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  • 优秀只是及格线——世健推出增强版超宽温度范围、高精度皮安计模块

    优秀只是及格线——世健推出增强版超宽温度范围、高精度皮安计模块

    准确的弱电信号测量是各种科学分析设备、环境监测和过程控制的关键环节之一,尤其是当弱电信号达到pA甚至fA水平时。 如何测量微弱信号?这向来是各大仪器厂商津津乐道的话题。如何设计检测微弱电流的产品?这对设计者来说也是巨大的挑战。 一直以来,基于ADI的JFET放大器AD549芯片方案在微弱电流采样的前端扮演着主力中坚的角色,在仪器仪表行业持续横行了30多年,经久不衰。但由于JFET工艺的芯片短板很明显,它缺少Bipolar型放大器所拥有的低失调、低电压噪声以及低温漂高共模等特性,对于不同温度下的特性补偿很难拿捏得准确。随着科技的进步,ADI基于新型CMOS工艺,通过DigiTrim®技术革新,在2015年发布了ADA4530-1,在具备了极低的偏置电流和超高输入阻抗的同时,还拥有更低的失调电压,更优良的温漂特性,以及更高的环路带宽和ESD保护功能等等。以下图1是ADA4530和AD549的对比图,不难发现即使是高温的情况下,ADA4530依旧有着良好的偏置电流特性。 图1 ADA4530-1与AD549性能对比表 但不同的是,CMOS工艺往往推出的是SMT封装,实际在应用上增加了设计者的难度。由于AD549是DIP封装,用户只需要把输入引脚腾空就可以得到良好的绝缘效果,但ADA4530却不能,所以对如何挑选PCB的板材和PCB布线都有很高的设计要求。 (注:极低的输入偏置电流和极高的输入电阻要求,使得用于构建电路的材料的绝缘电阻常常成为最大的误差源。任何具有有限电阻且与高阻抗导体接触的绝缘体都会产生误差电流,比如PCB层压材料、电缆和连接器绝缘层) 针对以上应用难题,与ADI合作三十多年的技术型分销商Excelpoint世健上海技术团队,从ADA4530芯片预发布起就开始对其进行针对性的研究和技术积累。基于如何通过良好的设计全面发挥ADA4530-1的性能,Excelpoint世健在皮安级电流计量评估套件上不断更新设计和研发,自2020年9月推出超高精度皮安计模块EPSH-PAM2.0后得到了用户的一致好评。 近期更发布了超高精度皮安计模块的增强版本 EPSH-PAM2.0EP,为终端用户提供两种细分的选择,加速客户系统设计。(后文均以PAM2.0EP来描述)。 作为皮安计模组的进阶版产品,PAM2.0EP拥有更强的性能特点: 电路设计上, ADA4530-1通过10GR跨阻后进行IV转换,第二级则采用低噪的轨对轨零漂放大器ADA4522-1对 ADA4530输出的电压信号进行调理。值得一提的是,这里为方便客户单独使用模块的前端,世健在ADA4522-1上加入了增益可控电路(通过低Ron的多路开关ADG1608和固定阻值搭配达到增益可控)并留有测试点TP。 后端的模数转换器的选择上同样采用的是ADI经典24bit Δ-∑ ADC-AD7124,AD7124更像是一款小型采集系统,高精度的ADC内核以及内置的PAG能在灵活调整信号增益和采集的同时,还保证了低的增益误差和较高的ENOB值。另外,AD7124的三态工作模式,非常适合需要不同功耗领域的产品应用,它的数据采集速率最大可达到19.2KSPS。 在供电端,世健采用了两颗低噪声高电源抑制比的LDO,LTC3260和LT1762,前者是一颗功能性超强的Charge pump加内置正负输出型LDO的产品,可以很好的保证了运放的供电需求,后者则提供稳定的3.3V供给数字部分。 图2 PAM2.0EP系统框图 MCU部分采用的是Microchip ARM Cortex-M0,通过单片机内置USB端口与PC端对话。可视化的GUI界面可圈可点,用户可以通过安装Labview GUI软件,在PC端通过软件界面来实时的配置模块上的各个功能,让其给出信号波形、直方图以及统计分析等,同时软件还支持Excel数据导出,非常适合需要做长时间测试记录的用户。 图3 外观与软件界面 PAM2.0EP模块有者非常出色的线性度数据,不仅在常温下测试数据优异,在全温度范围下的线性度表现也非常出色。 模块的品质检测,均采用的是Keithley 6220源表测量,每款产品都会在不同的温度点进行多次测试,通过99个点的数据合格的情况下判定为可供出货产品,出厂产品均会配发这99点测试报告。被测点包括: 1. 常温25⁰C,0~100pA范围中步进为10pA的11个数据测试点和1个底噪数据点 2. 常温25⁰C, 0~20pA范围中步进为1pA的21个数据测试点 3. 温度40⁰C、55⁰C、 70⁰C、 85⁰C、 100⁰C和 115⁰C时,每个温度点0~100pA的范围中步进为10pA的11个数据测试点,共66个数据 在常温25°C 时 0-100pA的I-V曲线(见图4),线性度好于百万分之一(0.999999x)。 0-20pA的I-V曲线(见图5),线性度好于万分之一(0.9999x)。 图4 0-100pA的I-V曲线测试图表(温度25°C) 图5 0-20pA的I-V线性曲线测试 (温度25°C) 从图6测试结果看,在每个电流输入点,温度对电流引起的电流峰峰偏差ΔIp-p约为1pA。用户可以根据温度曲线,结合现场应用进行进一步线性化处理,提供精度。 从40⁰C至115⁰C,以15⁰C为间隔的选择了7点温度点25⁰C, 40⁰C, 55⁰C, 70⁰C, 85⁰C, 100⁰C, 115⁰C,每个温度点下以10pA 每步从0到100pA测试11点数。 图6 40⁰C至115⁰C 温度下0-100pA的I-V曲线测试图表 世健技术支持部的高级副总裁戈一新向我们介绍道:“升级版的PAM2.0EP是针宽温度范围下的微弱电流检测应用来开发的,对比之前的版本,它提升了全温度范围下的性能和整体可靠性,我们通过大量的实验和测试保证了这一点。产品即使在高温下同样保持相当不错的噪声水平和线性度。我们会提供每款产品多点测试数据,希望帮助用户节省产品开发周期。” 据悉,目前相关模块都已在世健网店出售。

    时间:2021-04-08 关键词: 世健 皮安计 增强版

  • 使用皮安计进行微弱电流测量

    什么是皮安计    测量低直流电流,其需求常常远远超出数字万用表的功能。一般来说,数字万用表缺少测量低于100nA的电流所需的灵敏度。即使在较高的电流水平上,一个DMM的输入电压降(电压负担)高达几百毫伏,也不可能完成精确的电流测量。相较于DMM而言,皮安计的低电压负担,使得它的功能更像是一个理想的电流表,因此它可以实现高精度的电流测量,即使是在测试具有非常低的源电压的电路时也是如此。吉时利的皮安计综合具备了数字万用表的经济性和易用性,以及接近于静电计的、对微弱电流的灵敏度。    使用吉时利皮安计测试击穿电压和阻抗    高阻测量    电阻最常见的测试仪器是数字万用表,它的测量范围高达约200 MΩ。然而,在某些情况下,必须准确测量千兆欧和更高范围的电阻。这些情况包括诸如此类的应用:表征高兆欧级电阻、确定绝缘体的电阻率和测量印刷电路板的绝缘电阻。这些测量可以使用一个皮安计/电压源来实现,利用精密高电压源和皮安级测量能力做出准确的电阻测量。    高电阻测量通常使用恒定电压法。使用皮安计的恒定电压法的基本设置如下图所示。    在此方法中,一个恒定电压源(V)与未知的电阻(R)和一个电流表(A)相串联。由于电流表两端的电压降可以忽略不计,基本上所有的测试电压都降落在电阻R上。电流表测量所产生的电流,使用欧姆定律(R = V / I)计算电阻。高电阻常常是所施加电压的函数,这使得恒定电压法优于数字万用表使用的恒定电流法。    皮安计需要电压源    ■ 为设备供电——内置电压源可以为待测器件供电,不需要使用额外的外部设备,从而可以节省金钱、时间,避免挫折感。    ■ 为了测试击穿电压——器件和绝缘可偏置到一个高电压,使绝缘层或器件导通(在制造质量测试以及器件和材料研究中很重要)。    ■为了测试高阻——更高的电压允许测试更大的电阻。    使用吉时利皮安计实现简化的双通道、带电测量    用于波束对准应用的比例和Δ模式    比例和Δ测量分别显示两个通道之间的比例和差异,通过在仪器上执行这些计算,可以显著提升波束对准应用的效率。从高能量粒子束监测到离子束的监测和光纤,在很多不同的领域都有重要意义。波束对准程序包括:测量检测器输出的信号,调整源的位置,将其对准到传感器,使它可以实现校准源/检测器对间的匹配。比例和

    时间:2018-07-11 关键词: 微弱电流测量 皮安计

  • 是德科技推出用于新型材料研发的高性能毫微微安计/皮安计和静电计

    21ic讯 是德科技公司日前宣布推出 B2980A 系列毫微微安计/皮安计和静电计,全球独有的图显皮安计/静电计可测量低至 0.01 fA(0.01 x 10-15 A)的电流和高达 10 PΩ(10 x 1015 Ω)的电阻。 纳米材料、石墨烯、聚合物和介电材料等新型材料的研发近年呈明显增加趋势。尽管新型材料市场应用越来越广泛,但它们要求电子设备具有极高的测量灵敏度。然而,确保材料测量兼具卓越灵敏度和高置信度,这对于工程师而言是极大的挑战。B2980A 系列可执行高灵敏度测量、微弱电流测量和高值电阻测量,非常适合应对这项挑战。 B2980A 系列具有行业领先的 2 pA 至 20 mA 量程和内置 1000 V 电压源,并且提供了多种创新功能,以优化测量置信度。 · 电池供电模式,可消除任意交流电源线噪声对测量的影响,并能检测到先前隐藏的信号 · 时域视图,可轻松地捕获瞬态信号效应和选择指定测量数据 · 实时直方图显示功能,可对测量数据进行快速统计分析——以前只有通过外部 PC 才能获得此功能。直方图可以不间断地实时更新,允许用户快速调试他们的测量环境和设置,从而保证测量环境、设置及测量数据之间没有任何歧义 · 测试设置完整性检查功能及专用附件,确保获得最高精度。对于灵敏测量应用,设置适当的布线和设备连接绝非易事。传统的皮安计和静电计无法解决这类测试设置相关问题,例如外部布线。用户借助 B2980A 系列的测试设置完整性检查功能选件,便能更轻松地离析噪声根源 是德科技日本八王子半导体事业部总经理 Masaki Yamamoto 表示:“新型材料测试或先进器件表征常常需要电子设备具有极高的测量灵敏度。工程师和研究人员在执行高灵敏度测量时需要得到更可靠的测量结果。全新 B2980A 系列毫微微安计/皮安计和静电计带来了行业领先的性能和多种创新功能,可使工程师及研究人员获得可靠测试结果并提高开发速度。”

    时间:2014-09-02 关键词: 是德科技 毫微微安计 静电计 皮安计

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