毫微安电流测量技术面临的挑战与设计方案

　　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1mA、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。尽管这些结果看似支持这种测量方案，Williams 仍认为值得说明一件事，即结果来自 Tektronix 的测量。他说：“Tektronix 并未保证低于所规定 -3dB、25kHz 低频滚降时的性能。A3 和A4提供的增益为200，因此放大器总增益为224,000。这个数字在A4产生一个针对CT-1输出的1V/mA比例因子。A4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C1的输出端驱动（上迹线），产生一个530nA的rms晶体电流，分别显示为A4的输出（中间迹线）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 美元，但如果没有好的传感器，Williams 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 50Ω 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 50Ω 的源阻抗下，LT1028 可能是所有制造商中提供的噪声最低的一种放大器。