毫微安電流測量技術面臨的挑戰與設計方案

　　圖7表明，Grohe并未將DUT插入插座內，所有管腳均未與PCB接觸。為盡量減小泄漏，Grohe只將兩只電源腳作為長而獨立的插座，而且并未安裝在PCB上。同樣，他將待測管腳連接到一個插座和一個2英寸懸置線上，并將管腳/插座組合連接到積分放大器的輸入端。為防止DUT運行在開環狀態，Grohe將兩個插座焊在一起，將空中懸浮的輸出腳橋接起來?？諝獾牧鲃訒沓潆姷碾x子，造成虛假讀數，因此Grohe將整個 DUT 封裝在一個屏蔽的覆銅盒內。

　　下一個問題是選擇一個積分電容器。開始時，Grohe 感覺最佳的電容器選擇可能是空氣介質電容器，因此他做了兩塊尺寸為4英寸×5英寸的大平板，用作積分電容器。這個電容器的尺寸正好是安裝 DUT 的第二個覆銅盒的大小。采用大電容器被證明是一個壞主意。大面積區域為宇宙射線提供了一個大目標，產生出能影響測量的離子電荷（圖 8）。Grohe 接下來盡量減小了電容器的尺寸，同時仍然使用一種良好的電介質。他偶然發現 RG188 同軸電纜使用了 Teflon 絕緣層。2 英寸長的這種電纜可為積分電容器提供10 pF 的電容（圖 9）。另外它還有一個好處，外層的編織帶可以作為屏蔽。于是，Grohe 將其連接到放大器的低阻抗輸出端。換用這種電容器后，宇宙射線的密度只有每30秒左右一次。Grohe做15秒的積分測量，通過五次測量來消除射線的影響。后來，Grohe拋棄了單次測量。任何離子輻射源（包括有鐳刻度盤的老式手表）都會帶來射線輻射問題。注意Grohe將放大器的輸入端撬起，以避免PCB的泄漏。

　　在測量前，你需要將積分電容器復位為零。用半導體開關是不現實的，因為多數模擬開關都會帶來泄漏電流和5pF ~ 20pF的電容。電容也會有變容效應，容值隨施加的電壓而變化，使測量更加復雜化。為盡量減少這些問題，Grohe使用了一只Coto簧片繼電器。他知道在繼電器打開時，線圈可能與內部簧片耦合，于是他規定使用有靜電屏蔽的繼電器。但結果讓他沮喪，當繼電器由于電荷注入而打開時，測量中仍然有大的跳躍。你也可以將一只簧片繼電器看作一個變壓器，簧片組件可看作一個單匝繞組。這種現象表明，用靜電屏蔽防止干擾是失敗的，磁場在電路高阻抗端產生的電壓造成了電荷注入。繼電器沒有立即打開，需要為線圈充電的脈沖在繼電器打開前的瞬間產生一個相當大的電流注入。Grohe確定了使繼電器工作所需的最小絕對電壓擺幅，盡可能地減少了這種問題。這樣，繼電器將會以3.2V拉入，而以2.7V釋放。他在一只 LM317 可調穩壓器上使用一組電阻分接頭，以控制這兩個值之間的輸出。他選擇不用全部5V為繼電器供能，從而減少了積分器輸出的跳躍，使之可以重復。然后，通過為第二級增益放大器注入一個小電流來消除跳躍。