準確的弱電信號測量是各種科學分析設備,、環(huán)境監(jiān)測和過程控制的關鍵環(huán)節(jié)之一,，尤其是當弱電信號達到pA甚至fA水平時。 如何測量微弱信號,？這向來是各大儀器廠商津津樂道的話題,。如何設計檢測微弱電流的產品？這對設計者來說也是巨大的挑戰(zhàn),。

　　一直以來,，基于ADI的JFET放大器AD549芯片方案在微弱電流采樣的前端扮演著主力中堅的角色，在儀器儀表行業(yè)持續(xù)橫行了30多年,，經久不衰,。但由于JFET工藝的芯片短板很明顯，它缺少Bipolar型放大器所擁有的低失調,、低電壓噪聲以及低溫漂高共模等特性,，對于不同溫度下的特性補償很難拿捏得準確。隨著科技的進步,，ADI基于新型CMOS工藝,，通過DigiTrim?技術革新，在2015年發(fā)布了ADA4530-1,，在具備了極低的偏置電流和超高輸入阻抗的同時,，還擁有更低的失調電壓,，更優(yōu)良的溫漂特性，以及更高的環(huán)路帶寬和ESD保護功能等等,。以下圖1是ADA4530和AD549的對比圖,，不難發(fā)現(xiàn)即使是高溫的情況下，ADA4530依舊有著良好的偏置電流特性,。

　　圖1 ADA4530-1與AD549性能對比表

　　但不同的是,，CMOS工藝往往推出的是SMT封裝，實際在應用上增加了設計者的難度,。由于AD549是DIP封裝,，用戶只需要把輸入引腳騰空就可以得到良好的絕緣效果，但ADA4530卻不能,，所以對如何挑選PCB的板材和PCB布線都有很高的設計要求,。

　　（注：極低的輸入偏置電流和極高的輸入電阻要求,，使得用于構建電路的材料的絕緣電阻常常成為最大的誤差源,。任何具有有限電阻且與高阻抗導體接觸的絕緣體都會產生誤差電流，比如PCB層壓材料,、電纜和連接器絕緣層）

　　針對以上應用難題,，與ADI合作三十多年的技術型分銷商Excelpoint世健上海技術團隊，從ADA4530芯片預發(fā)布起就開始對其進行針對性的研究和技術積累,?；谌绾瓮ㄟ^良好的設計全面發(fā)揮ADA4530-1的性能，Excelpoint世健在皮安級電流計量評估套件上不斷更新設計和研發(fā),，自2020年9月推出超高精度皮安計模塊EPSH-PAM2.0后得到了用戶的一致好評,。 近期更發(fā)布了超高精度皮安計模塊的增強版本 EPSH-PAM2.0EP，為終端用戶提供兩種細分的選擇,，加速客戶系統(tǒng)設計,。（后文均以PAM2.0EP來描述）。

　　作為皮安計模組的進階版產品,，PAM2.0EP擁有更強的性能特點：

　　電路設計上,， ADA4530-1通過10GR跨阻后進行IV轉換，第二級則采用低噪的軌對軌零漂放大器ADA4522-1對 ADA4530輸出的電壓信號進行調理,。值得一提的是,，這里為方便客戶單獨使用模塊的前端，世健在ADA4522-1上加入了增益可控電路（通過低Ron的多路開關ADG1608和固定阻值搭配達到增益可控）并留有測試點TP,。

　　后端的模數轉換器的選擇上同樣采用的是ADI經典24bit Δ-∑ ADC-AD7124,，AD7124更像是一款小型采集系統(tǒng)，高精度的ADC內核以及內置的PAG能在靈活調整信號增益和采集的同時,，還保證了低的增益誤差和較高的ENOB值,。另外,，AD7124的三態(tài)工作模式，非常適合需要不同功耗領域的產品應用,，它的數據采集速率最大可達到19.2KSPS,。

　　在供電端，世健采用了兩顆低噪聲高電源抑制比的LDO,，LTC3260和LT1762,，前者是一顆功能性超強的Charge pump加內置正負輸出型LDO的產品，可以很好的保證了運放的供電需求,，后者則提供穩(wěn)定的3.3V供給數字部分,。

                                                             圖2  PAM2.0EP系統(tǒng)框圖

　　MCU部分采用的是Microchip ARM Cortex-M0，通過單片機內置USB端口與PC端對話,?？梢暬腉UI界面可圈可點,，用戶可以通過安裝Labview GUI軟件,，在PC端通過軟件界面來實時的配置模塊上的各個功能，讓其給出信號波形,、直方圖以及統(tǒng)計分析等,，同時軟件還支持Excel數據導出，非常適合需要做長時間測試記錄的用戶,。

　　圖3 外觀與軟件界面

　　PAM2.0EP模塊有者非常出色的線性度數據,，不僅在常溫下測試數據優(yōu)異，在全溫度范圍下的線性度表現(xiàn)也非常出色,。

　　模塊的品質檢測,，均采用的是Keithley 6220源表測量，每款產品都會在不同的溫度點進行多次測試,，通過99個點的數據合格的情況下判定為可供出貨產品,，出廠產品均會配發(fā)這99點測試報告。被測點包括：

　　1.常溫25°C,，0~100pA范圍中步進為10pA的11個數據測試點和1個底噪數據點

　　2.常溫25°C,， 0~20pA范圍中步進為1pA的21個數據測試點

　　3.溫度40°C、55°C,、 70°C,、 85°C、 100°C和 115°C時,，每個溫度點0~100pA的范圍中步進為10pA的11個數據測試點,，共66個數據

　　在常溫25°C 時

　　0-100pA的I-V曲線（見圖4），線性度好于百萬分之一（0.999999x）,。

　　0-20pA的I-V曲線（見圖5）,，線性度好于萬分之一（0.9999x）,。

　　圖4  0-100pA的I-V曲線測試圖表（溫度25°C）

　　圖5  0-20pA的I-V線性曲線測試 （溫度25°C）

　　從圖6測試結果看，在每個電流輸入點,，溫度對電流引起的電流峰峰偏差ΔIp-p約為1pA,。用戶可以根據溫度曲線，結合現(xiàn)場應用進行進一步線性化處理,，提供精度,。

　　從40°C至115°C，以15°C為間隔的選擇了7點溫度點25°C, 40°C, 55°C, 70°C, 85°C, 100°C, 115°C,，每個溫度點下以10pA 每步從0到100pA測試11點數,。

　　圖6  40°C至115°C 溫度下0-100pA的I-V曲線測試圖表

　　世健技術支持部的高級副總裁戈一新向我們介紹道：“升級版的PAM2.0EP是針寬溫度范圍下的微弱電流檢測應用來開發(fā)的，對比之前的版本,，它提升了全溫度范圍下的性能和整體可靠性,，我們通過大量的實驗和測試保證了這一點。產品即使在高溫下同樣保持相當不錯的噪聲水平和線性度,。我們會提供每款產品多點測試數據,，希望幫助用戶節(jié)省產品開發(fā)周期?！?/p>

　　據悉,，目前相關模塊都已在世健網店出售。 （<https://www.excelchips.cn/solutions/epsh-pam2-ep.html>）

　　關于世健--亞太區(qū)領先的元器件授權代理商

　　世健是完整解決方案的供應商,，為亞洲電子廠商包括原設備生產商（OEM）,、原設計生產商（ODM）和電子制造服務提供商（EMS）提供優(yōu)質的元器件、工程設計及供應鏈管理服務,。

　　世健與供應商及電子廠商緊密協(xié)作,，為新的科技與趨勢作出定位，并幫助客戶把這些最先進的科技揉合于他們的產品當中,。集團分別在新加坡,、中國及越南設有研發(fā)中心，專業(yè)的研發(fā)團隊不斷創(chuàng)造新的解決方案,，幫助客戶提高成本效益并縮短產品上市時間,。世健研發(fā)的完整解決方案及參考設計可應用于工業(yè)、無線通信及消費電子等領域,。

　　世健是新加坡的主板上市公司,，總部設于新加坡，擁有約650名員工,，業(yè)務范圍已擴展至亞太區(qū)40多個城市和地區(qū),，遍及新加坡、馬來西亞,、泰國,、越南,、中國、印度,、印度尼西亞,、菲律賓及澳大利亞等十多個國家。世健集團在2020年的年營業(yè)額超過11億美元,。1993年,，世健在香港設立區(qū)域總部--世健系統(tǒng)（香港）有限公司，正式開始發(fā)展中國業(yè)務,。目前,，世健在中國擁有十多家分公司和辦事處，遍及中國主要大中型城市,。憑借專業(yè)的研發(fā)團隊,、頂尖的現(xiàn)場應用支持以及豐富的市場經驗，世健在中國業(yè)內享有領先地位,。