放内部的等效共模输入电容），以及125°c条件下给输入电容充电时输出电压的变化。其次，尝试根据测得的输出电压推导偏置电流值。最后，将尝试根据测量结果来改进测量环境。
容性集成测量
根据an-1373，为了使用容性集成测量方法，必须先测量ada4530-1的输入电容(cp)。本次实验将使用ada4530-1r-ebz-buf来执行，ada4530-1配置为单位增益的缓冲器模式。
接着，计算输入电流(ib+)。具体来说，使用图1所示的电路配置，当测试盒中的sw从on（接地至gnd）转到off（开路）时，ib+流入cp。当ib+给cp充电时，输出电压升高，因此通过监控ib+并将其代入等式1，可以计算其值。
图1.容性集成测量方法示意图
通过输入串联电阻测量总输入电容
为计算cp，本实验使用串联电阻法。图2显示了一个简单的电路示意图。串联电阻的值基于an-1373第6页的测量指南，实际值是rs = 8.68 mω。此外，在测试盒中安装了sw，以供稍后的实验使用（此时，sw开路）。
可以测量函数发生器的波形衰减到-3db时的频率，并且可以使用等式2计算输入电容。
图2.使用输入串联电阻计算cp
图3显示了这一设置。在“通过已知输入电容测量ib+”部分（an-1373的第6页）描述的实验中，由于温控室中的温度提高至125°c，因此需使用能够承受该温度的材料。如将rg-316u用作同轴电缆的材料。此外，评估板上ada4530-1的同相输入是三轴连接器。为此，三轴-同轴转换连接器（axis公司的bj-txp-1）被采用。在该配置中，三轴侧的保护端口保持浮空。
图3.cp测量设置：(a)温控室内部——所示为ada4530-1的评估板和(b)测试盒侧的设置
获得的测量结果是cp = 73.6pf，这是一个相对较大的值，因为根据an-1373，实际测量值约为2pf。其原因与测试盒（更像是测试板）到同相输入的电缆长度有关。
通过已知输入电容测量ib+
下面开始测量偏置电流。电路配置如图1所示，安装的测试盒如图4所示。注意，移除了“通过输入串联电阻测量总输入电容”部分使用的输入电阻。如an-1373（容性集成测量方法，第7页）中所述，将sw短接至gnd，然后将其置于开路，并使用数字万用表(dmm)监控输出电压波动持续数分钟（此处使用的是keysight technologies的34401a dmm）。最后，通过将vout代入等式1，计算ib+。
图4.容性集成测量的设置
相同条件下的三次测量结果如图5所示。图中下半部分显示了通过dmm测量的ada4530-1的输出电压波动，上半部分显示了使用等式1计算的电流值。该图显示，对于所有三个实例，测得的电压值都没有可重复性。因此，计算得到的电流值波形也与an-1373中描述的结果不同（参见an-1373图13和14）。
图5.测量结果：下半部分显示了通过dmm测量的ada4530-1的输出电压，上半部分显示了使用等式1计算的电流值。蓝线是第一次测量，绿线是第二次测量，红线是第三次测量。
如何改进测量环境
在“容性集成测量”部分，根据an-1373测量了ib+，但结果有所不同。接下来会分享如何改进测量环境，从而提高测量精度。
安装屏蔽盒并缩短输入电缆
首先，可实施以下两项改进：
在恒温室内的评估板上安装了屏蔽盒（参见图6）。
图6.安装屏蔽盒
缩短了连接到同相输入端子的同轴电缆，以减小cp（参见图7）。
图7.缩短同轴电缆
第一项改进旨在减少外部噪声的影响，第二项改进是降低电缆中的小漏电流（重新计算的cp是35.2pf）。然而，虽然采取了这些措施并重新进行了测量，但与“容性集成测量”中获得的结果类似，没有观察到可重复性。波形与预期波形显著不同。
移除测试盒
移除所用的测试盒，然后将sw改为直接短接至地和开路（参见图8）。也就是说，移除称为测试盒的电导组件，然后执行测量。因此，能够获得如图9所示的波形。
图8.移除测试盒后进行测量。在sw内部手动执行短路和开路操作。
图9.移除测试盒后的测量结果：蓝线、橙线和绿线是cp = 35.2pf时的测量结果。红线是cp = 26.5pf时的测量结果。
在所有测量中，由dmm测量的输出电压以恒定斜率升高，并达到约4.16v。对应的电流值约为50fa。
此外，图9中的红线显示使用更短的同轴电缆连接到同相输入端子时，重新测量的波形(cp = 26.5pf)。电压升高的斜率与理论计算值一样大。从这些测量结果可以看出，输入侧的电导组件会对测量精度产生显著的不利影响。
结论
虽然fa级测量可在一般实验室环境中执行，但需要仔细考虑运算放大器输入侧的漏电流路径。
为了提高测量精度，建议在输入侧使用特氟龙端子模块或评估板配合使用三轴电缆。
RF自屏蔽技术将在5G时代发挥更大的作用
AD9284双通道模数转换器的特性及应用
微波炉加热缓慢原因及故障分析
温湿度监控系统中的温湿度传感器模块HCPV-201W-01介绍
销量火爆！华硕新一代500系列主板京东首发
如何使用商业级实验室设备测量超低偏置电流
超参数优化方法PBT的原理和功效解读
自动关闭12V镍镉电池充电器电路原理图
巨头角力，64位移动处理器势头劲
FF将推合伙人制度，贾跃亭将成立个人还债信托，欲解决债务问题
浅析用于定制FPGA固件的ADQ开发套件
我国成功验证大型航天器回收关键技术
美国禁令生效前，WeChat下载量激增
全面解析机器学习的应用场景及算法
SigmaPlot科学绘图软件
1200V氮化镓挑战SiC是否真的可行？
无人机卫星通信解决方案，天通一号数据模
美国HHS正在通过区块链技术来简化合约采购相关功能
气体检测仪与大气污染之间的关系是怎样的
阿里巴巴回应被处罚182.28亿元