다음 회로는 스위칭 가능한 이득을 갖는 유효 전류-전압 변환기입니다.

개략도

표시되지 않음 : 회로의 전원이 켜져 있지만 사용 중이 아닐 때는 인 버팅 입력이 10K 저항을 통해 낮게 유지됩니다. 측정이 수행 될 때마다 (IN이 플로팅되는 교정 측정 포함) 해당 저항이 분리됩니다.

아날로그 스위치 및 opamp의 전원은 +/- 11.5V입니다. 일반적인 VOUT 범위는 -10V와 + 10V입니다.

목적

이 회로는 나노 암페어 범위의 전류를 측정하는 데 사용됩니다. 출력에서 몇 mV가 중요합니다. 일정한 오프셋은 개방 된 입력으로 출력을 측정하고 후속 측정에서이를 빼서 쉽게 교정 할 수 있으므로 실제로 문제가되지 않습니다.

각 보드에는 이러한 회로가 6 개 이상 있습니다.

구성 요소

선택된 연산 증폭기는 매우 작은 (<10 pA) 오프셋 및 바이어스 입력 전류와 매우 작은 오프셋 전압 (<1 mV)을 갖습니다. 그것은이다 AD8625AR .

SW1A와 SW1B는 동일한 CMOS 스위치 (ADG1236)의 서로 다른 극입니다. 이들은 피드백 저항을 선택하기 위해 함께 전환되어 컨버터의 이득을 결정합니다. 최대 누설 전류는 소스 및 드레인 핀에서 1nA이며 켜거나 끕니다. 표시되지 않은 스위치 (10K 저항을 통해 인 버팅 입력을 낮게 유지하기위한)의 성능은 비슷합니다. 일반적인 누설 전류는 매우 작습니다 (<0.1nA).

문제

내가 겪고있는 문제는 일부 배치의 보드에서 이러한 회로 중 일부 (또는 모두)가 전원을 켤 때 천천히 감쇠되는 큰 오프셋이 있다는 것입니다. 그러나 대부분의 보드는 작은 오프셋으로 항상 완벽하게 안정적입니다.

IN 플로팅이있는 VOUT의 일반적인 오프셋은 <1mV입니다. 문제가있는 보드에서 오프셋은 최대 120mV 일 수 있습니다.

문제가있는 보드의 전원을 켜면 오프셋이 천천히 (몇 시간 후) ~ 5mV로 안정화됩니다. 전원이 꺼지면 오프셋이 다시 누적되므로 며칠이 지난 후에 전원을 켜면 다시 높아집니다.

각 보드에는 여러 회로가 있습니다. 5 개 보드의 첫 번째 배치에서 모든 보드가 영향을 받았습니다. 다음 배치에서는 영향을받지 않았습니다. 가장 최근의 배치에서 각 보드에는 영향을받는 회로가 하나씩 있으며 항상 같은 회로는 아닙니다.

최악의 경우, 모든 아날로그 스위치의 최대 누설 전류는 1.2nA이므로 가장 높은 게인 설정에서 12mV 오프셋이 발생하므로 현재보고있는 모든 오프셋을 설명 할 수는 없습니다.

오프셋 전압은 어디에서 오는가? 이런 종류의 행동을 일으키는 일반적인 보드 결함이 있습니까?

여기 몇 가지 이론이 있습니다.

• 전원 공급 장치가 대칭으로 올라 오는 것이 얼마나됩니까?
  한 레일이 다른 레일보다 먼저 나오면 매우 짧은 기간 동안 연산 증폭기에서 0이 아닌 출력 전압을 가질 수 있습니다.
• 그러한 높은 임피던스에 필요한 모든 PCB 레이아웃 방법을 구현 했습니까? 최소한 모든 초고 임피던스 노드에 가드 링이 필요합니다.
  National (Now TI) LMC6082 데이터 시트는 문제가되지 않을 정도로 보드 누설 전류를 낮추는 데 필요한 사항에 대해 잘 설명하고 있습니다.

이것은 @RocketSurgeon의 답변에서 논의 된 바와 같이 유전체 담금 문제가있을 가능성을 다루지 않을 것입니다.
그의 대답을 테스트하는 좋고 쉬운 방법은 나쁜 보드의 뚜껑 중 하나를 제거하고 뒤집는 것입니다. 오프셋이 다른 방향으로 뒤집 히면 유전체 소킹 문제입니다 (캡의 지속 전하가 단일 극성을 갖기 때문에). 오프셋 전압이 변하지 않으면 커패시터가 아닙니다.

유전체 담금질 문제를 설명하지 못하는 것 중 하나는 회로의 전원이 꺼 졌을 때 충전이 되돌아오고 전원이 켜질 때 사라지는 이유입니다. 커패시터를 방전하는 요소는 캡을 가로 질러 연속적으로 연결되므로 (예 : C1 || R2, C2 || R1) 캡에서 누출되는 전류의 기여는 일정해야하며 공급 전압의 영향을받지 않아야합니다.

나를 위해 떠오르는 유일한 것은 어딘가에 흡습성이 있고 오프셋 전류를 주입한다는 것입니다. 보드에 전원을 공급하면 보드가 예열되고 시간이 지남에 따라 수분이 배출됩니다. 보드를 끄면 습기가 흡수되기 시작합니다.

내가 가지고있는 한 가지 의견은 왜 SW1A와 SW1B를 모두 가지고 있는지 알 수 없다는 것 입니다. SW1B를 완전히 처분 할 수 있습니다. 두 R / C 쌍을 함께 연결하고 연산 증폭기의 출력에 연결하십시오. 캡 / 저항 세트 중 하나를 선택하면 다른 하나는 천천히 방전됩니다. 한쪽 끝이 부동 상태 인 한 (SW1A에 의해 달성 됨) 다른 쪽 끝의 전압은 관련이 없습니다.

이론 1. 담금. 이것은 유전 흡수 효과입니다. 일명 담금 . 에너지 원은 커패시터 제조업체의 테스트 설정에서 전달되는 커패시터 전하입니다. 필름 커패시터는 출고시 몇 분 동안 고전압으로 테스트 한 후 방전되어 개방 된 리드와 함께 저장되었습니다.

몇 달에 걸쳐 잔류 흡수 에너지 (전하 충전은 아니지만 기계적 노화 / 건조 / 안정화도 가능)는 유전체 층 내부에서 플레이트로 표류합니다. 폴리 프로 피렌의 시간 상수에 천배 (완전 방전의 경우 몇 년)를 곱하면 속도가 매우 느릴 수 있습니다.

이 효과는 제대로 연구되지 않았습니다. 플라스틱 캡과 TeraOhm opamp가있는 극한 회로에만 영향을줍니다. Nat Semi의 Bob Pease는 테플론 및 pA 전류로 작업 할 때 최상의 효과를보고 합니다.

이것에 대한 치료법은 부품에 물리적으로 접촉하지 않고 흡수 된 모든 전하를 소멸시키기 위해 전원이 공급되지 않은 회로를 중간 강도 감마 방사선 소스에 몇 시간 동안 일시적으로 노출시키는 것입니다.

또 다른 방법은 "오래된 (Older)"커패시터를 사용하는 것입니다. 좋은 배치와 나쁜 배치의 상한을 비교하십시오. 오래된 커패시터 배치가 더 낫습니다.

또는 모자를 주문할 때 여름철에 열린 창문 가까이에 보관 된 것을 요청하십시오. 또는 조립 된 전원이 공급되지 않은 보드를 건식 전도성 정전기 방지 매트에 놓고 한 시간 동안 150 ° C로 가열합니다 (pA 회로의 청결이 이와 같은 조작을 금지하지 않는 한).

이론 2. 열 커플 링 유도 전류. 혈전 결합 전류는 서로 다른 두 금속의 접합부의 온도 차이로 인해 발생할 수 있습니다. 그것이 있는지 확인하려면, 보드를 교반 오일 배스에 ​​담그고 자유 공기 중 하나와 성능을 비교하십시오.