準(zhǔn)確的弱電信號(hào)測(cè)量是各種科學(xué)分析設(shè)備、環(huán)境監(jiān)測(cè)和過(guò)程控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一,，尤其是當(dāng)弱電信號(hào)達(dá)到pA甚至fA水平時(shí),。 如何測(cè)量微弱信號(hào)？這向來(lái)是各大儀器廠(chǎng)商津津樂(lè)道的話(huà)題,。如何設(shè)計(jì)檢測(cè)微弱電流的產(chǎn)品,？這對(duì)設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)也是巨大的挑戰(zhàn)。

　　一直以來(lái),，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(jiān)的角色,，在儀器儀表行業(yè)持續(xù)橫行了30多年，經(jīng)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(diào)、低電壓噪聲以及低溫漂高共模等特性,，對(duì)于不同溫度下的特性補(bǔ)償很難拿捏得準(zhǔn)確,。隨著科技的進(jìn)步，ADI基于新型CMOS工藝,，通過(guò)DigiTrim?技術(shù)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(shí),，還擁有更低的失調(diào)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(hù)功能等等,。以下圖1是ADA4530和AD549的對(duì)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(duì)比表

　　但不同的是,，CMOS工藝往往推出的是SMT封裝，實(shí)際在應(yīng)用上增加了設(shè)計(jì)者的難度,。由于AD549是DIP封裝,，用戶(hù)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(duì)如何挑選PCB的板材和PCB布線(xiàn)都有很高的設(shè)計(jì)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(gòu)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(dǎo)體接觸的絕緣體都會(huì)產(chǎn)生誤差電流,，比如PCB層壓材料、電纜和連接器絕緣層）

　　針對(duì)以上應(yīng)用難題,，與ADI合作三十多年的技術(shù)型分銷(xiāo)商Excelpoint世健上海技術(shù)團(tuán)隊(duì),，從ADA4530芯片預(yù)發(fā)布起就開(kāi)始對(duì)其進(jìn)行針對(duì)性的研究和技術(shù)積累?；谌绾瓮ㄟ^(guò)良好的設(shè)計(jì)全面發(fā)揮ADA4530-1的性能,，Excelpoint世健在皮安級(jí)電流計(jì)量評(píng)估套件上不斷更新設(shè)計(jì)和研發(fā)，自2020年9月推出超高精度皮安計(jì)模塊EPSH-PAM2.0后得到了用戶(hù)的一致好評(píng),。 近期更發(fā)布了超高精度皮安計(jì)模塊的增強(qiáng)版本 EPSH-PAM2.0EP,，為終端用戶(hù)提供兩種細(xì)分的選擇,，加速客戶(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì),。（后文均以PAM2.0EP來(lái)描述）。

　　作為皮安計(jì)模組的進(jìn)階版產(chǎn)品,，PAM2.0EP擁有更強(qiáng)的性能特點(diǎn)：

　　電路設(shè)計(jì)上,， ADA4530-1通過(guò)10GR跨阻后進(jìn)行IV轉(zhuǎn)換，第二級(jí)則采用低噪的軌對(duì)軌零漂放大器ADA4522-1對(duì) ADA4530輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行調(diào)理,。值得一提的是,，這里為方便客戶(hù)單獨(dú)使用模塊的前端，世健在ADA4522-1上加入了增益可控電路（通過(guò)低Ron的多路開(kāi)關(guān)ADG1608和固定阻值搭配達(dá)到增益可控）并留有測(cè)試點(diǎn)TP,。

　　后端的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的選擇上同樣采用的是ADI經(jīng)典24bit Δ-∑ ADC-AD7124,，AD7124更像是一款小型采集系統(tǒng)，高精度的ADC內(nèi)核以及內(nèi)置的PAG能在靈活調(diào)整信號(hào)增益和采集的同時(shí),，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(lǐng)域的產(chǎn)品應(yīng)用,，它的數(shù)據(jù)采集速率最大可達(dá)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(qiáng)的Charge pump加內(nèi)置正負(fù)輸出型LDO的產(chǎn)品,，可以很好的保證了運(yùn)放的供電需求,，后者則提供穩(wěn)定的3.3V供給數(shù)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(guò)單片機(jī)內(nèi)置USB端口與PC端對(duì)話(huà),。可視化的GUI界面可圈可點(diǎn),，用戶(hù)可以通過(guò)安裝Labview GUI軟件,，在PC端通過(guò)軟件界面來(lái)實(shí)時(shí)的配置模塊上的各個(gè)功能,，讓其給出信號(hào)波形、直方圖以及統(tǒng)計(jì)分析等,，同時(shí)軟件還支持Excel數(shù)據(jù)導(dǎo)出,，非常適合需要做長(zhǎng)時(shí)間測(cè)試記錄的用戶(hù)。

　　圖3 外觀與軟件界面

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

　　模塊的品質(zhì)檢測(cè),，均采用的是Keithley 6220源表測(cè)量,，每款產(chǎn)品都會(huì)在不同的溫度點(diǎn)進(jìn)行多次測(cè)試，通過(guò)99個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)合格的情況下判定為可供出貨產(chǎn)品,，出廠(chǎng)產(chǎn)品均會(huì)配發(fā)這99點(diǎn)測(cè)試報(bào)告,。被測(cè)點(diǎn)包括：

　　1.常溫25°C，0~100pA范圍中步進(jìn)為10pA的11個(gè)數(shù)據(jù)測(cè)試點(diǎn)和1個(gè)底噪數(shù)據(jù)點(diǎn)

　　2.常溫25°C,， 0~20pA范圍中步進(jìn)為1pA的21個(gè)數(shù)據(jù)測(cè)試點(diǎn)

　　3.溫度40°C,、55°C、 70°C,、 85°C,、 100°C和 115°C時(shí)，每個(gè)溫度點(diǎn)0~100pA的范圍中步進(jìn)為10pA的11個(gè)數(shù)據(jù)測(cè)試點(diǎn),，共66個(gè)數(shù)據(jù)

　　在常溫25°C 時(shí)

　　0-100pA的I-V曲線(xiàn)（見(jiàn)圖4）,，線(xiàn)性度好于百萬(wàn)分之一（0.999999x）。

　　0-20pA的I-V曲線(xiàn)（見(jiàn)圖5）,，線(xiàn)性度好于萬(wàn)分之一（0.9999x）,。

　　圖4  0-100pA的I-V曲線(xiàn)測(cè)試圖表（溫度25°C）

　　圖5  0-20pA的I-V線(xiàn)性曲線(xiàn)測(cè)試 （溫度25°C）

　　從圖6測(cè)試結(jié)果看，在每個(gè)電流輸入點(diǎn),，溫度對(duì)電流引起的電流峰峰偏差ΔIp-p約為1pA,。用戶(hù)可以根據(jù)溫度曲線(xiàn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用進(jìn)行進(jìn)一步線(xiàn)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(diǎn)溫度點(diǎn)25°C, 40°C, 55°C, 70°C, 85°C, 100°C, 115°C,，每個(gè)溫度點(diǎn)下以10pA 每步從0到100pA測(cè)試11點(diǎn)數(shù),。

　　圖6  40°C至115°C 溫度下0-100pA的I-V曲線(xiàn)測(cè)試圖表

　　世健技術(shù)支持部的高級(jí)副總裁戈一新向我們介紹道：“升級(jí)版的PAM2.0EP是針寬溫度范圍下的微弱電流檢測(cè)應(yīng)用來(lái)開(kāi)發(fā)的，對(duì)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(guò)大量的實(shí)驗(yàn)和測(cè)試保證了這一點(diǎn)。產(chǎn)品即使在高溫下同樣保持相當(dāng)不錯(cuò)的噪聲水平和線(xiàn)性度,。我們會(huì)提供每款產(chǎn)品多點(diǎn)測(cè)試數(shù)據(jù),，希望幫助用戶(hù)節(jié)省產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期,。”

　　據(jù)悉,，目前相關(guān)模塊都已在世健網(wǎng)店出售,。 （<https://www.excelchips.cn/solutions/epsh-pam2-ep.html>）

　　關(guān)于世健--亞太區(qū)領(lǐng)先的元器件授權(quán)代理商

　　世健是完整解決方案的供應(yīng)商，為亞洲電子廠(chǎng)商包括原設(shè)備生產(chǎn)商（OEM）,、原設(shè)計(jì)生產(chǎn)商（ODM）和電子制造服務(wù)提供商（EMS）提供優(yōu)質(zhì)的元器件,、工程設(shè)計(jì)及供應(yīng)鏈管理服務(wù)。

　　世健與供應(yīng)商及電子廠(chǎng)商緊密協(xié)作,，為新的科技與趨勢(shì)作出定位,，并幫助客戶(hù)把這些最先進(jìn)的科技揉合于他們的產(chǎn)品當(dāng)中。集團(tuán)分別在新加坡,、中國(guó)及越南設(shè)有研發(fā)中心,，專(zhuān)業(yè)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)不斷創(chuàng)造新的解決方案，幫助客戶(hù)提高成本效益并縮短產(chǎn)品上市時(shí)間,。世健研發(fā)的完整解決方案及參考設(shè)計(jì)可應(yīng)用于工業(yè),、無(wú)線(xiàn)通信及消費(fèi)電子等領(lǐng)域,。

　　世健是新加坡的主板上市公司,，總部設(shè)于新加坡，擁有約650名員工,，業(yè)務(wù)范圍已擴(kuò)展至亞太區(qū)40多個(gè)城市和地區(qū),，遍及新加坡、馬來(lái)西亞,、泰國(guó),、越南、中國(guó),、印度,、印度尼西亞、菲律賓及澳大利亞等十多個(gè)國(guó)家,。世健集團(tuán)在2020年的年?duì)I業(yè)額超過(guò)11億美元,。1993年，世健在香港設(shè)立區(qū)域總部--世健系統(tǒng)（香港）有限公司,，正式開(kāi)始發(fā)展中國(guó)業(yè)務(wù),。目前，世健在中國(guó)擁有十多家分公司和辦事處,，遍及中國(guó)主要大中型城市,。憑借專(zhuān)業(yè)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)、頂尖的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用支持以及豐富的市場(chǎng)經(jīng)驗(yàn),，世健在中國(guó)業(yè)內(nèi)享有領(lǐng)先地位,。