鉴别微电流测量水平的镜子

发表于 2011-8-5 14:05

看各位工这么激烈详细的技术讨论，我也好想能在上海一起参与研发。
羡慕战斗在经济发达区的大师们

发表于 2011-8-5 22:09

本帖最后由 hartcomm 于 2011-8-5 22:16 编辑

拆人家的东西，并不是为了仿制，一个你抄我，我抄你的行业，必然竞争激烈，血腥拼杀，没多少利润。分析别人的设计，是为了更好了解别人的水平，追溯别人的方法、原理，思考怎么想出来的？为什么别人想出，而自己想不出？什么原因？基础？思维？... 从而更新自己的知识、思维、思想。仿制只是最低级的目的。我希望最顶级的大师在我面前娓娓道来他们的设计思想、原理、失败和成功的经验。不过这不可能。LZ现在不拆别人仪器我相信，毕竟已经是总工，已经积累到相当高的水平。我几年以前曾参与**分析。曾经一个人几天时间从一块电路板恢复出电路，并完成产品，纯模拟的电路，分立器件为主的电路，想想当时从连器件也不知道连猜带摸搞出来的时还是有些兴奋的。现在不拆了，自己创造并实现。看到过lymex等人贴的电路、实物图片，测试数据，以及详尽的分析，对我有很大的促进意义。建立感性认识，从别人的设计获取经验。而lz的一些言论，往往让人望而却步。不同人对所遇困难的描述往往不同，lz描述了严重了一些。

lz是21ic上为数不多的有思想的，如果能和lz敞开一聊，应该是件很舒畅的事。

至于雕虫小技，有的很简单，很容易捅破，几句话就能让大多数同行明白，而有的就不是一两句一般同行能明白的，需要较为深厚的基础、宽阔的视野和穿透的理解力，所以还是有些不同的。

08年初，去一家公司面试，他们老总面试，很狂妄，吹嘘自己的研发能力，从不拆别人的仪器。还批我狂妄。呵呵，当时确实有些狂，没有唯唯诺诺，跟他和他们总工争论了一下。后来有人给我那家公司的产品，让我分析分析，我拆开一看，简直是垃圾，最愚蠢最一般的设计，连雕虫小计也说不上。看他们模拟电路的水平，给他们电路板也仿不出来，甚至估计给他们电路也不一定能一下子看明白。后来考上研，没去工作。现在感慨，不要再做低级的仿制了，但如果有机会，我还想拆仪器，单位有几台仪器，真想拆下来看看。

GavinZ · 发表于 2011-8-5 22:42

说句公道话，彭建学也许很强，对某些层次的人较有益；但对于论坛上的大多数会员来说，lymex图文并茂的方式更有益些。

发表于 2011-8-6 13:53

...........

发表于 2011-8-6 17:11

其实,我在lymex的帖子中对他做的表示了赞赏,
但我觉得他的表述可能会引起误导别人,
给人感觉是: 采用超高阻好象超微电流测量的唯一途径, 至少极其重要.

也许密封在真空管内的100000G欧电阻能够做到很稳定，但管外、安装基础、pcb表面、芯片表面
泄漏电阻受环境影响很大。

测微电流需要用高阻，但任何事不能走极端，极端走到一定程度，自然就会有限制因素，

事物总是共生的，只不过是不同条件下显现的程度不同。

彭建学上海

发表于 2011-8-8 13:51

回楼主：

分辨率，是微电流测试仪最重要的指标。例如微信号测试的老大吉时利，其产品说明中都是把这样的指标放在最前面明显位置的。其它的像如何防潮、如何扩大动态范围，都可以用常规的办法来解决。

做微电流测试，就是要走极端。“你可以不用，但我不可以没有”，因为这是代表仪器水平的。不知楼主看说明书是否看到了吉时利目前最好的产品6430？是否看到人家1fA的分辨？利用长时间测试可以分辨出1aA的部分？如果我做到1fA都是走极端的话，那么吉时利测试0.001fA又走到什么地方去了？

参考人家的产品，不一定就拆，这个无可非议，尤其是没有条件的场合。但看人家的说明一定要看仔细，比如您看到吉时利642里面用了10的12次方的高阻了吗？人家为什么要这么做？

那么您为什么在每秒1次的采样速率下只能做到分辨100fA？您理解我做出那个断言的根据吗？

如果您不承认我的断言，那么为什么这几年来您的产品没有任何改进？
如果您不明白我的断言的根据是什么，那只能说明您的理论与实际完全脱节。
如果您刚刚明白我的断言的根据，那您陷入微电流测试的误区太深了。

赞扬的话都是好听的，忠告的话往往刺耳，但能让人上进。但若就是不想改进了，我这些话算白说。

发表于 2011-8-8 17:18

回27楼：
1，0.1pA是我09年水平，而且最大量程20毫安，自动量程。

你是靠人工拆换电阻更换量程。
2，自动量程的方法有多种，成本代价相差很多，我那1秒是成本最低的自动量程方法。
  自动量程识别是需要时间的。

3，你按你自己的想法来别人的思路，断定别人的水平，本身就没有科学性。

4，说实在的，你做的和你说的，实在反映不出你是个思路狭窄的人，误导自己可以，误导网友则很不应该。

5，“如何防潮、如何扩大动态范围，可以用常规的办法解决”，这句话，只有你能够轻漂漂说出来，
  说明你不是一个做事说话严谨的人。

6，你别忘了，你说你是1982年就在英国研究微电流测量了。

我本身是学柴油机出身的，电尤其微弱信号测量是自学的，你跟我比什么？

7，我的0.1PA水平是两年前做的，到现在没长进。
一是我不可能天天玩它；二是我想你这样搞，早就轻松1fA了；三是我敢肯定的说，我做出经得起用的，100M欧电阻测0.01pA，十分的轻松。

8，你说我理论脱离实际，恐怕说反了。我在企业做了15年总工了，你做了应该有20年吧？
如果你是大学老师，你说的做的，我能理解。

9，请说说与1000G欧电阻等效并联的泄漏电阻如何做到较高湿度和存在一定污染下大于10000G，才仅仅
  保证这一项误差不超过10%？

10，测量微电流，仅靠高阻和防潮防污染, 靠人工换电阻来选量程，只是你的认识和水平。

彭建学  上海

。

发表于 2011-8-8 19:13

看来彭老师对我误解很多，而且看贴不仔细，引用也有问题。

首先，“1982年就在....”这是不准确的。我本身是学数学出身，工作上唯一与电有关的，就是我用电脑，而电脑用电。我在我那贴里至少说过两次我是业余的，微电流对我就是个偶尔爱好，我做出的东西就是个玩具，因此，作为专业人士，您也不用与我攀比了，也不要对我花了半天业余时间做的那个1fA分辨的微电流测试器有什么褒贬评论。我也不会天天玩微电流，因为明天我的兴趣可能变化了，也许要再等10年再回顾一下，所以我也更不会去做什么微电流产品。

但您就不同了，既然入了行，就要向专业靠拢是不是？要学习吉时利对吧？不想当元帅的士兵不是是好士兵吧？说您理论脱离实际，并非说您理论不行，也不是说您实际经验少。我的那句原话是：“如果您不明白我的断言的根据是什么，那只能说明您的理论与实际完全脱节。”
那个是带条件的，看来您对号入座了，不知道我断言的根据是什么。在这里，我可以与您说，根据恰恰就是您引用过的理论：
https://bbs.21ic.com/viewthread.php?tid=152942
理论也有，但却不用于指导实践，而是违背理论谈及“100M欧电阻测0.01pA，十分的轻松”，这不正是理论脱离实际么？

至于您的问题9，我不做回答。我的帖子里以及吉时利的手册或者微电流测试的相关书籍里都可以找到答案。

说到误导，我可以举出一堆例子，看到底谁在误导网友，但今天我不说了。

发表于 2011-8-8 20:07

本帖最后由 hartcomm 于 2011-8-8 20:08 编辑

我觉得没什么好争的。
lymex的方法简单明了，注重从器件、材料、工艺上解决问题；而peng注重从测量方法解决问题。
lymex的方法带来成本高、工艺复杂，要花钱花时间；而peng的方法需要额外的信号处理的电路或算法。
lymex是类似于实验或实验室科学仪器类型，主要注重能不能测出来；而peng注重产品化、实际应用，比如成本高、工艺复杂、智能化低不适合产品化。

lymex认为peng用100M测不出10fa，peng认为很轻松，只是没时间不想做。（应该可以做的出来，100M*10fa=1uV，即使是含噪的1uV，应该是比较容易测出来的）
lymex认为自己业余爱好，peng也认为弱信号自学出身，都想以退为进，其实都不是，他们在这方面已经费时费力研究多时，都是专业型的。
lymex认为peng陷入微电流测试的误区（不用高阻等），peng从自己的角度认为没有。
lymex认为peng理论与实际完全脱节，peng认为没有，反而认为lymex脱节，理想化，仅靠器件和工艺来达到指标，而不改进测量方法是认识和水平的原因。
lymex认为peng误导网友，（peng的一些帖子，可能容易误导网友，比如他一直强调弱信号之难，并不是说不难，只是对入门者者强调难是不适合的，应该给年轻人信心，实践起来才是消除畏难的良药，再比如用偏置电流1000pA测量1pA，让入门者感到无厘头）。至于peng认为lymex误导网友，“给人感觉是: 采用超高阻好象超微电流测量的唯一途径, 至少极其重要.”，好像不一定，大家本来就是这么认为的，弱电流本来高阻、超高电阻、绝缘就很重要，当然对于非理想电流源并不完全如此。对于中学生，当然先教牛顿力学，绝对时空，要是一开始就来相对论，把大家都吓跑了不可。太玄了不好。
......

不管怎么说，lymex分享给大家详尽的资料，让想从事弱电流测量的人受益匪浅，lymex提供的解决方法是具有普适性的，当然对于具体的特殊的应用，或更为微弱的测量，仅靠工艺或仅靠方法是不够的。
或许不应该固执于一种方法，软硬兼施，兼而有之。

我不做弱电流，跟着后面看热闹。

发表于 2011-8-8 20:40

本帖最后由 lymex 于 2011-8-8 20:43 编辑

hartcomm 站在旁观者的位置，评价算比较客观，但也有一些我要解释一下的。

“而peng注重从测量方法解决问题”
peng的方法没大问题，但我认为他用这个方法解决不了超微电流的问题。

“lymex的方法带来成本高。。。”
成本相对不算高吧？除了一个高阻外。那个F4的座其实也是常规做法。而peng的东西，看照片比我的复杂多了。

“lymex认为peng用100M测不出10fa”
这个是有理论根据的，抽空我可以细谈。

“lymex认为peng理论与实际完全脱节”
那句话是有条件的。

其实，我的帖子从题目就可以看出，是“超微电流”。我认为>=1pA满量程是微电流，而满量程<1pA的才是超微电流，因此peng的不算超微电流。我在帖子里讨论的是超微电流的测试方法，与微电流就有很大差别，此时必须用超高阻，必须用干簧管。用半导体元件做量程开关只能用于微电流，不能用于超微电流。peng没有做过超微电流，至少他没有做出过，而用微电流的眼光看超微电流的问题，就会有偏差。

发表于 2011-8-8 21:33

回lymex：

你的测量方法比较简单，适应性广，但如果针对具体应用，改进一下，在现有器件和工艺的基础上，估计可以分辨到1fA一下。

在以前的热电偶测量中，一些热电偶的输出电势很低，uV级别，超过了放大器的失调、稳飘、噪声，为了测出信号，采用的斩波的方法，即用机械斩波器（继电器的变形）或场效应管把uV信号变成交流，通过放大器放大后再恢复为直流，这样放大器的失调等就影响大大减低，ICL7650斩波放大器也差不多是这个原理。这种电路也比较容易制作，当然，弱电流的斩波就要注意了，斩波器可能引入漏电流，可能要特别订制或做其他的考虑，比如微弱光测量，可以在进入光电管之前用斩光器（非电，有孔圆盘转动）变成交流，放大器就是交流放大器。以上从电路上可以实现，现在也可以用电路和数字处理结合的方式，在信号处理、弱信号测量的书上一般都有介绍。我想这些你应该了解。我想如果用这个方法是不是可以进一步提高弱电流的灵敏度？

发表于 2011-8-8 21:49

补：
器件的低频时噪声很大，1/f噪声，DC-AC-DC的方法可以避开1/f，而且放大器是带通放大器，窄带，对噪声抑制大，AC-DC一般用同步整流方式，也可以直接接ADC再数字处理。当然对于弱电流变成交流频率不能太高，到时候电流不是通过Rf，而是通过Cf流走了，高阻就不高了。

发表于 2011-8-8 22:16

好帖

发表于 2011-8-8 22:50

回hartcomm，

我后面已经做出了0.4fA的分辨，见109楼：https://bbs.21ic.com/icview-245474-6-1.html

其实我们之间也有不同的观点。我的看法是：测试微电流和测试微电压方法不同。比如测试微电压要尽量开路、注重热电动势但无需静电防护；而测试微电流要尽量短路，无需注重热电动势但要注重静电防护。斩波放大、斩波稳零，更适合放大微电压，而不适合直流微电流。纵观国际上的微电流测试方法，有I-V变换的，有I-F变换的，有电容积分的，这些都能达到我所说的超微电流的测试。参数型的微电流测试，尽管有文献描述，但没见有成功的产品。现在市面上最好的微电流测试仪都是基于I/V和电容积分的，比如吉时利的在每秒1次的采样频率下分辨是超过1fA的。HP4329A是调制解调型的，但最小量程也就是2pA而已，而且测试速度并不快。斩波稳零的，必须有误差放大器，这也分流了有用的测试电流；必须有开关调制，而有源而开关的漏电流是做不小的。peng的微电流测试是基于开关调制、差分对消原理的，与斩波稳零的方法类似，加上换档，限制了进入超微电流领域。现在我只知道一种振动电容的微电流测试方法，可以测试非常低的电流，但那也是机械的。

发表于 2011-8-8 22:55

好贴，收藏，还有lymex的那个图文并茂的帖子也很不错。
lxmex处于一个业余的水平达到这个程度，很佩服。

发表于 2011-8-9 00:17

本帖最后由 hartcomm 于 2011-8-9 00:22 编辑

“我的看法是：测试微电流和测试微电压方法不同。”
电压和电流本没有绝对的界限，根据等效原理可以等效，即一个理想电压源串一个电阻或一个理想电流源并一个电阻，到底看成是电压源或电流源是信号源自身及外部电路决定。比如1V理想电压源串1K电阻，如果外部负载是100M的电阻，则可以看成电压源，如果接毫欧级电阻。则有可以看成电流源。

当然在内阻极小或极大的情况下，就是接近理想源，所以你指的微电流或微电压应该是指这类接近理想的电压电流，你的高阻测量微电流的前提就是这个。否则，如果源阻抗100M欧的‘电流源’，超高阻测不准吧。我觉得这个前提很重要。你跟peng关于要不要高阻的争执就部分源于这个。以前有人告诉我一种测量温度场的传感器输出是uV信号，但源阻抗却是百兆欧级。一个信号是不是微弱信号并不是用电压或电流来表征的，而是信噪比，功率的信噪比。一个理想pA级电流在高阻下可以获得较高的信噪比，并不见得就很难测。这些事废话，只是说明理想源这个前提。

至于调制型，在你这种测试下确实不适用，斩波器引入了漏电流，我也知道，我只是说在一些具体应用特殊应用中，可以成为可能。我的理解就是不是交流创造交流也要上，比如我举得斩光的例子，再比如你帖子https://bbs.21ic.com/icview-245474-1-1.html的第一个图，在R3前加入斩波开关...，当然这是些特殊的问题，非一般的普适的。

总之，在你的电流源和测试下（实际也是一个具体的应用背景），你讲的好像基本都是对的。

另外，我并不做微电流测量，说实在的我也不太喜欢复杂的工艺，太麻烦，费时费力费钱，那一天有钱有时间比较闲的时候可能去玩玩。现在我喜欢软硬兼施去解决实际应用问题，在这一点上我偏向peng的观点。

发表于 2011-8-9 00:21

好贴，收藏，还有lymex的那个图文并茂的帖子也很不错。
lxmex处于一个业余的水平达到这个程度，很佩服。
孤独泪发表于 2011-8-8 22:55

哈哈，混21ic好几年了，看到这个回复才意识到有收藏功能，呵呵，学会了。以前一些好贴子总是找不到。

发表于 2011-8-9 09:14

微电流信号测量的要点：
1，调制
由于测量“系统”存在多种直流偏置，且这些偏置是随时间和温度漂移的，
因此，必须采用调制，才能使保证良好的环境适应性。
否则，靠人工时刻校零是不实用的。
2，自动量程
仪器的量程范围都较广，否则不是仪器，可能是工业用的传感器或变送器或其它单一量程的东西。
3，反馈回路
反馈电阻不宜过大，否则与反馈电阻并联的泄漏电阻会带来很大误差，由于泄漏电阻与环境湿度、污染
度、温度、材质密切相关，很难消除其影响。
4，响应速度
响应速度可定义为对阶跃输入的响应时间，不是指数据更新速率。
5，100M欧测1fA,电压信号为0.1微伏，是完全可以的，但速度必须降低。
如自动量程，速度还要降低，降低多少取决于自动量程的设计成本。
6，输入电缆及其处理
7，我是做事说话很保守的人，因为我专门从事产品研发21年，再简单的东西做好了都要下功夫。
8，我原本也是很心高的人，什么都认为简单，真正做了之后，才发觉想的太简单了。
我真的没有一丝唬人的动机，只是提个醒：要想做好，就得认真对待，不要盲目。

彭建学上海

发表于 2011-8-9 11:22

顶lymex老大！大家做出来, 让事实说话！：）

发表于 2011-8-9 15:43

回8楼

首先，我用了一些“可，大概”等，原因是尽量委婉一些而已。其实我对元器件的性能是了解的，每种器件都会实测，每个电路我都会去试验，而不是仅仅依赖指标值。不过，我会在本贴里有啥说啥，不含糊。

其次， ...
lymex 发表于 2011-8-5 11:27

我觉得你的第10条的断言不够严谨，pengjianxue完全可以通过缩小模拟带宽的方式，用100M做到10fA的分辨率，所以，我认为考验一个设计的性能，应该在同一带宽下进行对比，看谁的系统的noise floor更低。

我去年做了个6 1/2DMM，这跟国外的比起来真的很差劲，就是因为在同一带宽下，我的noise floor更高，这说明我能力不行。

鉴别微电流测量水平的镜子

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