毫微安电流测量技术面临的挑战与设计方案

　　图7表明，Grohe并未将DUT插入插座内，所有管脚均未与PCB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。

　　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秒的积分测量，通过五次测量来消除射线的影响。后来，Grohe抛弃了单次测量。任何离子辐射源（包括有镭刻度盘的老式手表）都会带来射线辐射问题。注意Grohe将放大器的输入端撬起，以避免PCB的泄漏。

　　在测量前，你需要将积分电容器复位为零。用半导体开关是不现实的，因为多数 模拟 开关都会带来泄漏电流和5pF ~ 20pF的电容。电容也会有变容效应，容值随施加的电压而变化，使测量更加复杂化。为尽量减少这些问题，Grohe使用了一只Coto簧片继电器。他知道在继电器打开时，线圈可能与内部簧片耦合，于是他规定使用有静电屏蔽的继电器。但结果让他沮丧，当继电器由于电荷注入而打开时，测量中仍然有大的跳跃。你也可以将一只簧片继电器看作一个变压器，簧片组件可看作一个单匝绕组。这种现象表明，用静电屏蔽防止干扰是失败的，磁场在电路高阻抗端产生的电压造成了电荷注入。继电器没有立即打开，需要为线圈充电的脉冲在继电器打开前的瞬间产生一个相当大的电流注入。Grohe确定了使继电器工作所需的最小绝对电压摆幅，尽可能地减少了这种问题。这样，继电器将会以3.2V拉入，而以2.7V释放。他在一只 LM317 可调 稳压器 上使用一组电阻分接头，以控制这两个值之间的输出。他选择不用全部5V为继电器供能，从而减少了积分器输出的跳跃，使之可以重复。然后，通过为第二级增益放大器注入一个小电流来消除跳跃。