毫微安電流測量技術面臨的挑戰與設計方案

　　Williams通過Tektronix CT-1的七個采樣組，研究了這種增益誤差校正對一個正弦頻率（32.768kHz）的有效性。他報告說，對一個1mA、32.768kHz 的正弦波輸入電流，該器件的輸出全部都在 12% 的 0.5% 以內。盡管這些結果看似支持這種測量方案，Williams 仍認為值得說明一件事，即結果來自 Tektronix 的測量。他說：“Tektronix 并未保證低于所規定 -3dB、25kHz 低頻滾降時的性能。A3 和A4提供的增益為200，因此放大器總增益為224,000。這個數字在A4產生一個針對CT-1輸出的1V/mA比例因子。A4的 LTC1563-2 32.7 kHz 帶通濾波輸出通過一個以 LTC1968 為基礎的rms-dc轉換器送給A5，該rms-dc轉換器提供電路的輸出。”Williams 解釋說，信號處理路徑組成一個頻帶極窄的放大器，該放大器調諧到晶體的頻率。圖3畫出典型的電路波形。據 Williams說，該晶體在C1的輸出端驅動（上跡線），產生一個530nA的rms晶體電流，分別顯示為A4的輸出（中間跡線）和rms-dc轉換器輸入（下跡線）。他說：“中間跡線可看到尖峰，這是來自與晶體并聯寄生路徑的未過濾成份。”

　　從Williams的電路中可以看到，即使采用積分技術，要測量毫微安電流仍很困難。這個問題非常困難，因為測量者必須實時完成測量。還有更多復雜因素，如這種交流測量需要 32 kHz 的帶寬來捕捉示波器電流波形中的大量能量。Williams 用一只傳感器來解決這些問題。Tektronix CT-1 傳感器（參考文獻 2）價格高達 500 美元，但如果沒有好的傳感器，Williams 就不能從各種噪聲中恢復出信號。除了有好的靈敏度以外，CT-1 有 50Ω 的輸出阻抗，與高阻抗輸出相比可獲得較低的噪聲信號路徑。本例證明的另一個重要原則是，限制信號路徑的帶寬十分重要。Williams 做了一個窄帶放大器鏈，去除了不感興趣頻率部分帶來的所有噪聲。最后，Williams 在電路中采用了良好的低噪聲設計原則。將重要節點架空連接，盡量減少泄漏路徑，而在 50Ω 的源阻抗下，LT1028 可能是所有制造商中提供的噪聲最低的一種放大器。