该电路包含强制电压缓冲器/放大器、浮动轨电源、IVC(电流至电压转换器)。向待测器件施加强制电压会引发泄漏电流,电路把该泄漏电流转换成与它成比例的输出电压。在常规IVC中,待测电流在分流电阻器两端形成电压。IVC使用一种反馈安培计拓扑,其中的运算放大器IC1是Analog Devices 公司的 AD795,它把未知电流从反馈电流中减去,并提供与未知电流成比例的输出电压(图1)。
电路的交流阻抗平均值约为10 kΩ,即典型分流电阻IVC的输入电阻(约为10MΩ)的千分之一。电路的 100MΩ反馈电阻器R1提供的电流至电压转换比率是分流转换比率的10倍。该设计的稳定速度比分流转换器快得多,并且能在电源线路频率下提供良好的干扰抑制。在测试运算放大器的输入电流时,它还减弱了不需要的分压效应。
R1产生的电流至电压转换比率为 100mV/pA。放大器IC2是 AD795,提供大小为10的额外电压增益,从而把比率提高到1mV/pA,并减小了差分放大器IC3的CMRR(共模抑制比)引入的误差影响。差分放大器IC3是OP1177,把强制电压从IVC的输出电压中减去,并提供接地参考输出信号。
一对背对背的BAV199二极管D1A和D1B把高电流分流到强制电压放大器 IC4及其保护性保险丝F1,由此保护IC1不受电压过载的损害。当强制电压迅速从一个值转换到另一个值时,这些二极管在高转换率间隔期间提供高驱动电流,由此极大改善 IVC 的稳定时间。
一个得到轻微补偿、增益为3的高压OPA551放大器IC4依靠±30V电源工作,从普通的±7V ATE(自动测试设备)电压获得高达±22V 的强制电压(图2)。如果待测器件发生灾难性的短路,则保险丝F1会限制来自IC4(它可能带来高达380mA的短路电流)的故障电流,由此防止进一步的损害。
在工作时,该电路在±4nA满刻度输入范围内,在1GΩ有效跨阻时,提供0.999V/nA输出。电路的输出偏移对应于大约143fA。超出±22V的强制电压范围时,浮动电源线路电压开始饱和,IC3的输入CMRR限制变得明显,并且IVC的输出电压变为非线性。图4表明:在±20V强制电压范围内,电路来自其无负载输出端的电流测量误差为-31 fA/V。由IC3、RN2和RN3组成的差分放大器实现了电路的大部分增益,并且IC1的低输入偏置电流有助于实现很低的偏移误差。±20V强制电压范围内的输出线性的平均值为111 fA p-p。
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推荐阅读最新更新时间:2023-10-17 15:43
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