使用商业级实验室设备测量超低偏置电流的实用技巧
aoi ueda
在需要低漏电流的应用中，选择低输入偏置电流（ib） 运算放大器。应用笔记an-1373介绍了如何使用ada4530-1评估板测量超低偏置电流。然而，由于处理飞安 （fa） 级电流的性质，测量环境（夹具、屏蔽、电缆和连接器等设备）也会影响测量结果。
本文将介绍使用商用级实验室设备、夹具和常用材料在an-1373中重新创建测量的试验，还包括一些改进测量以最终实现50 fa的解决方法。首先，测量偏置电流测量的输入电容，以及在125°c条件下输入电容充电时输出电压的变化。 我们还尝试从测量的输出电压中得出偏置电流值。最后，我们将尝试根据测量结果改善测量环境。
电容式积分测量
根据an-1373，输入电容（cp）的测量必须首先使用电容积分测量方法。我们将使用ada4530-1r-ebz-buf，并将ada4530-1配置为缓冲模式，进行本实验。
接下来，我们计算输入电流（ib+).具体来说，使用图1所示的电路配置，当测试盒中的软件从on（接地至gnd）变为off（开路）时，ib+流入cp.输出电压随着 i 的升高而上升b+收费 cp，所以 i 的值b+可以通过监测并将其代入公式1来计算。
图1.电容积分测量方法示意图。
使用输入串联电阻器测量总输入电容
计算 cp，本实验采用串联电阻的方法。图2显示了一个简单的电路图。串联电阻的值基于 an-6 第 1373 页上的测量指南，实际值为 rs.软件也安装在测试盒中，用于以后的实验（此时软件处于打开状态）。
可以测量函数发生器的波形衰减至–3 db的频率，并使用公式2计算输入电容。
图2.c 的计算p使用输入的串联电阻。
图 3 显示了设置。由于在“测量i”一节中描述的实验中，温控室中的温度上升到125°cb+具有已知的输入电容“（an-6第1373页），我们使用可以承受这种温度的材料。rg-316u被用作同轴电缆的材料。此外，评估板上ada4530-1的同相输入为三轴连接器。因此，使用了三同轴到同轴转换连接器（安讯士公司的 bj-txp-1）。在这种配置中，三同轴侧的保护端子保持浮动状态。
图3.cp测量设置：（a）温控室内（显示ada4530-1的评估板）和（b）测试箱侧的设置。
作为测量结果，cp= 73.6 pf，这是一个相对较大的值，因为根据an-1373的实际测量值约为2 pf。其原因与从测试盒（看起来更像测试板）到同相输入的电缆长度有关。
测量 ib+具有已知输入电容
最后，我们开始测量偏置电流。电路配置如图1所示，安装的测试盒如图4所示。请注意，“使用输入串联电阻器测量总输入电容”一节中使用的输入电阻已被移除。如 an-1373（电容积分测量方法，第 7 页）中所述，将软件短路至 gnd，然后打开它并使用数字万用表 （dmm） 监控输出电压波动几分钟（我们使用了是德科技的 34401a 数字万用表）。最后，计算ib+通过替换 v外进入等式 1。
图4.电容积分测量的设置。
在相同条件下进行三次测量的结果如图5所示。图下半部分显示了数字万用表测得的ada4530-1的输出电压波动，上半部分显示了使用公式1计算的电流值。该图显示，对于所有三个实例，测量的电压值都没有可重复性。因此，计算出的电流值的波形也与an-1373中描述的结果具有不同的形状（参见an-1373图13和14）。
图5.测量结果。下侧显示数字万用表测得的ada4530-1输出电压，上侧显示使用公式1计算的电流值。蓝线是第一次测量，绿线是第二次测量，红线是第三次测量。
如何改善测量环境
在“电容集成测量”一节中，我们测量了ib+基于 an-1373，但结果不同。在本节中，我们将分享改善测量环境的步骤，从而提高测量的准确性。
安装屏蔽盒并缩短输入电缆
首先，我们进行了以下两项改进：
在恒温室内的评估板上安装了一个屏蔽盒（见图6）。
缩短了连接到同相输入端子的同轴电缆，以降低cp（见图7）。
图6.安装屏蔽箱。
图7.缩短同轴电缆。
首先，我们希望减少外部噪声的影响，其次，我们希望减少电缆中的小漏电流（重新计算的cp为 35.2 pf）。然而，尽管采取了这些措施并重新测量了这些措施，但没有观察到重现性，类似于“电容积分测量”中获得的结果。波形与预期的波形有很大不同。
取出测试盒
移除使用的测试盒，并通过直接短路和打开接地来更换软件（见图8）。换句话说，称为测试盒的电导分量被移除并进行了测量。结果，我们能够获得如图9所示的波形。
图8.移除测试盒进行测量。用手代替sw进行短而开放的操作。
图9.取出测试箱后的测量结果。蓝线、橙线和绿线是 c 处的测量结果p= 35.2 pf。红线为c时的测量结果p= 26.5 pf。
dmm 测量的输出电压以恒定的斜率增加，在所有测量中均达到约 4.16 v。相应的电流显示值约为50 fa。
此外，图9中的红线显示了使用连接到同相输入端子的较短同轴电缆（cp= 26.5 pf）。电压上升的斜率与理论计算一样大。从这些测量结果中发现，输入侧的电导分量对测量精度有明显的不利影响。
结论
虽然fa电平测量可以在一般实验室环境中进行，但需要仔细考虑运算放大器输入侧的漏电流路径。
为了提高测量精度，建议在输入侧使用特氟龙接线端子或三轴电缆与评估板一起使用。
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电容式积分测量
根据an-1373，输入电容（cp）的测量必须首先使用电容积分测量方法。我们将使用ada4530-1r-ebz-buf，并将ada4530-1配置为缓冲模式，进行本实验。
接下来，我们计算输入电流（ib+).具体来说，使用图1所示的电路配置，当测试盒中的软件从on（接地至gnd）变为off（开路）时，ib+流入cp.输出电压随着 i 的升高而上升b+收费 cp，所以 i 的值b+可以通过监测并将其代入公式1来计算。
图1.电容积分测量方法示意图。
使用输入串联电阻器测量总输入电容
计算 cp，本实验采用串联电阻的方法。图2显示了一个简单的电路图。串联电阻的值基于 an-6 第 1373 页上的测量指南，实际值为 rs.软件也安装在测试盒中，用于以后的实验（此时软件处于打开状态）。
可以测量函数发生器的波形衰减至–3 db的频率，并使用公式2计算输入电容。
图2.c 的计算p使用输入的串联电阻。
图 3 显示了设置。由于在“测量i”一节中描述的实验中，温控室中的温度上升到125°cb+具有已知的输入电容“（an-6第1373页），我们使用可以承受这种温度的材料。rg-316u被用作同轴电缆的材料。此外，评估板上ada4530-1的同相输入为三轴连接器。因此，使用了三同轴到同轴转换连接器（安讯士公司的 bj-txp-1）。在这种配置中，三同轴侧的保护端子保持浮动状态。
图3.cp测量设置：（a）温控室内（显示ada4530-1的评估板）和（b）测试箱侧的设置。
作为测量结果，cp= 73.6 pf，这是一个相对较大的值，因为根据an-1373的实际测量值约为2 pf。其原因与从测试盒（看起来更像测试板）到同相输入的电缆长度有关。
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最后，我们开始测量偏置电流。电路配置如图1所示，安装的测试盒如图4所示。请注意，“使用输入串联电阻器测量总输入电容”一节中使用的输入电阻已被移除。如 an-1373（电容积分测量方法，第 7 页）中所述，将软件短路至 gnd，然后打开它并使用数字万用表 （dmm） 监控输出电压波动几分钟（我们使用了是德科技的 34401a 数字万用表）。最后，计算ib+通过替换 v外进入等式 1。
图4.电容积分测量的设置。
在相同条件下进行三次测量的结果如图5所示。图下半部分显示了数字万用表测得的ada4530-1的输出电压波动，上半部分显示了使用公式1计算的电流值。该图显示，对于所有三个实例，测量的电压值都没有可重复性。因此，计算出的电流值的波形也与an-1373中描述的结果具有不同的形状（参见an-1373图13和14）。
图5.测量结果。下侧显示数字万用表测得的ada4530-1输出电压，上侧显示使用公式1计算的电流值。蓝线是第一次测量，绿线是第二次测量，红线是第三次测量。
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首先，我们进行了以下两项改进：
在恒温室内的评估板上安装了一个屏蔽盒（见图6）。
缩短了连接到同相输入端子的同轴电缆，以降低cp（见图7）。
图6.安装屏蔽箱。
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首先，我们希望减少外部噪声的影响，其次，我们希望减少电缆中的小漏电流（重新计算的cp为 35.2 pf）。然而，尽管采取了这些措施并重新测量了这些措施，但没有观察到重现性，类似于“电容积分测量”中获得的结果。波形与预期的波形有很大不同。
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移除使用的测试盒，并通过直接短路和打开接地来更换软件（见图8）。换句话说，称为测试盒的电导分量被移除并进行了测量。结果，我们能够获得如图9所示的波形。
图8.移除测试盒进行测量。用手代替sw进行短而开放的操作。
图9.取出测试箱后的测量结果。蓝线、橙线和绿线是 c 处的测量结果p= 35.2 pf。红线为c时的测量结果p= 26.5 pf。
dmm 测量的输出电压以恒定的斜率增加，在所有测量中均达到约 4.16 v。相应的电流显示值约为50 fa。
此外，图9中的红线显示了使用连接到同相输入端子的较短同轴电缆（cp= 26.5 pf）。电压上升的斜率与理论计算一样大。从这些测量结果中发现，输入侧的电导分量对测量精度有明显的不利影响。
结论
虽然fa电平测量可以在一般实验室环境中进行，但需要仔细考虑运算放大器输入侧的漏电流路径。
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